【溫馨提示】====設(shè)計(jì)包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預(yù)覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======課題帶三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預(yù)覽的簡(jiǎn)潔性，店家將三維文件夾進(jìn)行了打包。三維預(yù)覽圖，均為店主電腦打開軟件進(jìn)行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======詳情可咨詢QQ：1304139763

Design of API Series Pumping Unit Model：RM912D-427-144 Student: lijingjing ，The College of Mechanical Engineering Supervisor: Guo dengming，The College of Mechanical Engineering 【Abstract】The pumping units are one of important parts in exploitation equipments。Driving by the pumping units, the other equipments are running in order to achieve the mechanized exploitation of the oil well 。The unusual sharp beam-pumping unit is developed from the conventional beam-pumping units by the modification of crank and the optimization of size。 In this article, working routine and power-saving technology of the unusual sharp beam-pumping units will be introduced and the designing procedure, First，serial geometric calculation movement calculation and dynamic calculation of 4-bar rod of pump unit were finished accord to known design data and design standard to express law of motion of this kind of equipment。Second，process parameter was computed intensity of essential parts was checked and the selection of correlating equipments, such as electro-motor and reducing gearbox, sum up the characteristic in the performance. The end, working condition was analyzed and sketch was designed。In the middle of produce ,Excel was used to edit computational program。 【Key words】Unusual sharp beam-pumping units Crank Strength Characteristic 長(zhǎng)江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)外文翻譯資料 題 目：API偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生：李晶晶 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：機(jī)械1033班 指導(dǎo)教師：郭登明 輔導(dǎo)教師：郭登明 時(shí) 間：2007-4-1 長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教研室 社會(huì)石油工程39800 關(guān)于桿式抽油泵中紊流摩擦的預(yù)測(cè) 美國(guó)塔爾薩社會(huì)石油工程成員J.Xu, S.A.Shirazi, Z.Schmidt和R.N.Biais及Doty博士。 社會(huì)石油工程成員1998年著 這篇文章是通過一個(gè)作者簡(jiǎn)述的社會(huì)石油工程計(jì)劃選擇二疊紀(jì)?，F(xiàn)在，社會(huì)石油工程成員還沒有回顧、作者還沒有修正文章的內(nèi)容?，F(xiàn)在這份材料沒有必要細(xì)想任何社會(huì)石油工程成員，辦公室成員或職員的地位。也許現(xiàn)在社會(huì)石油工程編輯在公開回去社會(huì)石油工程會(huì)議。禁止電子再現(xiàn)，分類或?yàn)樯虡I(yè)目的不顧社會(huì)石油工程成員所寫內(nèi)容精簡(jiǎn)這篇文章的任何部分。允許復(fù)印，但不允許縊離300個(gè)詞語。圖表可能不能夠復(fù)制。摘要必須包括出自哪里和作者姓名的著作。