【文章內(nèi)容簡介】 多目標優(yōu)化設計問題，在按照某一個或少數(shù)幾個目標確定的最優(yōu)解，有可能使其他性能指標嚴重變形，這樣首先確定若干非劣解，就為設計人員進行分析和優(yōu)選創(chuàng)造了更為廣泛的選擇空問。利用上述方法和理論建立的優(yōu)化算法所設計的抽油機，一般比采用常規(guī)技術設計的抽油機總質量可減輕5％ ，能耗下降10％左右，有著顯著的社會、經(jīng)濟效益。因此，抽油機優(yōu)化設計技術應該在抽油機生產(chǎn)廠家廣泛推廣?！　。?） 驅動抽油機的電動機特性研究　　選擇合適的驅動電動機是抽油機設計、研究和使用工作者關注的重點問題。抽油機的扭矩特點是渡動較大，且存在負扭矩，這就要求驅動抽油機的電動機，不僅電動機本身在較寬的載荷率下工作效率較高，而且更重要的是符合抽油機的載荷狀態(tài)，使抽油機懸點加速度變化趨于均勻，抽油機主要構件如連桿、支架的受力，特別是減速器承受的扭矩有所改善，平衡效果變優(yōu)。即不僅要求驅動抽油機的電動機節(jié)能，而且要求電動機的特性使抽油機的工作狀態(tài)和有桿采抽系統(tǒng)最優(yōu)。這點，已經(jīng)得到大多數(shù)研究人員和油田工程師的認可。研究什么樣的電動機驅動抽油機更為合理，必須建立考慮抽油泵工作狀態(tài)、抽油桿系統(tǒng)振動和抽油機構件慣性的機器系統(tǒng)動力學方程，并解決抽油機動力學方程與抽油機波動方程的耦合問題。驅動抽油機的電動機，應該具有以下特點：　?、?在低負載率時效率要比較高；　?、?電動機的機械特性應該與抽油機的工作要求相匹配，一般認為特性較軟對“三抽”系統(tǒng)有利；　　③ 要有一定承受過載的能力；　?、?啟動力矩要大；　?、?適合于野外工作；　?、?能防止從電動機上竊電；　?、?有利于抽油機的平衡?！　√貏e是電動機的機械特性應滿足“三抽” 系統(tǒng)的要求，是國外抽油機研究人員的普遍共識，這點國內(nèi)在近幾年也得到了普遍承認。近幾年，各種專為抽油機設計的電動機或多或少地解決了上述問題。研究表明，對于驅動抽油機的電動機，片面強調(diào)其節(jié)能是不可取的。 抽油機研究中應該重視的問題　　目前抽油機的研究中，下面幾個問題值得引起我們重視：　　(1) 抽油機機型的選擇原則和優(yōu)劣評價問題什么樣的抽油機能夠滿足油田的需要，評價的標準是什么，這些標準的可操作性等問題，應該引起設計、研究人員的重視。　　(2) 小型游梁式抽油機的設計。目前，不同的油田使用不同的抽油機，已經(jīng)成為油田工程師的共識，這樣，設計小型的長沖程抽油機，滿足油田的需要，研究小型長沖程抽油機的設計規(guī)律，應該成為設計人員重視的問題?！　?3) 抽油機的合理選擇問題。油田特別是新建油田按照什么原則選擇抽油機機型，應該是抽油機工作者和油田開發(fā)工程師共同關心的問題?！　?4) 現(xiàn)代設計方法在抽油機設計中的應用問題?！　?5) 拖動抽油機電動機的最佳性能研究問題。　　(6) 抽油機主要部件和專用部件，如減速器性能、可靠性、設計方法、加工制造等問題的研究。 異相型游梁式抽油機特點工作原理與節(jié)能原理 異相型游梁式抽油機特點a. 曲柄中心線和平衡重中心線偏離一個相位角 。?b. 曲柄軸中心線至中央軸承座中心水平距離 I 大于游梁后臂長度 C，兩者差接近于曲柄半徑 R，即 IC≈R。結構上看，加大了力臂減小了連桿拉力，增大抽油機最大承載能力，扭矩因數(shù)下降。這種結構特點使游梁在上下死點時，連桿兩個位置之間存在一個相位夾角，這種機構具有急回特性。c. 曲柄順時針方向選轉。 工作原理抽油機的電動機通過 V 帶和減速器帶動曲柄做旋轉運動。曲柄—連桿—游梁—支承架四桿機構將這一運動轉化為驢頭的變速上下往復運動，通過鋼絲繩和抽油桿帶動抽油泵柱塞做變速的上下往復運動，實現(xiàn)油井開采。 節(jié)能原理a. 抽油機的負載狀況影響抽油機的能耗。常規(guī)型抽油機加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時對電機做功，這樣的負載不利于普通電動機的正常工作，是電機高能耗原因。b. 普通異步電動機油機的負載狀況影響抽油機的能耗。常規(guī)型抽油機加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時對電機做功，這樣的負載不利于普通電動機的正常工作，是電機高能耗原因。具有硬特性，適宜拖動均勻負載。常規(guī)型抽油機的負載狀況不理想，就形成了它能耗高特性，而異相型抽油機在這方面得到改進。c. 抽油機工作時曲柄凈扭矩的波動由懸點載荷與加速度變化引起。通過改變抽油機桿件尺寸的配比，使運動規(guī)律改變，減小工作扭矩曲線的峰值。在保證沖次不變的情況下，加長上沖程時間，減少上沖程前半段的加速度變化幅度，使扭矩峰值減小；同理可以使工作下峰值加大。同時可以改變工作扭矩的形狀。異相型抽油機通過在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動機的額定功率，達到二者更好的匹配，也可以改善桿件受力情況。