【正文】 降低，也就節(jié)約了電能。扭矩波動(dòng)幅度下降，說(shuō)明扭矩變化較均衡，有利于改善電動(dòng)機(jī)的工況，進(jìn)而提高其功率因數(shù)和電動(dòng)機(jī)的工作效率。第 5 章 新機(jī)型的應(yīng)用分析 新機(jī)型的意義當(dāng)今世界，資源有限而匱乏，而對(duì)資源的消耗卻永無(wú)止境且與日劇增，尤其是石油資源的消耗。進(jìn)入 2022 年以來(lái)，由于政治、資源、外交等各種因素，國(guó)際原油價(jià)格再次猛烈上揚(yáng)，一度相繼突破11140 美元大關(guān)，但其迅猛漲勢(shì)卻絲毫沒(méi)有降下來(lái)的趨勢(shì)。石油價(jià)格的劇烈上漲對(duì)世界各個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政治格局均造成不同程度的影響。由此牽連引發(fā)的物價(jià)上漲，居民消費(fèi)水平上漲，貨幣貶值，股市下跌等直接關(guān)系到很多國(guó)家的發(fā)展甚至存亡，世界對(duì)石油的需求在日益上漲，固然對(duì)石油價(jià)格的上揚(yáng)顯得非常的敏感而無(wú)奈，為了人類的可持續(xù)發(fā)展和生存， “節(jié)約”成為世界上很多國(guó)家的共識(shí)和一直倡導(dǎo)的主題，尤其是對(duì)于資源消耗大國(guó)，所以，節(jié)能降耗將是抽油機(jī)設(shè)計(jì)的永遠(yuǎn)主題。利用游梁式抽油機(jī)進(jìn)行機(jī)械采油，在大慶約占 80%。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)各油田在用游梁式抽油機(jī)近 7 萬(wàn)套，裝機(jī)容量達(dá) 150 萬(wàn) kW，每年耗電量300 多億度，是油田主要耗電設(shè)備，約占總耗電的 1/3。在黑龍江省耗電的最大戶就是大慶。而在大慶，機(jī)械采油是耗電量最多的。目前，對(duì)大慶油田的常規(guī)抽油機(jī)進(jìn)行改造不僅必要而且是各采油廠的迫切需要。目前，我國(guó)開(kāi)采石油耗電指標(biāo)與國(guó)外先進(jìn)水平相比，還有很大差距，我國(guó)抽油機(jī)的運(yùn)行效率特別低，平均效率僅為 %，而國(guó)外平均水平為 %，年節(jié)能潛力可達(dá)幾十億千瓦時(shí)。在用的抽油機(jī)系統(tǒng)效率一般在 20%~30%之間，因此，開(kāi)展新型抽油機(jī)，替換常規(guī)機(jī)型是大勢(shì)所趨，隨著油田的不斷開(kāi)發(fā)，地層能量逐漸消耗，為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，機(jī)械采油己經(jīng)成為廣泛采用的一種方法。我國(guó)有機(jī)采油井 5萬(wàn)多口，占油井總數(shù)的 80%左右，抽油機(jī)井的耗電量占總耗電量的四分之一，由于抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率較低，大量的能量(70%以上)在傳遞過(guò)程中損失掉，如果將抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率提高 5%，年節(jié)電 2010e8 千瓦時(shí)，這不僅可節(jié)約大量資金，而且，還可以緩解油田電力緊張狀況。如圖 51 的對(duì)比表中可看出：(1)雙輪直平式抽油機(jī)在指定工況下，裝機(jī)功率下降 66. 6%，實(shí)耗功率節(jié)電率 32. 4%。大慶地區(qū)的常規(guī)機(jī)約 1. 7 萬(wàn)臺(tái)，如果都該用這種抽油機(jī)每天節(jié)約的電費(fèi)將達(dá)到 120 多萬(wàn)元，每年按 365 天計(jì)算的話，每年節(jié)約的電費(fèi)將超過(guò) 4600 萬(wàn)元。如果全國(guó)的近 7 萬(wàn)臺(tái)常規(guī)抽油機(jī)都改成雙輪直平式抽油機(jī)的話，每年節(jié)約的電費(fèi)將高達(dá) 19 億元。(2)減速箱曲柄軸扭矩峰值下降 37. 4%，這樣所需減速箱可下降一、二個(gè)檔次。