社會(huì)石油工程P.O.,BOX833836,Richardson,TX75083-3836,傳真：972-952-9435 簡(jiǎn)介 有桿抽油泵中摩擦力對(duì)檢測(cè)和分析有桿泵系統(tǒng)裝置有重大影響，該摩擦力是由活塞桿在流體中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的?，F(xiàn)在有關(guān)管道中流量的研究都受到包含運(yùn)動(dòng)桿和聯(lián)軸對(duì)層流平流的限制。由于低黏度流體和桿周圍的聯(lián)結(jié)使流體呈渦流狀，所以在近期的研究中關(guān)于靜止管壁和運(yùn)動(dòng)桿/聯(lián)軸環(huán)形區(qū)域，簡(jiǎn)易模塊使用混合長(zhǎng)度方法相比流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算編碼計(jì)算效率更高，流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算編碼使用模型標(biāo)準(zhǔn)去檢測(cè)有運(yùn)動(dòng)桿和聯(lián)結(jié)環(huán)面的紊流摩擦系數(shù)，簡(jiǎn)化模型已發(fā)展到可去檢測(cè)帶有運(yùn)動(dòng)桿環(huán)面的紊流摩擦系數(shù)，這些模型結(jié)果彼此進(jìn)行比較后得到有用數(shù)據(jù)，另外，在桿/聯(lián)軸和流體間的摩擦系數(shù)按照以下4個(gè)參數(shù)可以描述為桿與管道半徑的比值，聯(lián)軸與管道半徑的比值流體的雷諾值和相對(duì)桿的速度。 緒論 有桿泵體系早已有歷史記錄，在最有名和最有影響力的石油開采中的人工舉升方法，直到20世紀(jì)50年代末，在動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型方面才做出了足夠努力并并取得了發(fā)展，該模型能夠在檢測(cè)有桿泵系統(tǒng)的性能中得到使用，先前的努力仍受到桿和流體的動(dòng)態(tài)限制，流體的動(dòng)態(tài)性不僅對(duì)層狀流體有限制，而且受到臆測(cè)著的嚴(yán)格把握，紊流的粘性摩擦和庫(kù)侖摩擦都在先前的研究中被忽略。 在泵作用和低黏度流體的共同作用下，在管道系統(tǒng)和桿共同組成的環(huán)面中的流體是十分紊亂的（尤其是在泵作用系統(tǒng)中桿速度最大部分）。當(dāng)然，聯(lián)軸分布沿桿部分增加液體或氣體的紊亂。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的跡象和和理論的分析表明紊流的粘性摩擦在有桿中分布式的摩擦與桿的聯(lián)軸是薄片狀摩擦的幾倍。因而，有必要說明桿式抽油泵系統(tǒng)的紊流摩擦模型在設(shè)計(jì)和方針方面的問題。 在當(dāng)今的工作中，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)是用來分析管道系統(tǒng)和桿共同組成的環(huán)面中的紊流體問題。這個(gè)方法被用來預(yù)測(cè)桿、管道系統(tǒng)和聯(lián)軸的摩擦系數(shù)。另外，一個(gè)簡(jiǎn)化的模型被用來預(yù)測(cè)桿和管道系統(tǒng)中的摩擦系數(shù)。 數(shù)學(xué)模型 圖1闡述一個(gè)由固定環(huán)形系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)桿和聯(lián)軸組成的環(huán)形區(qū)域的示意圖。桿和聯(lián)軸貫穿上部和下部，而流體主要流過上部。因此，在環(huán)面中的流體是自然復(fù)雜并且瞬時(shí)的。如同上述，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)可以被用來預(yù)測(cè)流體瞬時(shí)的液壓，但是計(jì)算很容易和現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的性能完全混淆，所以，一些簡(jiǎn)單的設(shè)想用于發(fā)展對(duì)分析流體有效的解決方法。例如，假設(shè)流體既不以恒速向上或向下運(yùn)動(dòng)。這種假設(shè)非常簡(jiǎn)化計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法并促進(jìn)了簡(jiǎn)化模型的發(fā)展。 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法用于驗(yàn)證簡(jiǎn)化模型的建議，同時(shí)用于評(píng)價(jià)連接桿因外形復(fù)雜而很困難完成的幾何分析法的影響。由于驗(yàn)證數(shù)據(jù)與這相關(guān)問題都被限制，僅僅就是在這些特殊的情況可用，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)使用的工具固定桿可提供低成本的可靠分析。 簡(jiǎn)化方法和綜合的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)都被認(rèn)為是種突破。 