【文章內(nèi)容簡介】 點(diǎn)位移懸點(diǎn)速度懸點(diǎn)加速度扭矩因數(shù) 圖 8 懸點(diǎn)的位移，速度， 加速度，扭矩因素隨θ變化的曲線圖 (附錄 2) 5 型抽油機(jī) 的動(dòng)力分析 有桿泵采油在運(yùn)行時(shí)，抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上作用的載荷有三類： （ 1）靜載荷，包括抽油桿自重、柱塞上部液柱形成的靜液柱載荷。 （ 2）動(dòng)載荷，包括抽油桿柱和油管內(nèi)的流體作不等速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的抽油桿和液柱的 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 18 頁 (共 50 頁 ) 動(dòng)載荷，即慣性載荷。 （ 3）摩阻載荷，包括光桿和密封裝置的摩擦力、抽油桿與液體之間的摩擦力，抽油桿和油管之間的摩擦力，液體在桿、管環(huán)形空間的流 動(dòng)阻力，液體通過泵閥和柱塞內(nèi)孔的局部水力阻力，柱塞和泵筒之間半干摩擦阻力。 計(jì)算過程中常用的數(shù)據(jù)表 表 2 泵徑及其截面積 泵徑 (mm) 28 32 38 45 51 57 63 70 83 95 面積 )( 2cmfP 表 3 抽油桿的直徑及其截面積 抽油桿的直徑 rd （ 英寸 ） 5/8`` 3/4`` 7/8`` 1`` `` 截面積 )( 2cmfr 表 4 抽油桿尺寸組合表 泵徑 cm 抽油機(jī)型號(hào) CYJ5426 抽油桿的尺寸幾配比 28 7/8``? 3/4`` ? 7/8``? 3/4``? 5/8 ? ? → → → 32 7/8``? 3/4`` ? 7/8``? 3/4`` ? → → → 38 7/8``? 3/4`` ? 7/8``3/4`` ? → → → 44 7/8``? 3/4`` ? 7/8``? 3/4`` ? 1``? 7/8``? 3/4``? 5/8`` ? ? ? → → 51 7/8`` 7/8``? 3/4 ? → → → 57 ↓ ↓ 1`` 1`` 1`` 63 ↓ ↓ 1`` 1`` 1`` 70 ↓ 1`` 1`` 1`` 1`` 83 1`` 1`` 1`` 1`` 1`` 95 1`` 1`` 1`` 1`` 1`` 型抽油機(jī)的動(dòng)力分析 第 19 頁 (共 50 頁 ) 計(jì)算泵徑選擇 28mm時(shí)的最大下泵深度 ? ?m a x3 m a x10 10 1 / 1L P L r rPLaAqg? ? ??? ??? ? ? ? ? ??? ???? ?? （ 24） 式中： L — 允許最大下泵深度 m maxP — 額定懸點(diǎn)載荷 KN L? — 油管內(nèi)液體密度 850 3/Kg m PA — 抽油泵柱塞面積 ? 104 2m r? — 抽油桿密度 7850 3/Kg m maxa — 懸點(diǎn)最大加速度 2/ms g — 重力加速度 2/ms rq — 抽油桿在空氣中每米重量 3/Kg m rq = 1 1 2 1 3 3 4 4( . . . . )r r r r rA p A p A p A p ?? ? ? ? （ 25） 式中： riA —— 各抽油桿的面積； 1 2 3 4P P P P、 、 、 — 各抽油桿的比例； 根據(jù)表 表 表 4 求得 rq = 3/Kg m ? maxL = ，圓整單位為 50m ，所以最大下泵深度為 2300m 。 分別對(duì)上沖程，下沖程，上死點(diǎn)和下死點(diǎn)四種情況進(jìn)行分析 上沖程 其中： 油桿油沉油桿桿沉油桿油桿桿壓油桿靜上＋＝）（＋）－（＝＝－＋＝39。39。)(PPghLFgLfFghLfFgLgfPPPP?????????? 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 20 頁 (共 50 頁 ) 桿?—— 抽油桿材料的密度 ， 3/mkg ； 油? —— 原油的密度 ， 3/mkg ； 桿f—— 抽油桿橫截面面 ； F—— 泵柱塞橫截面面積 ； 沉h —— 泵的沉沒度 ； 油?? —— 油井中動(dòng)液面以上斷面積等于柱塞面積的油柱重， N. NgLfP 0 8 3 0)8507 8 5 0(] 0 0 1 9 3 0 0 0 2 8 3 0 0 0 3 8 3 0 [)(39。???????????????油桿桿桿 －＝ ?? 