在抽油機(jī)中減速箱的花費(fèi)大約占整個(gè)抽油機(jī)成本的一半，降低了減速箱的檔次就相當(dāng)于把抽油機(jī)的成本大大降低，可以節(jié)省大量費(fèi)用，即節(jié)省大量裝機(jī)費(fèi)用。(3)雙輪直平式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和常規(guī)抽油機(jī)相比，主要不同在于該機(jī)構(gòu)沒(méi)有驢頭、游梁和曲柄平衡塊，而是采用雙輪代替驢頭和游梁，直接平衡代替曲柄平衡。這樣簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，并且能夠滿足運(yùn)動(dòng)要求，使用壽命卻不低于常規(guī)抽油機(jī)。通過(guò)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，重量減輕，制造費(fèi)用大副降低。同時(shí)保留了常規(guī)型抽油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠及維修方便等。(4)此抽油機(jī)的零件與常規(guī)式抽油機(jī)具有通用性，很多部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)抽油機(jī)相似，它保留了常規(guī)抽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)于工人師傅沒(méi)有更多甚至更高要求。 表 51 新機(jī)型與常規(guī)式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力性能對(duì)比表雙輪直平式抽油機(jī) CYJ10353HB 備注最大加速度 （ ） %最小加速度 （ ） %最大速度 （ ） %最小速度 （ ） %最大懸點(diǎn)載荷 （kN） %最小懸點(diǎn)載荷 （kN） %最大扭矩 （） %最小扭矩 （）min0 100%電機(jī)功率 （Kw） %注：泵掛 ，沉沒(méi)度 ，泵徑 56mm，桿徑 22mm，管徑 新機(jī)型抽油機(jī)的特點(diǎn) 新機(jī)型的創(chuàng)新性(1)節(jié)能原理的創(chuàng)新性該機(jī)型采用懸點(diǎn)載荷的直接平衡，平衡率達(dá) 75~80%。這樣的平衡設(shè)計(jì)使所設(shè)計(jì)設(shè)備受力件結(jié)構(gòu)尺寸最小化、電機(jī)有功消耗極小化、有功節(jié)能率將達(dá) 30%以上。(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性該機(jī)使用雙輪驅(qū)動(dòng)，修井作業(yè)方便，使之不必讓開(kāi)井口。后半輪大于前輪半徑，保證了雙輪結(jié)構(gòu)為省力結(jié)構(gòu)。(3)突破常規(guī)及死角限制，增大極位夾角上沖程速度變慢，速度加速度值變小，動(dòng)載變小，實(shí)現(xiàn)了“上慢下快”的工作速度。有利于泵的充滿度，提高產(chǎn)液量。(4)機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)單該機(jī)采用無(wú)游梁直接驅(qū)動(dòng)，縮短了傳動(dòng)鏈，使傳動(dòng)效率得以提高90%。(5)動(dòng)力、減速裝置容量大為降低電機(jī)裝機(jī)功率下降 50%以上，減速器峰值扭矩下降近 60%。這樣減速器額定扭矩可下調(diào)一、二個(gè)檔次。上述兩項(xiàng)是抽油機(jī)性能的主要參數(shù)。參數(shù)下降，對(duì)電機(jī)和減速器的要求降低，將使二者價(jià)格大幅下降，使抽油機(jī)成本降低。減速器的成本約占整機(jī)的一半左右，可見(jiàn)意義很大。(6)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力性能得以明顯的改善新機(jī)型懸點(diǎn)的最大速度，加速度的峰值大幅下降，使傳動(dòng)更加平穩(wěn)。 新機(jī)型的創(chuàng)新性(1)電機(jī)式中做正功，效率提高在游梁抽油機(jī)工作循環(huán)中 ，或多或少電機(jī)都會(huì)做負(fù)功。電機(jī)做負(fù)功，就會(huì)造成電機(jī)發(fā)熱，損壞電機(jī)，在這事電機(jī)就不是電動(dòng)機(jī)，而是發(fā)電機(jī)。