綜合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法 現(xiàn)今研究把商業(yè)中有用的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼稱為，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼解決特殊領(lǐng)域中的調(diào)節(jié)流體平衡，流體在環(huán)形系統(tǒng)中形成紊流，需要紊流模型去檢測(cè)流體區(qū)域。有些紊流模型可用于包括標(biāo)準(zhǔn)模型、低雷諾值的模型、RNG模型和雷諾壓力模型。當(dāng)今工作標(biāo)準(zhǔn)模型和低雷諾值翻譯模型都被用來解決紊流或旋渦粘性。標(biāo)準(zhǔn)紊流模型使用動(dòng)力學(xué)的能量k和它的消散比ε是有效的，而且被用來解決許多工程問題和復(fù)雜的幾何問題。良種紊流模型都可以用來預(yù)測(cè)在移動(dòng)桿和聯(lián)合所組成的復(fù)雜的幾何圖形所在的幾何區(qū)域中的紊流問題。低雷諾值紊流模型與紊流模型相比要求更多的格子要點(diǎn)，而且效率更低。因此，低雷諾值紊流模型被應(yīng)用在這里僅僅是檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模型結(jié)果的精確性。 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼可以產(chǎn)生用數(shù)字表示的解決方法解決許多流體問題。為了保證數(shù)據(jù)的好的收斂性和格子不受約束的解決方法，應(yīng)用流體動(dòng)力學(xué)編碼是該十分小心的。有效的模擬標(biāo)準(zhǔn)通過模擬預(yù)測(cè)和已知的文獻(xiàn)（例如流體和管道流體）得到的實(shí)物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較容易掌握。 流體環(huán)面是軸對(duì)稱的，兩個(gè)空間的格子用來仿真。簡(jiǎn)單的說，只考慮兩個(gè)虛擬模型的連接。圖2表述流體范圍和格子的示意性在模擬中被考慮進(jìn)去。例如一個(gè)模擬情況的桿和聯(lián)軸的尺寸如下： 桿長(zhǎng)=25cm 桿半徑=0.011cm 管道半徑=0.031cm 聯(lián)軸半徑=0.023cm 在指定邊界的情況下，簡(jiǎn)言之，管道系統(tǒng)被認(rèn)為是運(yùn)動(dòng)的桿而聯(lián)軸認(rèn)為是靜止的，流體的流速（或物體的速度）在指定范圍內(nèi)。 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法用于計(jì)算平均管壁的剪切力和不同桿速的壓力變化、環(huán)面幾何學(xué)、聯(lián)軸尺寸流體雷諾值。 為了獲得有用數(shù)據(jù)的集中和獨(dú)立網(wǎng)格的解決方法，殘余數(shù)據(jù)，所以所有變化都要小于，另外，作為第一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)在管壁附近，管道大于30，由于標(biāo)準(zhǔn)法選擇5到20統(tǒng)一的交叉網(wǎng)格和150到200不統(tǒng)一的網(wǎng)格半徑方向作為低雷諾值方法，軸向長(zhǎng)度取管道直徑的200倍（在里面充分發(fā)展水力流動(dòng)的環(huán)境）。使用這些數(shù)字化條件將導(dǎo)致在使用不同的網(wǎng)格空間所獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果和使用不同的紊流模型方法檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果沒有評(píng)估差異。 簡(jiǎn)化模型 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法是合理靈活多變的，但他要求廣泛的計(jì)算做支持。為了工程設(shè)計(jì)更有效的方法被采納。 一些工作存在于與我們目標(biāo)相關(guān)的文獻(xiàn)中，經(jīng)驗(yàn)的綜合為摩擦因素從特定的運(yùn)動(dòng)桿和聯(lián)軸的薄片狀流體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到發(fā)展，Shigechi（史戈赤）發(fā)表了有關(guān)在鐵路軌道中紊流和熱傳遞的分析解決方案，通過Van Driest (梵.得瑞斯特)使用修改的混合長(zhǎng)度原始的紊流模型的建議。這個(gè)模型從基本的理論原理方面被發(fā)展，他還能應(yīng)用于解決一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型的桿式泵中的摩擦因數(shù)。 模型的基本方程起源于簡(jiǎn)化的平均時(shí)間Navier Stokes(耐維斯籌克斯)方程和假設(shè)渦流粘性。一個(gè)簡(jiǎn)單修改過的混合長(zhǎng)度模型用于渦流流體，這個(gè)模型要求分配渦流的動(dòng)力擴(kuò)散率或者渦流粘性，速度v。方法是分配渦流粘性然后計(jì)算側(cè)面的速度和管壁的剪切力就像管道中或者同中心的環(huán)形區(qū)中充滿流體。但像這樣先前的努力就像Shigechi et al（史戈赤）et al模型依靠一側(cè)面的速度的假設(shè)造成一個(gè)0剪切力的粗糙的中段在管道與桿之間。這樣的設(shè)想有效僅僅決定于軸向流體壓力變化是否足夠大或者桿的速度是否相對(duì)的小。