【導(dǎo)讀】場(chǎng)改造試驗(yàn)，最后大面積推廣。提出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容。的研究，為抽油機(jī)改造方案優(yōu)選提供了理論依據(jù)。懸點(diǎn)載荷、減速器凈扭矩、均方根扭矩、周期載荷系數(shù)等參數(shù)。最后對(duì)全文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要的總結(jié)。

　　

【正文】 協(xié)調(diào)的結(jié)果。 (4)密封裝置效率 光桿功率與光桿功率減去摩擦損失的比值即為密封裝置傳動(dòng)效率。 ?? rtrg PvfK d h PP )(1 0 0 3???? () f —— 摩擦系數(shù)，橡膠對(duì)鋼鐵可取 ； K—— 系數(shù)， V 型夾織物圈可取 ，其他密封去 ； d —— 光桿直徑， m； h —— 密封有效高度， m； tP —— 油管壓力， Pa。 (5)抽油桿效率 光桿功率與光桿功率將去抽油桿摩擦損失的比值即為抽油桿效率。在抽油過程中抽油桿與油管和抽油桿與液體之間會(huì)產(chǎn)生摩擦造成功率損失，對(duì)稀油而言，抽油桿與液體的摩擦力很小，可以忽略不計(jì)，但對(duì)稠油井而言，摩擦力相當(dāng)大，由于每口井井況千差萬別，無法準(zhǔn)確計(jì)算。目前只能利用光桿示功圖面積減去泵攻圖的面積除以光桿示功圖面積，定義為密封裝置加抽油桿效率，一般不應(yīng)低于85%。 (6)深井泵功率損失 深井泵功率損失主要包括： ① 深井泵機(jī)械 摩擦造成的功率損失 jP? 25 ?????? ?????? 2603 1 1602106010 ?? ??? nSlpnSdP j () 1d —— 柱塞直徑， m； p? —— 柱塞上、下壓差， MPa； ? —— 柱塞與鋼桶間徑向間隙， mm； l —— 柱塞長(zhǎng)度， m； ? —— 井液粘度， Pa s； ? —— 偏心比 ( ?? /e? )， m/mm； e —— 偏心距， m； ② 深井泵漏失損失功率 )(2410 2329 elPdPl ???? ? ?? () ③ 深井泵水力損失功率 233 210 AQPw ????? () ? ——井液流經(jīng)閥組的阻力系數(shù) (一般取 )； ? ——井液密度， kg/m3； Q ——井液流經(jīng)泵閥孔的流量， m3/s； A ——閥座孔面積， m2； 一般深井泵效率不應(yīng)低于 78%。 (7)油管功率損失 油管功率損失主要包括兩個(gè)方面 ① 油管漏失功率損失 )(10 3 bgl pP ??? () p? —— 油管、套管空間壓力差， MPa； Q —— 油井井口產(chǎn)量， m3/s； 第 3章 游梁式抽油機(jī)節(jié)能研究 26 bQ —— 深井泵排出量， m3/s； ② 油管水力損失功率 ????? ni idiiit duLQP 13 210 ?? () i ——抽油桿級(jí)數(shù)； ? —— 與第 i 級(jí)抽油桿相應(yīng)的油管摩阻系數(shù)； iL —— 第 i 級(jí)抽油桿的相應(yīng)長(zhǎng)度， m； idd —— 與第 i 級(jí)抽油桿相應(yīng)的油管當(dāng)量?jī)?nèi)徑， m； iu —— 與第 i 級(jí)抽油桿相應(yīng)的井液流速， m/s； Q —— 油管流量， m3/s。 一般油管效率不應(yīng)低于 95%。 (8)抽油機(jī)井有效功率 86400gQHPs ?? () Q ——日產(chǎn)液量， kg/m3； H ——有效揚(yáng)程， m； g pPHH ctd ? )(1000 ??? () dH —— 動(dòng)液面深度， m； tP —— 油管壓力， MPa； cp —— 套管壓力， MPa； 提高系統(tǒng)效率的措施 在系統(tǒng)效率分解測(cè)試的基礎(chǔ)上，各部效率一般都規(guī)定了最低值，當(dāng)效率偏低時(shí)，就應(yīng)該具體分析原因，采取措施。 (1)電動(dòng)機(jī)效率低 ① 檢查電動(dòng)機(jī)選型是否合理，按廠家提供的電動(dòng)機(jī)外特性曲線檢查電動(dòng)機(jī)工作時(shí)平均功率是否達(dá)到額定功率 35%以上，否則需要更換電動(dòng)機(jī)。 27 ② 研究資料表明，電壓低于額定電壓不超過 10%時(shí)，一般降壓 5%左右往往能提高效率。 ③ 檢查功率因數(shù)是否過低，應(yīng)考慮加電容補(bǔ)償。 (2)皮帶傳動(dòng)效率低 ① 皮帶類型是否選擇適當(dāng)，應(yīng)盡量選用窄 V 帶、多楔帶。 ② 檢查皮帶張緊度是否一致 ，否則調(diào)整或更 換 。 ③ 檢查皮帶是否過松或有油污 ，應(yīng)調(diào)整或清洗 。 (3)減速箱傳動(dòng)效率低 ① 檢查是否缺油或潤(rùn)滑油變質(zhì) ，應(yīng)補(bǔ)充或更換。 ② 檢查軸承是否磨損，應(yīng)及時(shí)更換。 ③ 檢查減速箱齒輪齒是否磨損，如磨損需更換 或 大修。 (4)四連桿機(jī)構(gòu)效率低 ① 檢查軸承潤(rùn)滑油是否不足或變質(zhì)，應(yīng)補(bǔ)充或更換。 ② 檢查軸承是否磨損，應(yīng)及時(shí)更換。 (5)密封裝置效率低 ① 驢頭對(duì)正井口是否超標(biāo)，應(yīng)及時(shí)校正。 ② 密封類型不正確，檢查出及時(shí)更換。 ③ 密封過緊，及時(shí)調(diào)整。 (6)抽油桿傳動(dòng)效率低 ① 檢查是否結(jié)蠟造成阻力過大，及時(shí)清蠟。 ② 抽油桿與油管摩阻大，設(shè)計(jì)、調(diào)整扶正器或滾輪接箍。 ③ 油稠摩阻大，應(yīng)更換大油管或加藥降粘。 (7)深井泵效率低 ① 測(cè)示功圖拉線檢查漏失，漏失超標(biāo)應(yīng)檢泵。 ② 泵效低，檢查原因，提高泵效。 (8)油管效率低 檢查油管漏失情況，及時(shí)檢泵。 游梁式 抽油機(jī)節(jié)能 機(jī)理 分析 游梁式 抽油機(jī)能耗分析 從上一節(jié)的抽油機(jī)系統(tǒng)效率分析可知，在有桿抽油系統(tǒng)中，消耗的總能量 主要 包括以下幾個(gè)方面： 第 3章 游梁式抽油機(jī)節(jié)能研究 28 (1)提升液柱所耗的能量； (2)各種摩擦損失的能量； (3)系統(tǒng)能量倒流損耗； (4)電動(dòng)機(jī)的 損耗 。 在 以上的四 種主要能耗中 ： 第一方面 ， 提升液柱所耗的能量是工作時(shí)必須消耗的，不論采用任何方法都是不能節(jié)省的。 第二方面 ， 是各種摩擦造成的損耗，包括井下摩擦損耗和地面機(jī)械傳動(dòng)摩擦損耗，其中井下摩擦損耗在沖程沖 次 一定的情況下，只受抽油機(jī)懸點(diǎn)加速度的影響，且影響甚微，可忽略不計(jì)。機(jī)械傳動(dòng)摩擦損 耗除與傳動(dòng)環(huán)節(jié)本身的特性、潤(rùn)滑條件有關(guān)外，與抽油機(jī)的平衡也有很大的關(guān)系。 