【文章內容簡介】 抽油桿 規(guī)格 CYG 13（ 1/2） CYG 16 (5/8) CYG 19 (3/4) CYG 19 (3/4) CYG 22 (7/8) CYG 22 (7/8) CYG 25 (1) 根據任務書，抽油桿直徑為 19 ㎜ 。 抽油泵最大外徑 桿式泵最大外徑受到油管內徑的限制，它們之間應有必須的間隙以保證桿式泵能順利的插入。根據任務書，最大外徑為 ㎜ 。 抽油泵長度 抽油泵長度主要取決于泵筒長度，它與沖程長度有關，具體地說是由柱塞長度、沖程長度、防沖距和加長接頭長度等確定。推薦柱塞長度和防沖距按表 32 選擇。但為減少生產廠制備柱塞的規(guī)格，優(yōu)先采用柱塞密封段長度為 1200 ㎜ 。 表 32 推薦柱塞長度和防沖距 下泵深度 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 柱塞長度 防沖距 根據任務書，柱塞長 度為 1200 ㎜ ，沖程長度為 4m。由表 32 得防沖距為 。 根據 抽油泵及其組件規(guī)范 ，泵筒長度取 ，加長短節(jié)長度 。 最后由實際裝配圖得抽油泵總長度為 6820 ㎜ 。由國標《抽油泵及其組件規(guī)范》計算選閥桿長度為 4597 ㎜ 。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 抽油泵主要零件的設計與計算 因各種零件的結構、作用和工況不同，設計計算的內容也有區(qū)別。泵筒、柱塞等零件 主要 側重于強度、剛度的計算，而 閥球、閥罩、閥座等零件的 計算則側重 于 結構設計計算。 、 古 德曼圖 石油機械疲勞強度計算時，經常利用古德曼圖，它是一張極限應力圖。抽油泵是一種往復泵，各種零件所受應力為交變應力，可借用古德曼圖進行計算。 古德曼圖 金屬材料用古德曼圖 如圖 31 所示 ，其橫坐標是交變應力的平均應力 m? ，縱坐標是最大應力 max? 和最小應力 min? 。一張完 整 的古德曼圖是凸八邊形 A、 B、 C?? H構成的封閉圖形。工作在封閉圖形范圍內的零件其壽命可 達到 710 次循環(huán)以上，是安全的。 圖 31 古德曼圖 從圖 31 可知：只要有關材料性質的三個數(shù)據抗拉強度極限 b? 、屈服極限 S? 和實際耐久極限 n? 確定以后，不難 做出 古德曼圖。只要幾種零件的 b? 、 S? 和 n? 相 同，可以共用一張古德曼圖。 實際耐久極限 試件在周期應力作用下，不發(fā)生循環(huán)破壞（循環(huán)破壞次數(shù)達到 710 次）的最大應力稱為耐久極限。耐久極限是通過 表 面光滑 、 直徑 5～ 7mm 圓柱形試件，在轉桿壽命試驗機上試驗獲得的。大量試驗證明：對于黑色金屬和和部分有色金屬，耐久極限 ‘ n?與材料抗力強度 b? 存在一定關系，并于加載方式有關，即： 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 39。 =n P bC?? （ 31） 式中 ： ‘ n? — 耐久極限， MPa； b? — 材料強度極限， MPa； PC — 加載方式系數(shù)，彎曲 : ,PC = 軸向拉壓 : ,PC = 扭轉： = 。 實際使用的零件與試樣有差異，工況與試驗條件也不盡相同，應將耐久極限根據實際情況進行調整，使之能適應實際情況，調整后的數(shù)據稱為實際耐久極限。影響實際耐久極限的因素主要有偏載情況、直徑大小、工件表面質量和介質性質等。 （ l） 偏載系數(shù) 軸向拉壓，因偏心而產生不確定的彎曲，將影響實際耐久極限。對于抽油泵零件而言可取偏載系數(shù) = 。 （ 2） 直徑系數(shù)（ DC ） 實驗表明，隨著試件直徑增加， 耐久極限下降。