在桿式泵系統(tǒng)中，要求流體要求流體壓力變化慢是可能的但桿的速度卻很高，這樣的條件可能要求產(chǎn)生流體速度的側(cè)面有個(gè)變形點(diǎn)（例如不是沒有剪切力）而不是速度的側(cè)面有個(gè)最小值（例如剪切力為0），這些條件可能導(dǎo)致先前的方法失敗。出于這種考慮，一種新方法就是基于使用特定區(qū)域最小剪切力能使速度分布圖有個(gè)變形點(diǎn)。這種方法可以用于克服在環(huán)形區(qū)域中所有可能產(chǎn)生速度分布的流體。作為一種新方法，當(dāng)這個(gè)最小剪切力接近0時(shí)，速度分布圖將產(chǎn)生一最小值（例如剪切力為0），這種方法與現(xiàn)在和以前的方法都一致。 一些簡(jiǎn)化的設(shè)想被應(yīng)用就是為了發(fā)展簡(jiǎn)化模型，例如桿的聯(lián)軸沒有包含在內(nèi)。在摩擦系數(shù)中桿的聯(lián)軸的影響的評(píng)價(jià)通過使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模擬。簡(jiǎn)言之，這些假設(shè)應(yīng)用于簡(jiǎn)化模型結(jié)構(gòu)如下所述： 1管道和運(yùn)動(dòng)桿都是同中心和圓柱坐標(biāo)代替幾何學(xué)。 2管道和桿的表面都是光滑的。 3環(huán)形區(qū)域的流體是完全的紊流流體。 4流體所在的環(huán)境是穩(wěn)定的。 5流體的物理特性包括一個(gè)不可壓縮的具有持續(xù)的物理理論的牛頓流體。 6用流體剪切壓力或一個(gè)最小化的剪切壓力可以將管道系統(tǒng)和桿組成的環(huán)形區(qū)域分成里面和外面的區(qū)域。 7為簡(jiǎn)化起見，所有的系數(shù)都源自于無量綱形式。 上面的一些假設(shè)，1，2，3，4和5也被用于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)仿真。 精確發(fā)展了的、空間的、結(jié)合的、平均時(shí)間的模型，Navier Stokes(耐維斯籌克斯)公式可以寫成： …………(1a) 通過介紹旋渦擴(kuò)散率動(dòng)力的無量綱的形式的公式是： …………(1b) 式中定義值j=0符合外部流體區(qū)域，j=1符合內(nèi)部流體區(qū)域。圖3闡述了物體內(nèi)部和外部區(qū)域位置。 無量綱的剪切力在等式（1b），能表述為根據(jù)管壁剪切力和變化剪切力，，在內(nèi)部和外部流體區(qū)域之間加一簡(jiǎn)單的平衡力如圖4所示： ……(2) 式中定義值j=0（外部流體區(qū)域）用—表示，j=1（內(nèi)部流體區(qū)域）用+表示。 管道表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，桿表面和流體都影響紊流的發(fā)展，但不同情形在內(nèi)部和外部會(huì)有不同的反應(yīng)，如果軸向力傾斜度相對(duì)桿的運(yùn)動(dòng)足夠大，則速度分布就是最小值（相當(dāng)于沒有剪切力）在內(nèi)部和外部流體區(qū)域相互轉(zhuǎn)換。另一方面，軸向流體壓力傾斜度相對(duì)桿的運(yùn)動(dòng)足夠小，而流體速度分布變化適合于創(chuàng)造一個(gè)變形點(diǎn)在內(nèi)部和外部流體區(qū)域相互轉(zhuǎn)換處，（相當(dāng)于最小剪切力）。所以改變剪切力與0相當(dāng)時(shí)： …………（3） 改變剪切力最小時(shí)： …………（4） 同樣，當(dāng)j=0（外部流體區(qū)域）用—表示，j=1（內(nèi)部流體區(qū)域）用+表示。 渦流擴(kuò)散率動(dòng)力 為了給渦流擴(kuò)散率動(dòng)力發(fā)展為一表達(dá)式，Van Driest (梵.得瑞斯特)模型被應(yīng)用于亞表層和瑞查得（Reichardt）模型被應(yīng)用于全面發(fā)展的紊流層。亞表層和全面發(fā)展的紊流層的物理位置見圖4所示，渦流擴(kuò)散率動(dòng)力的方程式在亞表層為： ……….(5) 這個(gè)公式適用于時(shí)， 渦流擴(kuò)散率動(dòng)力的方程式在全面發(fā)展的紊流層為： …………（6） 這個(gè)公式適用于時(shí)。 邊界情況的方程式（1b）: 無量綱的速度相當(dāng)于桿在內(nèi)壁和固定管道在外壁： …………(7) 連續(xù)條件。流體模型作為精確的描述將流體通道劃分為兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域：一個(gè)外部區(qū)域紊流中的機(jī)械裝置非常相似在那有個(gè)圓形管，一個(gè)內(nèi)部區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)面速度不再有根據(jù)》模型假設(shè)渦流擴(kuò)散側(cè)面都是在內(nèi)部和外部流體區(qū)域連續(xù)的變換。所以梵.卡門（Van Karman）常數(shù)值在內(nèi)部區(qū)域時(shí)應(yīng)該重新計(jì)算。為了保證渦流擴(kuò)散持續(xù)在過度位置（）： …………(8) 式中梵.卡門（Van Karman）常數(shù)在外部區(qū)域假設(shè)為 其他的變化，就像速度和剪切力通過過度期的特定區(qū)域都應(yīng)保持連續(xù)性（）。因而，為了完善模型就需要下面的公式。