【文章內(nèi)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(jù)任務(wù)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(nèi)徑的限制，它們之間應(yīng)有必須的間隙以保證桿式泵能順利的插入。根據(jù)任務(wù)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(guān)，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(chǎn)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(jù)任務(wù)書，柱塞長 度為 1200 ㎜ ，沖程長度為 4m。由表 32 得防沖距為 。 根據(jù) 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(biāo)《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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 抽油泵主要零件的設(shè)計與計算 因各種零件的結(jié)構(gòu)、作用和工況不同，設(shè)計計算的內(nèi)容也有區(qū)別。泵筒、柱塞等零件 主要 側(cè)重于強度、剛度的計算，而 閥球、閥罩、閥座等零件的 計算則側(cè)重 于 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。 、 古 德曼圖 石油機械疲勞強度計算時，經(jīng)常利用古德曼圖，它是一張極限應(yīng)力圖。抽油泵是一種往復(fù)泵，各種零件所受應(yīng)力為交變應(yīng)力，可借用古德曼圖進(jìn)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(biāo)是交變應(yīng)力的平均應(yīng)力 m? ，縱坐標(biāo)是最大應(yīng)力 max? 和最小應(yīng)力 min? 。一張完 整 的古德曼圖是凸八邊形 A、 B、 C?? H構(gòu)成的封閉圖形。工作在封閉圖形范圍內(nèi)的零件其壽命可 達(dá)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(guān)材料性質(zhì)的三個數(shù)據(jù)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(yīng)力作用下，不發(fā)生循環(huán)破壞（循環(huán)破壞次數(shù)達(dá)到 710 次）的最大應(yīng)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(zhuǎn)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(guān)系，并于加載方式有關(guān)，即： 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(zhuǎn)： = 。 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(yīng)將耐久極限根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，使之能適應(yīng)實際情況，調(diào)整后的數(shù)據(jù)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(zhì)量和介質(zhì)性質(zhì)等。 （ l） 偏載系數(shù) 軸向拉壓，因偏心而產(chǎn)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。 抽油泵泵筒可取： ? 。 （ 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(jīng)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(zhì)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(yán)重，系數(shù) hC 越小，無腐蝕 1hC= 。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(yīng)力 最小應(yīng)力 min? ，最大應(yīng)力 max? ，平均應(yīng)力 m? ，應(yīng)力振幅 a? ，應(yīng)力振程 r? ，它們之間的關(guān)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(yīng)力集中系數(shù) 應(yīng)力集中對耐久極限有很大的影響，應(yīng)力集中系數(shù)的大小可參考有關(guān)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(yīng)力集中系數(shù)。 表 33 螺紋應(yīng)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(yīng)力集中存在時，可以看作應(yīng)力相應(yīng)增加了 CK 倍，仍可應(yīng)用古德曼圖，此時計算應(yīng)力比實際應(yīng)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(dá)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(biāo) 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(yīng)力 J? 是該 mL? 下允許的最大應(yīng)力， K? 為允許最小應(yīng)力，而 KJJK ??? ?? （ 38） 為允許最大應(yīng)力振程。如果實際應(yīng)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(guān)鍵 是如何用計算法求得與 m? 相應(yīng)的允許最大應(yīng)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(yīng)力曲線簡化為折線，故不難求的諸直線西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 方程及交點的坐標(biāo)。從而求得與 m? 相應(yīng)的 JK? 。各區(qū)對應(yīng)的平均應(yīng)力 m? 的范圍，允許最大、最小應(yīng)力和最大振程等的計算式列于表 34. 表 34 古德曼圖的應(yīng)力振程 區(qū) 間 平均應(yīng)力 m? 范圍 極限應(yīng)力 J? 、 K? 允許最大應(yīng)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(yīng)力極限 最大應(yīng)力極限 s?? ?Ⅰ 最小應(yīng)力極限 s?? ?Ⅳ 2）各區(qū)分界處平均應(yīng)力 )/()( nbnsbTm ??????? ????ⅠⅡ 0?ⅡⅢm? snUm ???? ???ⅢⅣ （ 310） 3）安全系數(shù) 根據(jù)考慮應(yīng)力集中后的平均應(yīng)力 mCK? 來確定所用古德曼圖的區(qū)間，并由相應(yīng)的計算式求出允許最大應(yīng)力振程 JK? ，則安全系數(shù) n 為 rJKn ?? /? （ 311） 、 泵筒 的設(shè)計 與計算 泵筒是抽油泵的主要零件，柱塞在其內(nèi)做往復(fù)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(zhuǎn)動和往復(fù)運動靈活無阻卡，且磨損西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(zhì)情況來看，主要存在固體顆粒和腐蝕性物質(zhì)，不同井中固體顆粒大小、含量 和腐蝕性物質(zhì)的化學(xué)成分、濃度都有變化，應(yīng)該根據(jù)不同介質(zhì)選擇相應(yīng)的泵筒材料。為了更好的發(fā)揮材料的使用性能，還應(yīng)該與 采 用的工藝結(jié)合起來，以達(dá)到較好的經(jīng)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(yīng)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(nèi)已有生產(chǎn)?？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(yīng)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(zhì)量好，可以有效地控制加工余量，但壁厚不太均 勻，殘余應(yīng)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(zhì)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(nèi)還在進(jìn)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(zhì)的適應(yīng)能力見表 35。 本設(shè)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(zhì)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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