對于石油機械推薦 20 0 0 0 0 4 3 ddC D ??? (32) 式中： DC — 直徑系數(shù)； d — 工件計算直徑， ㎜ 。對于非圓或者管狀零件可折算成同截面積的圓直徑。 抽油泵泵筒可?。? ? 。 （ 3） 工 件表面系數(shù)： 工件表面粗糙度對耐久極限有較大的影響，而且材料強度極限越大，影響越明顯。抽油泵零件表面大部分經過機械加工，故推薦表面系數(shù) SC 為： 40. 89 2. 18 10SbC ??? ? ? （ 33） （ 4）腐蝕情況系數(shù)（ hC ） 有腐蝕介質存在，將使實際耐久極限下降， 一般取 腐蝕情況系數(shù) 1~?hC ，腐蝕情況越嚴重，系數(shù) hC 越小，無腐蝕 1hC= 。 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 （ 5）實際耐久極限 綜合 上述 ，實際耐久極限 n? 為 : 39。n L D S h n L D S h P bC C C C C C C C C? ? ??? （ 34） 交變應力 最小應力 min? ，最大應力 max? ，平均應力 m? ，應力振幅 a? ，應力振程 r? ，它們之間的關系如下： m a x m in( ) / 2m? ? ??? （ 35） m a x m i n( ) / 2a? ? ??? （ 36） m a x m i n2ra? ? ? ?? ? ? （ 37） 應力集中系數(shù) 應力集中對耐久極限有很大的影響，應力集中系數(shù)的大小可參考有關書籍取用。對于抽油泵而言，大部分零件的危險斷面在螺紋上，推薦按表 33 確定應力集中系數(shù)。 表 33 螺紋應力集中系數(shù) 材料 滾制螺紋 切制螺紋 退火鋼 （ ＜ HB200） 淬火冷拔鋼（ ＞ HB200） 有應力集中存在時，可以看作應力相應增加了 CK 倍，仍可應用古德曼圖，此時計算應力比實際應力增加 CK 倍。 古德曼圖圖解法 古德曼圖圖解法的目的是判斷零件實際使用時其壽命是否能達到 710 次循環(huán)以上，疲勞安全系數(shù)有多大。 在圖 31 中，過橫坐標 m? 上任意一點 L（ mL? ） 的垂直線交古德曼圖與兩點 J、K，它們代表的應力 J? 是該 mL? 下允許的最大應力， K? 為允許最小應力，而 KJJK ??? ?? （ 38） 為允許最大應力振程。如果實際應力振程 r? ＜ JK? ,此零件疲勞強度足夠，其安全系數(shù)為 rJKn ?? /? （ 39） 古德曼圖解析法 用圖解法求解比較麻煩，也不便微機處理，故推薦使用解析法。解析法關鍵 是如何用計算法求得與 m? 相應的允許最大應力振程 JK? 。為此把古德曼圖分為四個區(qū)（如上圖所示），由于古德曼圖已將極限應力曲線簡化為折線，故不難求的諸直線西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 方程及交點的坐標。從而求得與 m? 相應的 JK? 。各區(qū)對應的平均應力 m? 的范圍，允許最大、最小應力和最大振程等的計算式列于表 34. 表 34 古德曼圖的應力振程 區(qū) 間 平均應力 m? 范圍 極限應力 J? 、 K? 允許最大應力振程 JK? Ⅰ snb nsb ??? ??? ~)( ?? sJ ?? ? smK ??? ?? 2 )(2 msJK ??? ?? Ⅱ nbnsb ?? ??? ?? )(~0 nmbnJ ????? ??? )/1( nmbnK ????? ??? )/1( )1(2 bmnJK ???? ?? Ⅲ 0~sn ?? ? nmJ ??? ?? nmK ??? ?? nJK ?? 