與無量綱的剪切壓力相應(yīng)的零點(diǎn)剪切壓力模型是： …………(9) 與無量綱的剪切壓力相應(yīng)的最小化剪切壓力模型是： …………(10) 流體速率連續(xù)性公式是： …………(11) 然后，通過同時(shí)地解決公式（1b）和（11）可以掌握速率和剪切壓力的分配。雷諾茲數(shù)字被定義為：雷諾編碼和摩擦因數(shù) 詳細(xì)說明雷諾茲數(shù) …………(12) 使用精確的平均流體速度和介紹我們的無量綱參數(shù)，上面的公式可以寫成如下形式： ………(13) 摩擦系數(shù)被定義為： …………(14) 通過掌握公式（14）和一個(gè)力平衡可以完成一個(gè)無量綱的形式摩擦系數(shù)： …………(15) 當(dāng)無量綱的半徑比率被靈活的解決之后，與桿和管道系統(tǒng)相應(yīng)的摩擦系數(shù)將可以被計(jì)算： …………(16) 上式中“+/-”符號(hào)在剪切力為0的模型情況下為正，在剪切力為最小值的模型時(shí)為負(fù)。 方程（11）和（13）用于解決無量綱變量。將方程（2）和（10）代入方程（1b），方程（1b）可用西樸深（Simpon）的方法 迭代法求解，去獲取速度分布圖。剪切力分布和3個(gè)參數(shù)取不同值時(shí)，考慮兩種情況的典型結(jié)果的摩擦系數(shù)。 因?yàn)楸砻娲植诙仍谠撗芯恐袥]有被考慮，所以在桿/聯(lián)軸和流體間的紊流摩擦系數(shù)能用以下四個(gè)參數(shù)表示：相對(duì)桿速，桿與管道半徑比，聯(lián)軸與管道半徑比和流量雷諾值Re。 結(jié)果 許多不同情況都是使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法和簡(jiǎn)化模型法去獲取結(jié)果。通過簡(jiǎn)化模型，摩擦系數(shù)都用方程（15），（16）計(jì)算。桿和管道的摩擦系數(shù)都基于平均剪切力的分布，用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的方法得到。流體動(dòng)力學(xué)的方法獲得的結(jié)果靠改變流量雷諾值，相對(duì)桿速，上下沖程范圍和兩個(gè)不同桿，聯(lián)軸和管道的幾何尺寸來實(shí)現(xiàn)。所有模擬結(jié)果都列在表格1中。 桿、聯(lián)軸和管道的層流平流和紊流的摩擦系數(shù)也同樣可用以下四個(gè)參數(shù)來表示。相對(duì)桿速，桿與管道半徑比，聯(lián)軸與管道半徑比和流量雷諾值Re（表面粗糙度不考慮）。聯(lián)軸的摩擦系數(shù)計(jì)算基于作用在聯(lián)軸上的作用力（或壓力）的比例關(guān)系 …………(17) 使用簡(jiǎn)化模型檢測(cè) 情況（1）：圖5表示在環(huán)形區(qū)域內(nèi)不同桿速檢測(cè)到的速度分布。無論桿速下降還是流量下降或者桿的向上速度相對(duì)流體的向上速度不足夠大，那樣剪切力為0的模型是有根據(jù)的，除此之外情形，速度分布檢測(cè)在圖5中有個(gè)最大值相當(dāng)于剪切力為0，在這些情況下，流體速度分布不再顯示桿與管道間的最大值，取而代之，出現(xiàn)了一個(gè)變形點(diǎn)，所以最小剪切力模型必須被用上了，現(xiàn)在作用在桿上的剪切力方向與運(yùn)動(dòng)桿的方向相反。 圖7表示桿與管道剪切力的比，上沖程的相對(duì)速度（），所以聯(lián)合以上情況，當(dāng)相對(duì)桿速由負(fù)值到正值的轉(zhuǎn)變時(shí)，與此同時(shí)作用在桿上的作用力下降到0（相當(dāng)于桿和流體同時(shí)運(yùn)動(dòng)的情況），然后他繼續(xù)下降成為一個(gè)負(fù)值。 簡(jiǎn)化模型檢測(cè)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼的比較 有用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在于流體文獻(xiàn)中，通過環(huán)形縫隙對(duì)特殊情況的限制，相當(dāng)于靜止桿。但是對(duì)局部有效的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型使用由（Park），卡特諾（Kaetano），未里夫（Waleev），和瑞聘（Repin）收集起來的數(shù)據(jù)是可能的。簡(jiǎn)化模型和算流體動(dòng)力學(xué)編碼都進(jìn)行模擬這些數(shù)據(jù)，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)編碼和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置與用簡(jiǎn)化模型檢測(cè)桿的摩擦系數(shù)非常一致，如圖8所示。 盡管沒有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在類似于運(yùn)動(dòng)桿的情況，但簡(jiǎn)化模型使用混合長(zhǎng)度方法去檢測(cè)（用點(diǎn)表示）是可以比較的。圖9闡述了桿的摩擦系數(shù)，通過很多模型聚集在一起。觀察桿的摩擦系數(shù)，減小并伴隨桿的相對(duì)速度上升，在層狀流體區(qū)域所有模型的一致性非常好。在紊流區(qū)域其一致性也仍然不錯(cuò)。但是，由于相對(duì)桿速大小增加無論正負(fù)這樣一致性都會(huì)變得越來越差。 