而在本機(jī)型中，由于整個(gè)工作循環(huán)過(guò)過(guò)程中，電機(jī)沒(méi)有做負(fù)功的情況，這就避免了工程上所不愿看到的情形：電動(dòng)機(jī)變成發(fā)電機(jī)。該機(jī)不但能保持電機(jī)始終做正功，還能保證其工作時(shí)扭矩平穩(wěn)，這樣使該機(jī)型的效率大大提高。(2)節(jié)能效果好在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，平衡重平衡了大部分的選點(diǎn)扭矩，并且在循環(huán)過(guò)程中，扭矩的波動(dòng)很小，扭矩的峰值也有了很大程度的減小，從而使該機(jī)的裝機(jī)功率有了很大程度的減小，電機(jī)的利用率有了較大提高，電機(jī)的額定功率也有了大幅度減小。因此，該機(jī)的效率也就有了明顯的提高。(3)調(diào)節(jié)平衡簡(jiǎn)單，平衡重具有通用性該機(jī)型采用直接平衡方式平衡。所謂直接平衡是指輪的一側(cè)用鋼絲繩直接連接平衡重，平衡掉輪另一側(cè)的抽油桿重量和油重的一般。這種平衡的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)鋼絲繩的柔性連接直接平衡，容易實(shí)現(xiàn)平衡。相比于游梁抽油機(jī)平衡更穩(wěn)定，更便于調(diào)節(jié)平衡重的重量。只需在平衡重上增加和減少重物就可以調(diào)節(jié)平衡重的重量。設(shè)計(jì)制造一種基本的平衡重，銅鼓給偶添加和減少其上重物的重量使其適應(yīng)不同的井深和不同的井況。因此，直接平衡就有了通用性。其中空出可以添加石塊等作為重物，相比于游梁抽油機(jī)的全鑄鐵曲柄平衡和不方便調(diào)節(jié)平衡的游梁平衡更能節(jié)省了剛才，制造費(fèi)用更低，有更好的通用性。 新機(jī)型的應(yīng)用性(1)加工成本低該機(jī)的雙輪、曲柄等部件加工容易。此外，整機(jī)的重量輕，減少了剛才的用量，從而減小了成本。游梁抽油機(jī)龐大笨重的游梁、驢頭簡(jiǎn)化為雙輪，其復(fù)雜的曲柄平衡和游梁平衡簡(jiǎn)化為柔性鋼絲連接的平衡重直接平衡，大大簡(jiǎn)化了抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)。新機(jī)型獨(dú)特的雙輪直接平衡重設(shè)計(jì)節(jié)省了剛才，但從剛才的使用量上，就使該機(jī)的加工制造費(fèi)用相比于游梁抽油機(jī)的成本降低了不少。其加工成本降低。(2)游梁抽油機(jī)改造成該機(jī)費(fèi)用低，容易實(shí)現(xiàn)該機(jī)的整個(gè)改造過(guò)程都注重與常規(guī)機(jī)的通用性與相似性。保留了遠(yuǎn)游梁抽油機(jī)的底座、減速器、電機(jī)、機(jī)架等，從而使改造費(fèi)用降低，該機(jī)去掉了游梁、游梁平衡和曲柄平衡重，只增加了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的直接平衡的平衡重、連桿和雙輪。因此，游梁抽油機(jī)改造成雙輪直平式抽油機(jī)容易實(shí)現(xiàn)。(3)該機(jī)使用、維護(hù)方便該機(jī)平衡重的調(diào)節(jié)可在地面直接調(diào)節(jié)，易于操作。此外，該機(jī)使用和維護(hù)方式與游梁抽油機(jī)類似。因此，在使用、維護(hù)過(guò)程中，工人不用再進(jìn)行大量的學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，不需要過(guò)高的技術(shù)要求，從而節(jié)省了時(shí)間，更好的提高了工作效率。結(jié) 論目前，常規(guī)游梁式抽機(jī)仍然是油田生產(chǎn)的主要設(shè)備，但是其運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，能耗大已經(jīng)不能滿足油田生產(chǎn)需求。因此，設(shè)計(jì)一種新型雙輪直平式抽油機(jī)，通過(guò)本文研究，可以得出以下結(jié)論：(1)雙輪直平式抽油機(jī)采用雙輪結(jié)構(gòu)代替了常規(guī)游梁式抽油機(jī)的游梁，即采用無(wú)游梁直接驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，并且縮短了傳動(dòng)鏈，使傳動(dòng)效率得以提高。