當(dāng)游梁式抽油機(jī)平衡率很高的時(shí)候，中央軸承座、橫梁軸承座、曲柄銷軸等轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處的受力將得到降低，從而減小了傳動(dòng)環(huán)節(jié)的摩擦損耗。 第三方面 ， 是系統(tǒng)能量倒流造成的損耗，游梁式抽油機(jī)因載荷劇烈變化，系統(tǒng)中存在能量倒流。能量倒流包括兩個(gè)方面，一個(gè)是下沖程時(shí)能量從光桿向曲柄軸處倒流， 其結(jié)果將使四連桿機(jī)構(gòu)在整個(gè)上、下沖程 內(nèi)的平均效率降低。另一個(gè)是在曲柄軸和電機(jī)軸之間存在能量倒流，它不是存在于整個(gè)下沖程內(nèi)，而只是當(dāng)曲柄軸出現(xiàn)負(fù)扭矩時(shí)才出現(xiàn)能量倒流，這種 能量倒流現(xiàn)象同樣會(huì)使從電動(dòng)機(jī)到曲柄軸的傳動(dòng)效率平均值降低。在凈扭矩曲線圖上，負(fù)扭矩包圍的面積越大，平均傳動(dòng)效率降低的越多，對(duì)于平衡率高的抽油機(jī)，即使仍存在負(fù)扭矩，但其包圍面積占整個(gè)扭矩曲線包圍面積的比例不大，對(duì)傳動(dòng)效率的影響就比較小。 第四方面 ， 是電動(dòng)機(jī)的損耗，主要有鐵損、銅損、機(jī)械損耗和各種雜損。其中鐵損和機(jī)械損耗基本上不受電動(dòng)機(jī)軸功率的 影響，也就不受抽油機(jī)的平衡影響。銅損和雜損與電流的平方成正比， 大體上也和電動(dòng)機(jī)功率的平方成正比，稱為可變損耗，也 與 抽油機(jī)的平衡有很大的關(guān)系。在相同的平均軸功率條件下，軸功 率的波動(dòng)將增加電動(dòng)機(jī)的輸入功率，降低電動(dòng)機(jī)效率 [9][10]。 游梁式抽油機(jī) 平衡分析 [20] 從以上游梁式抽油機(jī)的能耗分析可知，抽油機(jī)是否節(jié)能關(guān)鍵是抽油機(jī)的平衡率 ，平衡 率 直接影響到 減速器 的最大 扭矩 和均方根扭矩 ， 最大扭矩越大，就要選用額定扭矩更大的減速器，均方根扭矩越大，就要選用更大功率的電動(dòng)機(jī)，負(fù)扭矩增大會(huì)加大齒輪沖擊，降低減速器壽命，扭矩波動(dòng)增大，使抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加不平穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)性能惡化，抽油機(jī)的軸功率波動(dòng)加大，增加電動(dòng)機(jī)的輸入功率，降低 29 電動(dòng)機(jī)效率。 所以游梁式抽油機(jī) 必須很好的平衡 ，使減速器凈扭矩 峰值更低、 波動(dòng) 更加平緩 。 (1)平衡方法 目前，游梁式抽油機(jī)的平衡方法有機(jī)械平衡和氣平衡兩種。在機(jī)械平衡中，按照平衡重安裝的位置不同，又可分為游梁平衡、曲柄平衡和復(fù)合平衡三種。游梁平衡是把平衡重裝在游梁尾端，重量可調(diào)而位置不變；曲柄平衡是把平衡塊裝在兩曲柄上，位置可調(diào)，平衡塊重量基本不變；復(fù)合平衡則兩處都有平衡重，各占一定比例。機(jī)械平衡是利用重物升降而改變位能來實(shí)現(xiàn)平衡的。在上沖程時(shí)，平衡重物下落，釋放位能，協(xié)助電動(dòng)機(jī)提升抽油桿柱和液柱，從而減輕了電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和減小了減速器所傳遞的扭矩。