檢測(cè)趨勢(shì) 在圖10到12表示簡(jiǎn)化模型檢測(cè)的桿、管道和聯(lián)軸的摩擦系數(shù)使用混合長(zhǎng)度模型。檢測(cè)考慮雷諾值Re和桿與流體的速度比等值在一定的變化范圍內(nèi)，有時(shí)也考慮幾何尺寸比。層片狀和紊流情況都要考慮。文獻(xiàn)中摩擦系數(shù)隨雷諾值的增加和相對(duì)桿速而減小，相對(duì)桿速摩擦系數(shù)的靈敏度與聯(lián)軸比大很多，與下降桿和管道之間又小很多。 聯(lián)軸的影響 聯(lián)軸只占據(jù)了整個(gè)桿長(zhǎng)的一部分，但聯(lián)軸上每個(gè)單位長(zhǎng)度上的作用力都應(yīng)該比桿上的大。當(dāng)兩個(gè)互相沖突的影響聯(lián)合在一起時(shí)，作用在單獨(dú)聯(lián)軸上的凈作用力要比剩余桿長(zhǎng)大1~4倍。圖13闡述不同的雷諾值和相對(duì)桿速的影響，流體的壓縮和膨脹而不是粘性的影響導(dǎo)致了壓力的下降，從而使桿上摩擦力消失。 幾何尺寸的影響 桿、聯(lián)軸和管道的幾何尺寸將影響摩擦系數(shù)的檢測(cè)。為了說明桿和兩個(gè)其他幾何尺寸考慮時(shí)的相對(duì)影響大小 情況（1）： 情況（2）： 桿尺寸出現(xiàn)的結(jié)果對(duì)桿的摩擦系數(shù)的影響見圖14。觀察發(fā)現(xiàn)桿的尺寸對(duì)桿的摩擦系數(shù)沒有影響，這個(gè)結(jié)果被認(rèn)為是由于桿和管道的絕對(duì)潔凈。 另一方面，聯(lián)軸的摩擦系數(shù)的改變實(shí)質(zhì)就是聯(lián)軸直徑的改變，直徑越大，聯(lián)軸的摩擦系數(shù)就越大?？紤]兩種聯(lián)軸尺寸不同的情況： 情況（1）： 情況（2）： 聯(lián)軸尺寸出現(xiàn)的結(jié)果對(duì)聯(lián)軸的摩擦系數(shù)的影響見圖15，觀察發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸尺寸對(duì)聯(lián)軸摩擦系數(shù)有戲劇性的影響。 管道結(jié)構(gòu)的影響 在斜井中，桿靠近管道表面是可能的。所以，管道結(jié)構(gòu)的影響有待去評(píng)價(jià)。幸運(yùn)的是，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了這種同軸且怪異的結(jié)構(gòu)的存在。圖16論證了怪異結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)在某地與同軸結(jié)構(gòu)相比時(shí)有所減小。 結(jié)論 1一個(gè)簡(jiǎn)單的紊流簡(jiǎn)化混合長(zhǎng)度模型在環(huán)形區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)桿核心得到發(fā)展。 2使用標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)對(duì)用于運(yùn)動(dòng)桿和聯(lián)軸同軸的環(huán)形區(qū)域內(nèi)紊流的研究。 3使用不同模型對(duì)摩擦系數(shù)的檢測(cè)與存在的文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全吻合。 4簡(jiǎn)化模型使用混合長(zhǎng)度方法與使用標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法一致。 5發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸的摩擦系數(shù)比桿的大1~4倍。 6桿的尺寸與桿的摩擦系數(shù)沒有多大影響。 7聯(lián)軸的尺寸對(duì)聯(lián)軸上的摩擦系數(shù)有戲劇性的影響（例如：增加聯(lián)軸與管道半徑比15%，聯(lián)軸摩擦雙倍增加）。 8桿上沖程的增加能降低紊流的動(dòng)能而摩擦系數(shù)卻增加。但桿的下沖程速度的增加摩擦系數(shù)確實(shí)實(shí)質(zhì)性的增加。 9怪異環(huán)形流體的摩擦系數(shù)比同軸的環(huán)形流體要大。 10層狀的流體和紊流的轉(zhuǎn)換沒有研究，一個(gè)實(shí)質(zhì)的解決方案就是擴(kuò)大層狀流體和紊流的摩擦系數(shù)。 術(shù)語 表示Van Driest（梵.得瑞斯特）常數(shù) 表示聯(lián)軸截面積（） 表示桿截面積（） F表示桿和聯(lián)軸所有的摩擦系數(shù) 表示聯(lián)軸的摩擦系數(shù) 表示桿的摩擦系數(shù) 表示管道的摩擦系數(shù) 表示作用在聯(lián)軸上的法向壓力（板尺：cm/截面的平方） P表示流體壓力，磅/平方米 R表示半徑，cm Re表示雷諾值 表示無量綱半徑 表示相對(duì)桿速 表示流體的平均速度，cm/截面 表示流速量綱 表示摩擦速度，cm/截面 表示無量綱的管壁速度 表示流速，cm/截面 表示無量綱坐標(biāo)距離管壁 表示無量綱內(nèi)外區(qū)域的厚度 K表示梵卡門（van.karman）常數(shù) 表示桿與管道半徑比 表示聯(lián)軸與管道半徑比 表示無量綱亞表層的厚度 表示流體密度，波美/ V表示分子速度，/截面 表示渦流擴(kuò)散率動(dòng)力 表示剪切力，磅/平方米 下標(biāo)注解 I表示內(nèi)部區(qū)域 J表示內(nèi)部和外部流動(dòng)區(qū)域的指示器 O表示外部區(qū)域 M表示內(nèi)外部區(qū)域間的轉(zhuǎn)換 參考文獻(xiàn) 1 Gibbs,S.G和Neely,A.B：《在桿式泵中計(jì)算機(jī)診斷鉆井情況》JPT（1996年1月）91—98頁(yè)。 