下沖程 NPP ＝ ＝‘ 桿靜下 下死點(diǎn)（從下沖程到上沖程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)） （ 1）對(duì)抽油桿來說，在這一瞬間，懸點(diǎn)載荷發(fā)生了變化，由下沖程的 靜下P 變化到上沖程的 靜上P ，增加了一個(gè)載荷 （油柱重）＝－ 油靜下靜上 39。PPPP ?? ，載荷增加就使抽油桿伸長，伸長的大小 桿? 等于： 桿‘油桿桿＝＝ Ef LPEfPL?? NghLFP7 8 1 7 8 2 5 02 3 0 00 0 0 6 1 )(39。??????? 油沉油 ? 型抽油機(jī)的動(dòng)力分析 第 21 頁 (共 50 頁 ) 上式中： E 為鋼材的彈性模數(shù)，等于 211 / mN? 在伸長變形完畢后，載荷 P? 才全部加到抽油桿或懸點(diǎn)上。實(shí)際上，在抽油桿受載荷伸長變形的過程中，驢頭已經(jīng)開始上沖程。當(dāng)懸點(diǎn)往上走了一個(gè)距離 桿? 時(shí)，由于同時(shí)產(chǎn)生的抽油桿柱伸長的結(jié)果，使柱塞還停留在原來的位置，即柱塞對(duì)泵筒沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不抽油。 （ 2）對(duì)油管柱來說，下沖程時(shí)，由于游動(dòng)閥打開 和固定閥關(guān)閉，油柱重 ’油P 壓在固定閥上，也就是壓在泵筒和油管的下部。而當(dāng)轉(zhuǎn)到上沖程時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉，整個(gè)油柱的重力都由柱塞和抽油桿柱承擔(dān)，而油管柱上就沒有這個(gè)載荷作用。因此，在抽油桿加載的同時(shí)，油管柱卻卸載。卸載引起油管長度的縮短，直到縮短變形完畢以后，油管柱的載荷才全部卸掉。油管柱縮短的大小 管? 等于： 2 2 0 0 0 5 2 3 0 07 8 1 7 8 239。11?????管油管 ＝ EfLP? 式中： 管f 為油管管壁的橫截面面積， 2m 。 這樣一來，雖然懸點(diǎn)帶著柱塞一起往上移動(dòng)，但是由于油管柱的縮短，使油管柱的下端也跟著柱塞往上運(yùn)動(dòng)。柱塞對(duì)泵筒沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即還不能抽油。一直到懸點(diǎn)經(jīng)過一段距離等于 管? 以后，柱塞才開始抽油。 上面所進(jìn)行的分析表明：懸點(diǎn)從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)雖然走了沖程長度 S，但是由于抽油桿柱和油管柱的靜變形結(jié)果，使抽油泵柱塞的有效沖程長度 效S 要比 S 小，所以 效S ＝ S? mEfLPEfLPEfLP39。39。39。111111321????????????????桿油桿油桿油桿 ＋＋＝? 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 22 頁 (共 50 頁 ) 而靜變形 ? 的大小等于：6 6 2 2 4 ＝＝＋＝＋ 管桿 ??? ? 則上沖程時(shí)有效沖程為：???? ?SS ＝效 上死點(diǎn)（從上上沖程到下沖程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)） 它和下死點(diǎn)情況恰恰相反。這時(shí)，對(duì)抽油桿 柱來說，靜載荷由上沖程的 靜上P 變到下沖程的 靜下P ，減少了油柱重 ‘油P ，抽油桿因而縮短 桿? 。因此當(dāng)懸點(diǎn)往下走了 桿? 時(shí)，由于抽油桿柱的縮短，柱塞在井下原地不動(dòng)，它對(duì)泵筒不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不能排油。而對(duì)油管柱來說，因?yàn)榧虞d ‘油P 而伸長了 管? ，油管（或泵筒）好像跟著柱塞往下走，所以，在懸點(diǎn)走完 管? 以前，柱塞和泵筒還不能產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也不會(huì)抽油。因此，在排油過程中，柱塞的有效沖程長度 效S 比懸點(diǎn)沖程長度 S 減少了一個(gè)同樣的靜變形。 現(xiàn)在把上、下沖程懸點(diǎn)靜載荷隨懸點(diǎn)的位移變化規(guī)律利用圖形來表示。 計(jì)算、數(shù)據(jù)和圖形見附 錄 3。 