在下沖程時(shí)，抽油桿柱 下落釋放位能，平衡重儲(chǔ)存位能。氣平衡是利用氣體的可壓縮性而改變壓能來實(shí)現(xiàn)平衡的。在上沖程時(shí)，氣體膨脹釋放壓能，協(xié)助動(dòng)力機(jī)做功，減輕了動(dòng)力機(jī)的負(fù)載。下沖程時(shí)，抽油桿柱下落釋放位能再加上動(dòng)力機(jī)提供的能量，以氣體壓能的形式貯存起來。 ① 曲柄平衡 曲柄平衡方式的典型代表是常規(guī)游梁式抽油機(jī)，常規(guī)游梁式抽油機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn) 是 可靠耐用，其最突出的缺點(diǎn)是平衡效果差、能耗高。 曲柄平衡的 平衡重在曲柄軸上所產(chǎn)生的平衡扭矩按正弦規(guī)律變化 ， 而懸點(diǎn)載荷作用到曲柄軸上的載荷扭矩并不按正弦規(guī)律變化，加上因懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 加速度所帶來的附加動(dòng)載荷 、液體摩擦力、桿柱彈性振動(dòng)等因素 的影響，曲柄平衡扭矩并不能與抽油機(jī)的載荷扭矩很好地平衡，使抽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中曲柄軸輸出凈扭矩 波動(dòng) 較大，如圖 所示。 圖 曲柄平衡扭矩曲線圖 第 3章 游梁式抽油機(jī)節(jié)能研究 30 該圖是常規(guī) 10 型 游梁式抽油機(jī)的扭矩 曲線 圖。由圖可見，由于載荷扭矩的非正弦規(guī)律，使得該抽油機(jī)的凈扭矩在一個(gè)工作循環(huán)中， 存在 較大的“負(fù)扭矩”， 扭矩波動(dòng)很大，抽油機(jī)平衡效果不佳。盡管后來在常規(guī)機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出了異相曲柄平衡抽油機(jī)，通過改變曲柄結(jié)構(gòu)，改變平衡扭矩的相位，使平衡扭矩的峰值相位更接近載荷扭矩的 峰值位置，從而使凈扭矩的峰值有所降低，使得異相機(jī)較常規(guī)機(jī)節(jié)能，但受曲柄結(jié)構(gòu)尺寸的限制，異相角不可能太大，因而其節(jié)能效果有限。由此可見，曲柄平衡抽油機(jī)平衡效果差、能耗高的缺點(diǎn)正是由曲柄平衡這種平衡方式所決定的。 ② 游梁平衡 游梁平衡就是將平衡重加在游梁后臂上，從而與游梁前臂上的光桿載荷相平衡。游梁平衡的典型代表是調(diào)徑變矩抽油機(jī)， 如 圖 所 示為新疆第三機(jī)床廠研制的調(diào)徑變矩節(jié)能抽油機(jī)。這種抽油機(jī)的顯著特點(diǎn)是取消了曲柄平衡，將傳統(tǒng)的直游梁設(shè)計(jì)成下彎形游梁 ，并分解成游梁體與吊臂兩段 ， 吊臂下偏的角度可通過調(diào)變徑銷直徑來調(diào)整，吊臂末端配重下置的幅度、配重質(zhì)量均可調(diào)。根據(jù)懸點(diǎn)載荷曲線的變化規(guī)律，通過改變配重質(zhì)量和其重心運(yùn)行軌跡兩方面來調(diào)節(jié)平衡扭矩，使減速器扭矩曲線波動(dòng)更加平穩(wěn)，扭矩峰值更低， 達(dá)到比較理想的平衡效果。 圖 調(diào) 徑變矩抽油機(jī) 31 調(diào)徑變矩抽油機(jī)經(jīng)過多年的生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐證明了其卓越的節(jié)能性，但同時(shí)其缺點(diǎn)也暴露無遺。