2 Everitt,T.A.和Jennings,J.W：《關(guān)于桿式泵中改進(jìn)計(jì)算方法的向下鉆進(jìn)測(cè)力計(jì)》社會(huì)石油工程協(xié)會(huì)翻譯SPE18189，83—94頁(yè)。 3 Doty，D.R.andSchmidt,Z.:《管式泵的改進(jìn)模型的分析》社會(huì)石油工程協(xié)會(huì)1月（1983年2月）33—41頁(yè)。 4 Caetano,E.F.,Shoham O.,and Brill J.P.:《環(huán)形部分的垂直面上兩個(gè)流體相互單相位摩擦因素，泰勒計(jì)劃上升速度和流體預(yù)言樣式》ASME,vol.144,1992年3月，1——12頁(yè)。 5 Valeev,M.D.and RepinN.N.《IZVESTIYA VYSSHIKH VCHEBNYKH ZAVEDENII》,NEFTI GAZ,Vol.8,39-44頁(yè)1976年俄羅斯。 6 Shigechi,T.,Kavae,N.Lee,Y.,《環(huán)形與運(yùn)動(dòng)核心同中心時(shí)的紊流流體與熱量轉(zhuǎn)換》Int J.heat Mass翻譯，Vol.33,33,No9,2029—2037（1990） 7 Park.S.D.:《環(huán)形中心的紊流流體與熱量轉(zhuǎn)換的分析及實(shí)驗(yàn)》ph.D.Thesis,渥太華大學(xué)機(jī)械工程部翻譯，渥太華，加拿大（1971） 8 van Driest,E.R.:《紊流流體壁》J.Aero.Sci.vol.23485,(1956) 9 Reichardt,H.,，《Vollstandige Darstellung der tubulenten GeschwindigkeitsverteilunginglattenLeitungen》,Z.Angew.Math,Vol.31,208—209，（1951） 10 White,F.M.《黏性流體》，McGraw—Hill,Inc.紐約（1991） 11 CFX—F3D Version4.1:使用〈〈計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)手冊(cè)〉〉，聯(lián)合王國(guó)，0x11ORA牛津郡，Harwell實(shí)驗(yàn)室。 感謝 創(chuàng)作者感謝塔爾薩大學(xué)的職員們對(duì)方案的支持，由于畢業(yè)于塔爾薩大學(xué)機(jī)械工程部的學(xué)生吉母東在流體動(dòng)力學(xué)仿真方面的幫助，創(chuàng)作者向其表示十分感謝！ API偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì):RM912D-427-144 學(xué) 生：李晶晶，機(jī)械工程學(xué)院 指導(dǎo)老師：郭登明，機(jī)械工程學(xué)院 【摘 要】抽油機(jī)是構(gòu)成采油設(shè)備重要組成部分。在抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)其它設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)油井的機(jī)械式開采。偏置型抽油機(jī)是在常規(guī)型抽油機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展的，通過對(duì)曲柄的改造和尺寸的優(yōu)化獲得。本文介紹了偏置型抽油機(jī)工作原理、節(jié)能原理以及設(shè)計(jì)過程。首先，根據(jù)已知的參數(shù)，對(duì)抽油機(jī)的連桿機(jī)構(gòu)在幾何、運(yùn)動(dòng)、和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系列的分析與計(jì)算，闡述了這種設(shè)備的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其次、對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行了工藝參數(shù)計(jì)算和主要部件材料的強(qiáng)度校核分析，及對(duì)配套設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、減速器的分析與選用，說明了該型設(shè)備在性能方面同其它種類設(shè)備的差異。最后，進(jìn)行工況分析和結(jié)構(gòu)草圖設(shè)計(jì)。中間過程的有關(guān)計(jì)算部分，利用Excel軟件進(jìn)行了編程調(diào)試。 