【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，在按照某一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)目標(biāo)確定的最優(yōu)解，有可能使其他性能指標(biāo)嚴(yán)重變形，這樣首先確定若干非劣解，就為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行分析和優(yōu)選創(chuàng)造了更為廣泛的選擇空問(wèn)。利用上述方法和理論建立的優(yōu)化算法所設(shè)計(jì)的抽油機(jī)，一般比采用常規(guī)技術(shù)設(shè)計(jì)的抽油機(jī)總質(zhì)量可減輕5％ ，能耗下降10％左右，有著顯著的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。因此，抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)該在抽油機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家廣泛推廣?！　。?） 驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)特性研究　　選擇合適的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是抽油機(jī)設(shè)計(jì)、研究和使用工作者關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。抽油機(jī)的扭矩特點(diǎn)是渡動(dòng)較大，且存在負(fù)扭矩，這就要求驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)，不僅電動(dòng)機(jī)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(jī)的載荷狀態(tài)，使抽油機(jī)懸點(diǎn)加速度變化趨于均勻，抽油機(jī)主要構(gòu)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(qū)動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)節(jié)能，而且要求電動(dòng)機(jī)的特性使抽油機(jī)的工作狀態(tài)和有桿采抽系統(tǒng)最優(yōu)。這點(diǎn)，已經(jīng)得到大多數(shù)研究人員和油田工程師的認(rèn)可。研究什么樣的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)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(dòng)和抽油機(jī)構(gòu)件慣性的機(jī)器系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，并解決抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)方程與抽油機(jī)波動(dòng)方程的耦合問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：　?、?在低負(fù)載率時(shí)效率要比較高；　?、?電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)該與抽油機(jī)的工作要求相匹配，一般認(rèn)為特性較軟對(duì)“三抽”系統(tǒng)有利；　　③ 要有一定承受過(guò)載的能力；　?、?啟動(dòng)力矩要大；　?、?適合于野外工作；　?、?能防止從電動(dòng)機(jī)上竊電；　?、?有利于抽油機(jī)的平衡?！　√貏e是電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿(mǎn)足“三抽” 系統(tǒng)的要求，是國(guó)外抽油機(jī)研究人員的普遍共識(shí)，這點(diǎn)國(guó)內(nèi)在近幾年也得到了普遍承認(rèn)。近幾年，各種專(zhuān)為抽油機(jī)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)或多或少地解決了上述問(wèn)題。研究表明，對(duì)于驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)，片面強(qiáng)調(diào)其節(jié)能是不可取的。 抽油機(jī)研究中應(yīng)該重視的問(wèn)題　　目前抽油機(jī)的研究中，下面幾個(gè)問(wèn)題值得引起我們重視：　　(1) 抽油機(jī)機(jī)型的選擇原則和優(yōu)劣評(píng)價(jià)問(wèn)題什么樣的抽油機(jī)能夠滿(mǎn)足油田的需要，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是什么，這些標(biāo)準(zhǔn)的可操作性等問(wèn)題，應(yīng)該引起設(shè)計(jì)、研究人員的重視?！　?2) 小型游梁式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)。目前，不同的油田使用不同的抽油機(jī)，已經(jīng)成為油田工程師的共識(shí)，這樣，設(shè)計(jì)小型的長(zhǎng)沖程抽油機(jī)，滿(mǎn)足油田的需要，研究小型長(zhǎng)沖程抽油機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)律，應(yīng)該成為設(shè)計(jì)人員重視的問(wèn)題?！　