2? Ⅳ ssn ??? ?? ~ smJ ??? ?? 2 sK ?? ?? )(2 msJK ??? ?? 1）應力極限 最大應力極限 s?? ?Ⅰ 最小應力極限 s?? ?Ⅳ 2）各區(qū)分界處平均應力 )/()( nbnsbTm ??????? ????ⅠⅡ 0?ⅡⅢm? snUm ???? ???ⅢⅣ （ 310） 3）安全系數(shù) 根據考慮應力集中后的平均應力 mCK? 來確定所用古德曼圖的區(qū)間，并由相應的計算式求出允許最大應力振程 JK? ，則安全系數(shù) n 為 rJKn ?? /? （ 311） 、 泵筒 的設計 與計算 泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其內做往復運動，抽汲油液，它又是固定閥、泵筒接箍等零件的支持件。泵筒是加工難度最大的零件，價值約占整筒泵總價的 60%左右。 .對 泵筒的性能要求 (1) 泵筒與柱塞形成一運動副，要保證柱塞轉動和往復運動靈活無阻卡，且磨損西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 均勻； (2) 保證泵筒與柱塞之間有足夠的密封能力； (3) 要有足夠的強度、剛度和疲勞強度，能適應深抽需要； (4) 要有較好的耐磨性； (5) 要有較好的腐蝕能力。 . 泵筒的材料 從 井下介質情況來看，主要存在固體顆粒和腐蝕性物質，不同井中固體顆粒大小、含量 和腐蝕性物質的化學成分、濃度都有變化，應該根據不同介質選擇相應的泵筒材料。為了更好的發(fā)揮材料的使用性能，還應該與 采 用的工藝結合起來，以達到較好的經濟效益。 制造泵筒的材料主要有碳鋼、合金鋼、不銹鋼和有色金屬。往往因受到泵筒毛坯供應情況的限制，最常用的是碳鋼和合金鋼。 制造泵筒用的毛坯是精密鋼管，現(xiàn)在國內已有生產?？梢苑譃閮深悾阂皇侵笨p焊接、芯軸拉拔的精密鋼管，這種毛坯 壁厚 均勻，彎曲較小，殘余應力較小，易于加工；二是冷拔、冷軋無縫管，這種毛坯尺寸精度高，表面質量好，可以有效地控制加工余量，但壁厚不太均 勻，殘余應力相對較大。制造組合缸套一般用普通無縫鋼管。 制造泵筒的毛坯是精密鋼管（冷拔、冷軋無縫管）。這種毛坯尺寸精度高，表面質量好，可以有效的控制加工余量。 泵筒摩擦表面強化工藝主要有碳氮共滲（或滲碳），氮化和鍍鉻等。 國內還在進行鍍鎳、鍍碳化鎢合金、激光淬火等工藝試驗，均有成功的報道。 各種泵筒材料與工藝對井下介質的適應能力見表 35。 本設計采 用鍍鉻。 表 35 泵筒材料選用表 零部件名稱 泵筒 序號 材料及工藝 零件硬度 HRC 碳素鋼 合金鋼 不銹鋼 有色金屬 鍍鉻的 鍍鎳的 碳氮共滲的 氮化鋼氮化 46鉻鋼鍍鉻 46 鉻鋼碳氮共滲 普通 鍍鉻 海軍黃銅 海軍黃銅鍍鉻 蒙乃爾合金 蒙乃爾合金鍍鉻 介質情況 70 68 60 70 70 70 84 B 70 80 B 70 70 1 2 無 無 +磨損 A A A A A A A A A A A A A X A A A X A A AX A A 西安石油大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 3 4 5 6 高硫 化氫 高硫化氫 +磨損 低硫化氫 低硫化氫 +磨損 X X C X B B B B C C C C C C C C C C C C C C B B B X B X B B B B A X B X A A A A AXAX A A A A 7 8 9 10 高二氧化碳 高二氧化碳 +磨損 低二氧化碳 低二氧化碳 +磨損 C C B B B B B B C C C C X X X X B B B B B B B B B X A X B B A