【文章內(nèi)容簡介】 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，在按照某一個或少數(shù)幾個目標(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。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、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)廠家廣泛推廣?！　。?） 驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)特性研究　　選擇合適的驅(qū)動電動機(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)問題。抽油機(jī)的扭矩特點(diǎn)是渡動較大，且存在負(fù)扭矩，這就要求驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)，不僅電動機(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)動抽油機(jī)的電動機(jī)節(jié)能，而且要求電動機(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。研究什么樣的電動機(jī)驅(qū)動抽油機(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)振動和抽油機(jī)構(gòu)件慣性的機(jī)器系統(tǒng)動力學(xué)方程，并解決抽油機(jī)動力學(xué)方程與抽油機(jī)波動方程的耦合問題。驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(jī)，應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：　　① 在低負(fù)載率時效率要比較高；　?、?電動機(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“三抽”系統(tǒng)有利；　?、?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(jī)上竊電；　?、?有利于抽油機(jī)的平衡?！　√貏e是電動機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)滿足“三抽” 系統(tǒng)的要求，是國外抽油機(jī)研究人員的普遍共識，這點(diǎn)國內(nèi)在近幾年也得到了普遍承認(rèn)。近幾年，各種專為抽油機(jī)設(shè)計(jì)的電動機(jī)或多或少地解決了上述問題。研究表明，對于驅(qū)動抽油機(jī)的電動機(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)該重視的問題　　目前抽油機(jī)的研究中，下面幾個問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)劣評價問題什么樣的抽油機(jī)能夠滿足油田的需要，評價的標(biāo)準(zhǔn)是什么，這些標(biāo)準(zhǔn)的可操作性等問題，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，這樣，設(shè)計(jì)小型的長沖程抽油機(jī)，滿足油田的需要，研究小型長沖程抽油機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)律，應(yīng)該成為設(shè)計(jì)人員重視的問題?！　?3) 抽油機(jī)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(jī)機(jī)型，應(yīng)該是抽油機(jī)工作者和油田開發(fā)工程師共同關(guān)心的問題?！　?4) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在抽油機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題。　　(5) 拖動抽油機(jī)電動機(jī)的最佳性能研究問題?！　?6) 抽油機(jī)主要部件和專用部件，如減速器性能、可靠性、設(shè)計(jì)方法、加工制造等問題的研究。 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(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，連桿兩個位置之間存在一個相位夾角，這種機(jī)構(gòu)具有急回特性。c. 曲柄順時針方向選轉(zhuǎn)。 工作原理抽油機(jī)的電動機(jī)通過 V 帶和減速器帶動曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。曲柄—連桿—游梁—支承架四桿機(jī)構(gòu)將這一運(yùn)動轉(zhuǎn)化為驢頭的變速上下往復(fù)運(yùn)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(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)油井開采。 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，有時對電機(jī)做功，這樣的負(fù)載不利于普通電動機(jī)的正常工作，是電機(jī)高能耗原因。b. 普通異步電動機(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，有時對電機(jī)做功，這樣的負(fù)載不利于普通電動機(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)工作時曲柄凈扭矩的波動由懸點(diǎn)載荷與加速度變化引起。通過改變抽油機(jī)桿件尺寸的配比，使運(yùn)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?。煌砜梢允构ぷ飨路逯导哟?。同時可以改變工作扭矩的形狀。異相型抽油機(jī)通過在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動機(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)動力性能指標(biāo)受到最惡劣工況考驗(yàn)的示功圖。以現(xiàn)場實(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)場試驗(yàn)，給出了一種能預(yù)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(jì)算公式：當(dāng) ， 時??60~?? ?6035??W當(dāng) ， 時??18 )18(29??當(dāng) ， 時??24?當(dāng) ， 時??360~?? )40(15????計(jì)算過程與結(jié)果如下：（1） 時 ，當(dāng) ? KNW6031?（2） 時 ，當(dāng) ?5?? ????????（3） 時 ，當(dāng) ?0 82063 ???（4） 時 ，當(dāng) ? .945064 ???（5） 時 ，當(dāng) ?6?? KNW135 ????????（6） 時 ，當(dāng) )180(29)180(296 ???????（7） 時 ，當(dāng) ??? KN.)()(7 ?????（8） 時 ，當(dāng) ?105 )108(1290)8(298 ????? ????（9） 時 ，當(dāng) ?? KNW)()1(09 ??????（10） 時 ，當(dāng) ?35? )180(129)8(210 ????????（11） 時 ，當(dāng) ??)108(1209)180(291 ???????? ????（12） 時 ，當(dāng) ?65? .)6()(12 ???（13） 時 ，當(dāng) ?80? KN90)180(129)1(913 ???????????（14） 時 ，當(dāng) ?5?W25.)5(630)8(6014????（15） 時 ，當(dāng) ?2 )1802(9)1(35915 ?????????（16） 時 ，當(dāng) ?? )5(603)8(6016 ???（17） 時 ，當(dāng) ?24? KNW)18024(9)1(35917 ?????????（18） ,時當(dāng) ? )240(18 ??）（ ????（19） ,7時當(dāng) ?? )(519 ????）（ ???（20） ,28時當(dāng) ??)4(00 ??? ）（ ???（21） ,3時當(dāng) ? KN602431)2(1521 ????）（ ????（22） ,時當(dāng) ?? )4(02 ??）（ ???（23） ,30時當(dāng) ??? )24(152 ??????）（ ???（24） ,時當(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(jī)等于 K 與曲柄中心線在 12 點(diǎn)鐘位置時的夾角，前置型和氣平衡游梁式抽油機(jī)等于 K 與曲柄中心線在 6 點(diǎn)鐘位置時的夾角， （176。） ；：曲柄角，觀察時，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?心線從 12 點(diǎn)鐘位置開始，按順時針方向的旋轉(zhuǎn)角；氣平衡游梁抽油機(jī)為曲柄中心線從 6 點(diǎn)鐘位置開始，按順時針方向的旋轉(zhuǎn)角；前置型游梁式抽油機(jī)為曲柄中心線從 6 點(diǎn)鐘位置開始，按逆時針方向的旋轉(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(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。 ） 。? 各個點(diǎn)參數(shù)計(jì)算當(dāng) 時，?0?? ?)1465(380)( 222 ??????????????????arctg