【正文】 成出油閥開啟滯后或打不開的問題，有效防止氣鎖，實現(xiàn)泵向油管的排液。 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 （ b） 主要技術(shù)參數(shù) 目前，已開發(fā)出四種規(guī)格長塞環(huán)封防 氣防砂抽油泵，主要技術(shù)參數(shù)見表 1。 長塞環(huán)封防氣防砂抽油泵能夠在各種油氣比的油井中高效可靠地工作，既能有效防止氣鎖，氣阻，提高泵效，又能消除上下沖程帶來的“液面沖擊”，降低閥罩，泵閥及抽油桿柱等部件所受到的沖擊載荷。 (1) 同一種泵型同一種規(guī)格的抽油泵可以與一種規(guī)格或者兩種規(guī)格的油管相匹配，其目的是在空間允許的范圍下提供較大的選擇余地。管式泵大部分也符合此規(guī)律，但有一部分油管尺寸代號反而小于泵徑尺寸代號的前兩位數(shù)值，說明此時柱塞直徑大于油管內(nèi)徑，柱塞必須事先放在泵筒內(nèi)，用脫接器與抽油桿連接。 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)，具體的說是柱塞長度、沖程長度、防沖距和加長短節(jié)長度等決定。 表 31 推薦柱塞長度和防沖距 下泵深度 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 柱塞長度 防沖距 本次設(shè)計柱塞長度為 ；沖程長度為 ；防沖距為 ；下泵深度為 1200m；泵筒的總長度為 。泵筒、柱塞等零件側(cè)重于強度、剛度的計算，而泵 閥計算則側(cè)重與結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 抽油泵是一種往復泵，各種零件所受應(yīng)力為交變應(yīng)力，可借用古德曼圖進行計算。一張完全的古德曼圖是 最大應(yīng)力 max? 和最小應(yīng)力 min? 凸八邊形構(gòu)成的封閉圖形。 圖 31 古德曼圖 （ 2） 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)達到 710 次）的最大應(yīng)力稱為耐久極限。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： 39。 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 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。 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。 2） 直徑系數(shù)（ DC ） 抽油泵泵筒可?。? ? 。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 ??? ? ? （ 32） 4）腐蝕情況系數(shù)（ hC ） 一般取 1hC = ，腐蝕情況越嚴重，系數(shù) hC 越小，無腐蝕 1hC= 。n L D S h n L D S h P bC C C C C C C C C? ? ??? （ 33） （ 3） 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 ax m in( ) / 2m? ? ??? （ 34） m ax m in( ) / 2a? ? ??? （ 35） m a x m in2ra? ? ? ?? ? ? （ 36） （ 4） 應(yīng)力集中系數(shù) 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 32 確定應(yīng)力集中系數(shù)。 1對泵筒的性能要求 （ 1） 泵筒與柱塞形成一運動副，要保證柱塞運轉(zhuǎn)和往復運動靈活無阻卡，且磨損均勻； （ 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） 要有較好的抗腐蝕能力。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，以達到較好的經(jīng)濟效益。 制造泵筒的毛坯是精密鋼管（冷拔、冷軋無縫管）。 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。各種泵筒材料與工藝對井下介質(zhì)的適應(yīng)能力，對于常用幾種工藝滲（鍍）層厚度及硬度推薦數(shù)值見下表 33： 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 表 33 泵筒滲（鍍）層厚度及硬度 表面處理方法 滲（鍍）層厚度 （ mm） 表面硬度 （ HRC） 心部硬度 （ HB） 鍍鉻 ?? 加 厚 66～ 72 207～ 240 滲碳或者滲氮共滲 ? 58～ 66 氮化 ? HV856～ 1307 3泵筒的技術(shù)要求 （ 1） 內(nèi)徑制造偏差為 mm。 內(nèi)孔圓柱度用綜合測量，基本尺寸為 D 的泵筒，用 ???D 的綜合量規(guī)檢查時應(yīng)能通過。 API 規(guī)范中，薄壁筒壁厚 ?? ，厚壁筒 ?? ，按照設(shè)計需要選取泵筒壁厚 mm6?? . 第二種 按泵筒兩端螺紋結(jié)構(gòu)可分為外螺紋和內(nèi)螺紋兩種，由于壁筒較厚，選擇外螺紋； 第三種 按受力方式可分為擠扁和復合抗力兩種。 （ 2）危險工況、 危險部位和危險斷面的分析計算 泵筒危險斷面兩端螺紋處。DD= 20Dd= ? ?1D 56mm 2D = 危險斷面承載面積： ? ? 42122 DDF ?? ? (38) = ? ? 4568 6 22 ??? = 2mm 式中： F — 危險斷面承載面積， 2mm ； 1D — 計算內(nèi)徑， mm； 2D — 計算外徑， mm。因泵筒組自重占軸向載荷的比例不大，可忽略不計；為安全起見，井液浮力不予考慮。 （ 4）應(yīng)力分析 從泵筒上取一應(yīng)力元（如圖），它受三向應(yīng)力，危險點在泵筒內(nèi)徑處。 ? ? 4d?? ? （ 318） 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 aa MPMP ? 