主要是沖擊振動(dòng)問題，因?yàn)槠胶馀渲匕惭b在游梁上，連桿受周期性變化的拉力和壓力，雖然連桿力的最大值和平均值比曲柄平衡抽油機(jī)小很多，但在拉力和壓力相互轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)橫梁造成沖擊 ，嚴(yán)重時(shí)就會(huì)造成整機(jī)的顫動(dòng)，產(chǎn)生異響，光桿失載后可能造成較大損失 [18]。 ③ 復(fù)合平衡 所謂復(fù)合平衡就是在抽油機(jī)的游梁和曲柄上各加一定量的平衡重來平衡光桿載荷。傳統(tǒng)的復(fù)合平衡抽油機(jī)是直接在游梁尾部加平衡重，因其平效果不佳已逐步被淘汰。新型復(fù)合平衡的典型代表 是 下偏杠鈴抽油機(jī)，如 圖 所 示，下偏杠鈴抽油機(jī)與常規(guī)型游梁抽油機(jī)相比，唯一不同之處在于該機(jī)在游梁的尾部平衡重物(杠鈴 )明顯地向下，通過中央軸承座的水平線和杠鈴重心與中央軸承座之間的連線、形成一定的夾角，這是該機(jī)的技術(shù)關(guān)鍵 [16][17]。 圖 1：驢頭； 2：游梁； 3：中央軸承座； 4：支架； 5：曲柄配重； 6：曲柄； 7：減速器； 8：連桿； 9：橫梁； 10：下偏杠鈴； 11：底座； 12：電動(dòng)機(jī) 。 下偏杠鈴抽油機(jī)游梁尾部的平衡配重都明顯地下偏，當(dāng)驢頭處于下死點(diǎn)位置時(shí)，下偏配重平衡力矩達(dá)到最大值，而驢頭處于上死點(diǎn)位置時(shí)，下偏配重平衡力矩達(dá)到最小值，驢頭處于上、下死點(diǎn)位置之間時(shí)，下偏配重平衡力矩值介于最大值與最小值之間。驢頭從下死點(diǎn)到上死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中，下偏配重平衡力矩由最大值逐漸減小直至最小值，反之，驢頭從上死 點(diǎn)到下死點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中，下第 3章 游梁式抽油機(jī)節(jié)能研究 32 偏配重平衡力矩由最小值逐漸減小直至最大值，如此循環(huán)。下偏杠鈴平 衡的結(jié)果是減小了懸點(diǎn)載荷的波動(dòng)，因此經(jīng)過游梁一次平衡以后懸點(diǎn) 載荷扭矩正好與曲柄平衡扭矩相平衡，使得曲柄軸凈扭矩小且波動(dòng)幅度小，達(dá)到加強(qiáng)抽油機(jī)的平衡效果、降低其曲柄軸輸出凈扭矩峰值、以降低其能耗的目的。由以上分析可知，下偏杠鈴平衡這種典型的復(fù)合平衡由于其特殊的平衡方法，取得了較好的平衡效果，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。但因其保留了曲柄平衡也就不可避免地保留了曲柄平衡的一些缺點(diǎn)。 當(dāng)然，與游梁平衡相比，其優(yōu)勢(shì)在于可以做到使連桿只 承受拉力，可避免游梁平衡抽油機(jī)因連桿承受拉壓交變載荷而帶來的抽油機(jī)穩(wěn)定和安全方面的問題。 ④ 氣平衡 圖 氣平衡游梁式抽油機(jī) 氣平衡游梁式抽油機(jī)實(shí)際上是一種前置型游梁式抽油機(jī)。其不同之處是曲柄上無平衡塊，用氣缸內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生的推力實(shí)現(xiàn)平衡。為了使氣缸內(nèi)的壓力波動(dòng)不致過大，需要有一個(gè)數(shù)倍于氣缸容