?3) 抽油機(jī)的合理選擇問(wèn)題。油田特別是新建油田按照什么原則選擇抽油機(jī)機(jī)型，應(yīng)該是抽油機(jī)工作者和油田開(kāi)發(fā)工程師共同關(guān)心的問(wèn)題?！　?4) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在抽油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題?！　?5) 拖動(dòng)抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的最佳性能研究問(wèn)題?！　?6) 抽油機(jī)主要部件和專(zhuān)用部件，如減速器性能、可靠性、設(shè)計(jì)方法、加工制造等問(wèn)題的研究。 異相型游梁式抽油機(jī)特點(diǎn)工作原理與節(jié)能原理 異相型游梁式抽油機(jī)特點(diǎn)a. 曲柄中心線(xiàn)和平衡重中心線(xiàn)偏離一個(gè)相位角 。?b. 曲柄軸中心線(xiàn)至中央軸承座中心水平距離 I 大于游梁后臂長(zhǎng)度 C，兩者差接近于曲柄半徑 R，即 IC≈R。結(jié)構(gòu)上看，加大了力臂減小了連桿拉力，增大抽油機(jī)最大承載能力，扭矩因數(shù)下降。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使游梁在上下死點(diǎn)時(shí)，連桿兩個(gè)位置之間存在一個(gè)相位夾角，這種機(jī)構(gòu)具有急回特性。c. 曲柄順時(shí)針?lè)较蜻x轉(zhuǎn)。 工作原理抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)通過(guò) V 帶和減速器帶動(dòng)曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲柄—連桿—游梁—支承架四桿機(jī)構(gòu)將這一運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為驢頭的變速上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)鋼絲繩和抽油桿帶動(dòng)抽油泵柱塞做變速的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油井開(kāi)采。 節(jié)能原理a. 抽油機(jī)的負(fù)載狀況影響抽油機(jī)的能耗。常規(guī)型抽油機(jī)加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時(shí)對(duì)電機(jī)做功，這樣的負(fù)載不利于普通電動(dòng)機(jī)的正常工作，是電機(jī)高能耗原因。b. 普通異步電動(dòng)機(jī)油機(jī)的負(fù)載狀況影響抽油機(jī)的能耗。常規(guī)型抽油機(jī)加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時(shí)對(duì)電機(jī)做功，這樣的負(fù)載不利于普通電動(dòng)機(jī)的正常工作，是電機(jī)高能耗原因。具有硬特性，適宜拖動(dòng)均勻負(fù)載。常規(guī)型抽油機(jī)的負(fù)載狀況不理想，就形成了它能耗高特性，而異相型抽油機(jī)在這方面得到改進(jìn)。c. 抽油機(jī)工作時(shí)曲柄凈扭矩的波動(dòng)由懸點(diǎn)載荷與加速度變化引起。通過(guò)改變抽油機(jī)桿件尺寸的配比，使運(yùn)動(dòng)規(guī)律改變，減小工作扭矩曲線(xiàn)的峰值。在保證沖次不變的情況下，加長(zhǎng)上沖程時(shí)間，減少上沖程前半段的加速度變化幅度，使扭矩峰值減??；同理可以使工作下峰值加大。同時(shí)可以改變工作扭矩的形狀。異相型抽油機(jī)通過(guò)在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動(dòng)機(jī)的額定功率，達(dá)到二者更好的匹配，也可以改善桿件受力情況。2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 懸點(diǎn)最大載荷： 沖程： 沖次：KNW10??min/5? 抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)尺寸：（單位：mm） 3780?P295C4653180I64R 抽油機(jī)模型示功圖: 在設(shè)計(jì)抽油機(jī)之前，首先要確立抽油系統(tǒng)的地面示功圖，它是抽油機(jī)動(dòng)力分析的起始條件。所謂的模擬示功圖是指在抽油機(jī)正常的工作條件下，能包容該機(jī)型各種工況，使抽油機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)力性能指標(biāo)受到最?lèi)毫庸r考驗(yàn)的示功圖。以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際示功圖為基礎(chǔ)，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)分析理論，結(jié)合理論研究成果和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，給出了一種能預(yù)測(cè)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(jì)算公式：當(dāng) ， 時(shí)??60~?? ?6035??W當(dāng) ， 時(shí)??18 )18(29??