2設計數(shù)據(jù) 設計數(shù)據(jù) 懸點最大載荷： 沖程： 沖次：KNW10??min/5? 抽油機幾何結構尺寸：（單位：mm） 3780?P295C4653180I64R 抽油機模型示功圖: 在設計抽油機之前，首先要確立抽油系統(tǒng)的地面示功圖，它是抽油機動力分析的起始條件。所謂的模擬示功圖是指在抽油機正常的工作條件下，能包容該機型各種工況，使抽油機的各項動力性能指標受到最惡劣工況考驗的示功圖。以現(xiàn)場實際示功圖為基礎，運用多元統(tǒng)計分析理論，結合理論研究成果和現(xiàn)場試驗，給出了一種能預測在正常稀油工況下油井地面示功圖參數(shù)的方法。 圖 模擬示功圖計算公式：當 ， 時??60~?? ?6035??W當 ， 時??18 )18(29??當 ， 時??24?當 ， 時??360~?? )40(15????計算過程與結果如下：（1） 時 ，當 ? KNW6031?（2） 時 ，當 ?5?? ????????（3） 時 ，當 ?0 82063 ???（4） 時 ，當 ? .945064 ???（5） 時 ，當 ?6?? KNW135 ????????（6） 時 ，當 )180(29)180(296 ???????（7） 時 ，當 ??? KN.)()(7 ?????（8） 時 ，當 ?105 )108(1290)8(298 ????? ????（9） 時 ，當 ?? KNW)()1(09 ??????（10） 時 ，當 ?35? )180(129)8(210 ????????（11） 時 ，當 ??)108(1209)180(291 ???????? ????（12） 時 ，當 ?65? .)6()(12 ???（13） 時 ，當 ?80? KN90)180(129)1(913 ???????????（14） 時 ，當 ?5?W25.)5(630)8(6014????（15） 時 ，當 ?2 )1802(9)1(35915 ?????????（16） 時 ，當 ?? )5(603)8(6016 ???（17） 時 ，當 ?24? KNW)18024(9)1(35917 ?????????（18） ,時當 ? )240(18 ??）（ ????（19） ,7時當 ?? )(519 ????）（ ???（20） ,28時當 ??)4(00 ??? ）（ ???（21） ,3時當 ? KN602431)2(1521 ????）（ ????（22） ,時當 ?? )4(02 ??）（ ???（23） ,30時當 ??? )24(152 ??????）（ ???（24） ,時當 ? )0(24? ）（ ????3設計與計算 異相型游梁式抽油機幾何尺寸參數(shù)計算 幾何關系計算式 ????????hHIarctg?（1） ?????cos22KRJ（2） ????????CPJ2arcos2?（3） ???????Jrs2?（4） ??????????R???inarcs（5） ????（6） ????（7） ??????????CKRPb2arcos2（8） ???????trs2?（9） 符號含義A：游梁前臂長度，等于驢頭弧面半徑與鋼絲繩半徑之和， m；C：游梁后臂長度，等于游梁支承中心到橫梁軸承中心的距離，m；P：連桿長度，等于橫梁軸承中心的曲柄銷軸承中心的距離，m；R：曲柄半徑，等于減速器輸出軸中心到曲柄銷軸承中心的距離，m；K：極距，等于減速器輸出軸中心到游梁支承中心的距離， m；H：游梁支承中心到底座底部的高度，m；I：游梁支承中心到減速器輸出軸中心的水平距離，m ；J：曲柄銷軸承中心到游梁支承中心的距離，m；h：減速器輸出軸到底座底部的高度，m；：K 與曲柄中心線（減使器輸出軸中心與曲柄銷軸承中心的連線）的夾角，?常規(guī)型和異相型游梁式抽油機等于 K 與曲柄中心線在 12 點鐘位置時的夾角，前置型和氣平衡游梁式抽油機等于 K 與曲柄中心線在 6 點鐘位置時的夾角， （176。） ；：曲柄角，觀察時，井口在右側，常規(guī)型和異相型游梁式抽油機為曲柄中?心線從 12 點鐘位置開始，按順時針方向的旋轉角；氣平衡游梁抽油機為曲柄中心線從 6 點鐘位置開始，按順時針方向的旋轉角；前置型游梁式抽油機為曲柄中心線從 6 點鐘位置開始，按逆時針方向的旋轉角， （176。 ） ；：C 和 P 之間的夾角， （ 176。） ； ?：P 和 R 之間的夾角， （ 176。） ；?：異相型游梁式抽油機的曲柄平衡重臂中心線與曲柄中心線的偏移角， （176。） ；?：C 和 K 之間的夾角， （176。） ；?：光桿在最高位置時，C 和 K 之間的夾角， （176。 ） ；t：光桿在最低位置時，C 和 K 之間的夾角， （176。） ；b：游梁處于上、下死點兩極限位置，游梁前后位置變化的夾角， （176。） ；?：C 和 J 之間的夾角， （ 176。） ；?：K 和 J 之間的夾角。C、J 在 K 的兩側為正值，在 K 的同側為負值， （176。 ） 。? 各個點參數(shù)計算當 時，?0?? ?)1465(380)( 222 ??????????????????arctg