型抽油機(jī)的動(dòng)力分析 第 23 頁 (共 50 頁 ) 懸點(diǎn)動(dòng)載荷大小變化規(guī)律和動(dòng)力示功圖的繪制 在油井較深、抽油機(jī)沖數(shù)較大的情況下 ,必須考慮動(dòng)載荷的影響。動(dòng)載荷是由慣性載荷和振動(dòng)載荷兩部分組成的。在本設(shè)計(jì)中主要考慮慣性載荷。 慣性載荷包括抽油桿柱和油柱兩部分，即 桿慣P 和 油慣P 。如果略去抽油桿柱和油柱的彈性影響，可以認(rèn)為，抽油桿柱以及油柱各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和懸點(diǎn)完全一致，所以 桿慣P和 油慣P 的大小和懸點(diǎn)加速度 ca 大小成正比，而作用方向和后者相反 。 cagPP 桿桿慣 ＝ ??cagPP 油油慣 ＝ 式中 ? 為考慮油管過流斷面擴(kuò)大引起油柱加速度降低的系數(shù)。 慣性載荷對(duì)懸點(diǎn)總載荷的影響 : 上沖程時(shí)，柱塞（或抽油桿）帶著油柱運(yùn)動(dòng)，所以上沖程的慣性載荷 慣上P 為： cagPmPPPPPP 桿桿慣桿慣油慣油慣桿慣慣上 ）＋＝）＋＝＋＝ 1(1( 式中 m表示油柱慣性載荷與抽油桿慣性載荷比值。 1178508501178508501178508501111)(2222＝）＋＋（＝－）－（＋－）－（＋－）－（＝－）－（＝－－＝＝桿管桿桿油桿管桿桿桿桿油桿油桿慣油慣????????fFfFfFfFLgfLfFgPPPPm????? caP ???? )(慣上 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 24 頁 (共 50 頁 ) caP ? ＝慣下 慣性載荷對(duì)抽油泵柱塞有效沖程長度的影響 慣性載荷大小的變化規(guī)律和懸點(diǎn)加速度 ca 的大小變化規(guī)律相類似，但是方向和后者相反。就是說，在上沖程前半段，加速度向上，慣性載荷就向下，這時(shí)懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷加上慣性載荷。而上沖程后半段，加速度向下，慣性載荷就變?yōu)橄蛏希赃@時(shí)懸點(diǎn)的總載荷應(yīng)該等于靜載荷減去慣性載荷。下沖程恰恰相反。 從上面的分析可以看出，最大慣性載荷發(fā)生在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)。而且在上死 點(diǎn)，即上沖程的終點(diǎn)處，慣性載荷 慣上P 向上，減少抽油桿柱重力，使抽油桿柱受壓縮，柱塞因而產(chǎn)生附加沖程長度 1e 。在下死點(diǎn)即下沖程的終點(diǎn)處，慣性載荷 慣下P 向下，增加抽油桿的重力，抽油桿柱伸長，又給柱塞附加沖程長度 2e 。因此柱塞的有效沖程長度效S 就變?yōu)椋? 21 eeSS ??? ?＝效 變形量 1e 和 2e 的計(jì)算公式和 ? 相類似，所不同的是 1e 和 2e 是慣性載荷產(chǎn)生的。慣性載荷是沿抽油桿均勻分布的質(zhì)量力，可以將它看作作用在抽油桿柱重心的集中力。抽油桿柱重心對(duì)單級(jí)桿柱來說，就是在抽油桿柱長度的中心點(diǎn)處，所以： SnLee 221021 100 7 ???? 考慮慣性載荷作用后，柱塞有效沖程長度的表達(dá)式 ： mSKnLSS)( 2210＝－＝＝效?????? ??? K 為沖程增加系數(shù) 122 3 0 22102210???????? ?－＋nLK 把相關(guān)公式編寫程序進(jìn)行計(jì)算，用計(jì)算結(jié)果畫出動(dòng)力示功圖。 程序、數(shù)據(jù)、圖形見附錄４。 型抽油機(jī)的動(dòng)力分析 第 25 頁 (共 50 頁 ) 型抽油機(jī)的扭矩計(jì)算 復(fù)合平衡抽油機(jī)曲柄銷所受的力如圖 9 所示。 抽油機(jī)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 第 26 頁 (共 50 頁 ) 圖 9 抽油機(jī)受力示意圖 工作扭矩 wT 、平衡扭矩 RT 、凈扭局 NT 的計(jì)算 N W rT T T?? （ 31） 由于： [ ( ) ]CW KT TF P B QA? ? ? ? 游 （ 32） m a xsi n( )RCTM ??? ? ? （ 33） 故有：m a x[ ( ) ] . s in ( )CNCKT TF W B Q MA ???? ? ? ? ?游 （ 34） (1 )su aPP g?? 上沖程 （ 35） (1 )sd a