(2)突破常規(guī)機(jī)死角限制，增大了極位夾角，使得上沖程速度變慢，下沖程速度變快，提高了產(chǎn)液量。(3)采用了在輪處直接平衡，大幅降低了懸點(diǎn)載荷，減小了傳動(dòng)件之間的受力，增大了各傳動(dòng)件的安全可靠性能。(4)經(jīng)過(guò)運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力性能的分析，該機(jī)懸點(diǎn)的最大速度和加速度的峰值大幅下降，最大懸點(diǎn)載荷降低，載荷波動(dòng)變小。扭矩峰值降低，消除了負(fù)扭矩。因此，提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率，降低了能耗，具有明顯的節(jié)電效果。本論文所采用的方案是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出的，因而具有一定的針對(duì)性和實(shí)用性。通過(guò)能耗分析，該機(jī)具有明顯的節(jié)能效果，應(yīng)用前景十分廣闊。該機(jī)如果考慮采用柔性抽油桿，那么抽油桿的整體結(jié)構(gòu)尺寸將會(huì)更小，這將是以后該機(jī)的技術(shù)改造所要考慮的問(wèn)題。參考文獻(xiàn)[1] 張自學(xué)等編 .國(guó)內(nèi)外新型抽油機(jī)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1994：55~59 .[2] [M].鉆采工藝，1996：41~44.[3] 欒慶德等 .雙天輪直平式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，30(1)： 1~4.[4] 張曉玲，于海迎 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本學(xué)位論文是在我的指導(dǎo)老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的。我非常感謝我的導(dǎo)師居培老師，從一開(kāi)始，居培老師就細(xì)心的為了講解畢設(shè)題目，幫助我理解和分析，使我明確了目標(biāo)和方向，領(lǐng)我入門；在初期查閱搜集資料的過(guò)程中，居培老師又給了我很多方向性和專業(yè)性的建議，避免了我海量盲目搜集；在我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，居培老師總是不辭辛苦，多次耐心的為我講解和點(diǎn)撥，尤其在我畢設(shè)進(jìn)行到最難的時(shí)候，在自己一頭霧水沮喪無(wú)奈甚至想放棄的時(shí)候，居培老師更是鼓勵(lì)我支持我繼續(xù)不厭其煩的指導(dǎo)我，從課題的選擇到論文的最終完成，居培老師始終都給予了細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，并且在耐心指導(dǎo)論文之余，居培老師仍不忘拓展我們的文化視野，讓我們感受到了工學(xué)的美妙與樂(lè)趣。值得一提的是，居培老師宅心仁厚，閑靜少言，不慕榮利，對(duì)學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個(gè)學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)，這些都讓我們獲益菲淺，并且將終生受用無(wú)窮。畢竟“經(jīng)師易得，人師難求” ，希望借此機(jī)會(huì)向居培老師表示最衷心的感謝！ 此外，本文最終得以順利完成，也是與工學(xué)院其他老師的幫助分不開(kāi)的，雖然他們沒(méi)有直接參與我的論文指導(dǎo)，但在開(kāi)題時(shí)也給我提供了不少的意見(jiàn)，提出了一系列可行性的建議。 最后要感謝的是我的父母，他們讓我在漫長(zhǎng)的人生旅途中使心靈有了虔敬的歸依，而且也為我能夠順利的完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持與幫助。在未來(lái)的日子里，我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母對(duì)我的殷殷期望！我一定會(huì)好好孝敬和報(bào)