當(dāng) ， 時(shí)??24?當(dāng) ， 時(shí)??360~?? )40(15????計(jì)算過(guò)程與結(jié)果如下：（1） 時(shí) ，當(dāng) ? KNW6031?（2） 時(shí) ，當(dāng) ?5?? ????????（3） 時(shí) ，當(dāng) ?0 82063 ???（4） 時(shí) ，當(dāng) ? .945064 ???（5） 時(shí) ，當(dāng) ?6?? KNW135 ????????（6） 時(shí) ，當(dāng) )180(29)180(296 ???????（7） 時(shí) ，當(dāng) ??? KN.)()(7 ?????（8） 時(shí) ，當(dāng) ?105 )108(1290)8(298 ????? ????（9） 時(shí) ，當(dāng) ?? KNW)()1(09 ??????（10） 時(shí) ，當(dāng) ?35? )180(129)8(210 ????????（11） 時(shí) ，當(dāng) ??)108(1209)180(291 ???????? ????（12） 時(shí) ，當(dāng) ?65? .)6()(12 ???（13） 時(shí) ，當(dāng) ?80? KN90)180(129)1(913 ???????????（14） 時(shí) ，當(dāng) ?5?W25.)5(630)8(6014????（15） 時(shí) ，當(dāng) ?2 )1802(9)1(35915 ?????????（16） 時(shí) ，當(dāng) ?? )5(603)8(6016 ???（17） 時(shí) ，當(dāng) ?24? KNW)18024(9)1(35917 ?????????（18） ,時(shí)當(dāng) ? )240(18 ??）（ ????（19） ,7時(shí)當(dāng) ?? )(519 ????）（ ???（20） ,28時(shí)當(dāng) ??)4(00 ??? ）（ ???（21） ,3時(shí)當(dāng) ? KN602431)2(1521 ????）（ ????（22） ,時(shí)當(dāng) ?? )4(02 ??）（ ???（23） ,30時(shí)當(dāng) ??? )24(152 ??????）（ ???（24） ,時(shí)當(dāng) ? )0(24? ）（ ????3設(shè)計(jì)與計(jì)算 異相型游梁式抽油機(jī)幾何尺寸參數(shù)計(jì)算 幾何關(guān)系計(jì)算式 ????????hHIarctg?（1） ?????cos22KRJ（2） ????????CPJ2arcos2?（3） ???????Jrs2?（4） ??????????R???inarcs（5） ????（6） ????（7） ??????????CKRPb2arcos2（8） ???????trs2?（9） 符號(hào)含義A：游梁前臂長(zhǎng)度，等于驢頭弧面半徑與鋼絲繩半徑之和， m；C：游梁后臂長(zhǎng)度，等于游梁支承中心到橫梁軸承中心的距離，m；P：連桿長(zhǎng)度，等于橫梁軸承中心的曲柄銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)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(xiàn)（減使器輸出軸中心與曲柄銷(xiāo)軸承中心的連線(xiàn)）的夾角，?常規(guī)型和異相型游梁式抽油機(jī)等于 K 與曲柄中心線(xiàn)在 12 點(diǎn)鐘位置時(shí)的夾角，前置型和氣平衡游梁式抽油機(jī)等于 K 與曲柄中心線(xiàn)在 6 點(diǎn)鐘位置時(shí)的夾角， （176。） ；：曲柄角，觀(guān)察時(shí)，井口在右側(cè)，常規(guī)型和異相型游梁式抽油機(jī)為曲柄中?心線(xiàn)從 12 點(diǎn)鐘位置開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)角；氣平衡游梁抽油機(jī)為曲柄中心線(xiàn)從 6 點(diǎn)鐘位置開(kāi)始，按順時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)角；前置型游梁式抽油機(jī)為曲柄中心線(xiàn)從 6 點(diǎn)鐘位置開(kāi)始，按逆時(shí)針?lè)较虻男D(zhuǎn)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(jī)的曲柄平衡重臂中心線(xiàn)與曲柄中心線(xiàn)的偏移角， （176。） ；?：C 和 K 之間的夾角， （176。） ；?：光桿在最高位置時(shí)，C 和 K 之間的夾角， （176。 ） ；t：光桿在最低位置時(shí)，C 和 K 之間的夾角， （176。） ；b：游梁處于上、下死點(diǎn)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(cè)為正值，在 K 的同側(cè)為負(fù)值， （176。 ） 。? 各個(gè)點(diǎn)參數(shù)計(jì)算當(dāng) 時(shí)，?0?? ?)1465(380)( 222 ??????????????????arctg