故滿足強度要求。 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 先假設(shè)工作在 ?區(qū)，由表 45 得 2（ σs － mσ ） = cVkP =2 mσ ，有 mσ =σ2s =，顯然 mσ ﹤ Tσ ，所以工作在 Ⅱ 區(qū)。先假設(shè)工作在 ?區(qū)則 m s a sσ = σ σ σ cVk P? ? ?=353? = MPa PVKcr ?? == 顯然 mσ σT? ，故工作在 ?區(qū)。所以常用磨蝕的情況來估算泵筒壽命。 （ 2） 檢泵周期與壽命 抽油泵使用壽命主要取決與泵筒，抽油泵經(jīng)過一段時間的使用后，間隙漏失量大增，達不到經(jīng)濟使用的程度就需要檢泵。二是泵筒已達磨損極限 1maxδ ，需要報廢，有條件時可重鍍修復，從該泵開始使用到報廢所應(yīng)力的時間稱為壽命。所以檢泵周期和壽命計算為 1δJfTV? ( 1)SJT n T?? 柱塞的設(shè)計與計算 柱塞是抽油泵重要零件，它與泵筒組成一個運動副，同時它又是游動閥、柱塞上部閥罩等零部件的支持件。 1對柱塞的性能要求 （ 1）柱塞的材料、強化工藝應(yīng)與泵筒構(gòu)成理想的匹配； a 避免因電化學作用而加快腐蝕、磨損和粘住，像鍍鎳泵筒不可配用鍍鎳柱塞等。 c 柱塞與泵筒表面摩擦系數(shù)以小些為佳。 2柱塞的材料選擇 柱塞的材料主要有碳素鋼、合金鋼、不銹鋼和有色金屬等，常用的是碳素鋼。本次設(shè)計就選用噴焊碳素鋼，查閱資料知其表面硬度為 58— 66HRC，心部硬度為 207— 240HB。本次設(shè)計選用抽油泵標準母螺紋。 交變應(yīng)力 HDQ 23m a x ?? （ 335） 623 ????? ? ? 0min ?Q （ 336） 交變應(yīng)力 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 ?max? AQmax （ 337） = 63 ??? = aMP AQminmin ?? =0 （ 338） 可用古德曼圖圖解法或解析法確定安全系數(shù)。它對抽油泵的泵效與工作可靠性有很大的影響。 上述性能要求與泵閥材料、結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以泵閥設(shè)計主要是結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、選材和表面硬化工藝設(shè)計。 3 泵閥的技術(shù)要求 （ 1） 閥球直徑制造偏差為 ? 。 （ 4） 閥表面兩端面平行度 ，表面粗糙度 m? ；密封面研前粗糙度 m? 。 l）常規(guī)實驗 真空度高于 ， 5秒鐘內(nèi)真空度不下降。 （ 6）球與座應(yīng)達到互換要求。其直徑的計算如下： ?? DDQ （ 339） = ?? = 式中 QD — 閥球直徑， mm D — 泵徑， mm。 表 35 閥球直徑規(guī)格（ mm） 序號 1 2 3 4 5 6 尺寸序號 V11 125 V11 125 V11 200 V11 225 V11 225 V11 250 閥球直徑 (3/4? ) (15/16) 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 ( //1 8/1 ) ( //3 8/1 ) ( //3 2/1 ) ( //1 2/1 ) 序號 7 8 9 10 11 12 尺寸符號 V11 250 V11 275 V11 325 V11 375 V11 425 V11 475 閥球直徑 ( )16/1 //11 ( //2 ) ( //1 4/2 ) ( //1 2/2 ) ( //3 4/2 ) ( //3 ) （ 2）閥座口結(jié)構(gòu) 根據(jù)閥座口結(jié)構(gòu)形式不同可分為三類：帶護錐式、不完全研 合式和圓倒角式， 因為帶護錐式閥座是最常用的一種結(jié)構(gòu)，且適用于大部分材料制造閥座，尤其適用于高鉻不銹鋼閥座，因此此次設(shè)計選用帶護錐式閥座。本設(shè)計選用平型，它是常用的一種，已經(jīng)標準化了。 （ 4）閥座錐角的選擇 西安石油大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 閥座錐角的大小是否適當，往往直接影響抽油泵泵效的好壞，常用閥座錐角 ?2 取值范圍為 ?45 — ?90 。 （ 6） 閥座口研合寬度 閥座口研合寬度 a 的大小不但直接影響閥座密封性能和結(jié)構(gòu)、而且會影響閥座加工難度和生產(chǎn)效率，應(yīng)合理選擇。 α=35176。由于閥罩所處的空間較小，要求結(jié)構(gòu)緊湊，這給設(shè)計帶來一定困 難，所以閥罩設(shè)計著重于結(jié)構(gòu)設(shè)計計算。 2閥罩的材料 閥罩一般用碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等材料制造，組合型閥罩的芯子也有用耐磨合金制造。 熱處理用調(diào)質(zhì)工藝，硬度 HB229— 269。 圖 34 倒壇式閉式閥罩 它是一種整體結(jié)構(gòu)的閉式閥罩。 這種結(jié)構(gòu)特點是： a 結(jié)構(gòu)簡單，制造方便； b 流道面積較大； c 導向能力差； d 出油孔布置過于緊湊，孔間壁厚較薄，且該處阻力大。選用球室內(nèi)有四條圓弧狀凹直槽，形成主要的液體流道。這種槽型球室型閉式閥罩的特點是： （ 1）有良好的導向性能，閥球的飄忽量很小，相對飄忽量四槽為 。 （ 3）井液自下向上流過斜槽時，液體對球閥有一個向下的分力，使閥球不會緊靠在球室頂端，這樣不但增加了出油孔面積，而且當柱塞反方向時，此分力促使閥球迅速下落，減少入座泵效損失。其原理如下， 機械強啟閉防氣出油閥總成（圖 2）主要包括梭形閥強制打開，保證泵下腔氣體上排；該總成中的強啟閉防氣出油閥倒置并與閥桿上的球閥面配合以保證萬向密封，保證了泵在任何油氣比情況下均能有效工作。 屬于不隨時間變化的因素有：混合液中自由氣的影響抽油桿和油管的彈性變形對柱塞有效沖程長度的影響經(jīng)地面脫氣和冷卻后液體體積收縮的影響。 應(yīng)該指出，除了柱