【關(guān)鍵詞】偏置型抽油機(jī) 曲柄 強(qiáng)度 特性 目 錄 任務(wù)書………………………………………………………………………………Ⅰ 開題報(bào)告……………………………………………………………………………Ⅱ 指導(dǎo)教師審查意見…………………………………………………………………Ⅲ 評(píng)閱教師評(píng)語………………………………………………………………………Ⅳ 答辯會(huì)議記錄………………………………………………………………………Ⅴ 中文摘要……………………………………………………………………………Ⅵ 外文摘要……………………………………………………………………………Ⅶ 前言…………………………………………………………………………………1 1 概述………………………………………………………………………………2 1.1 選題背景…………………………………………………………………2 1.2 研究的目的和意義………………………………………………………2 1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)及研究方向……………………………………2 1.4 游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)分析和指導(dǎo)思想………………………………3 1.5 方案論證…………………………………………………………………4 2 偏置型抽油機(jī)工作原理與節(jié)能原理……………………………………………6 2.1 工作原理…………………………………………………………………6 2.2 偏置型游梁抽油機(jī)特點(diǎn)…………………………………………………6 2.3 抽油機(jī)的尺寸規(guī)劃及結(jié)構(gòu)………………………………………………6 3 抽油機(jī)的尺寸規(guī)劃及結(jié)構(gòu)………………………………………………………7 3.1 驢頭………………………………………………………………………8 3.2 游梁………………………………………………………………………9 3.3 橫梁及連桿………………………………………………………………10 3.4 曲柄平衡裝置……………………………………………………………11 3.5 減速箱……………………………………………………………………12 3.6 剎車機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………12 3.7 支架………………………………………………………………………13 3.8 底座………………………………………………………………………14 3.9 皮帶傳動(dòng)裝置……………………………………………………………15 3.10 鋼絲繩和懸繩器 ………………………………………………………15 3.11 電動(dòng)機(jī) …………………………………………………………………15 3.12 軸承座 …………………………………………………………………15 4 游梁抽油機(jī)的基本參數(shù)和分類…………………………………………………17 4.1 驢頭懸點(diǎn)（掛抽油桿處）的最大允許載荷……………………………17 4.2 懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度…………………………………………………17 4.3 懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)………………………………………………18 4.4 減速箱曲柄最大允許扭矩 ………………………………………18 5 偏置抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………20 5.1 CYJRM912D-365-192抽油機(jī)的計(jì)算參數(shù) ……………………………20 5.2 幾何計(jì)算…………………………………………………………………21 5.3 運(yùn)動(dòng)計(jì)算…………………………………………………………………22 5.4 工藝計(jì)算…………………………………………………………………24 5.5 主要構(gòu)件的受力計(jì)算……………………………………………………30 5.6 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 32 6 主要承載構(gòu)件的校核計(jì)算………………………………………………………34 6.1 游梁的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………34 6.2 橫梁的校核計(jì)算…………………………………………………………35 6.3 連桿的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………35 6.4 支架軸承校核……………………………………………………………35 6.5 尾座軸承校核……………………………………………………………36 6.6 曲柄銷軸承校核…………………………………………………………37 7 總結(jié)………………………………………………………………………………39 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………39 致謝…………………………………………………………………………………40 附錄…………………………………………………………………………………41 8.1附圖一……………………………………………………………………41 8.2附圖二……………………………………………………………………42 8.3附圖三……………………………………………………………………43 8.4附圖四……………………………………………………………………44 8.5附圖五……………………………………………………………………45 8.6附圖六……………………………………………………………………46 8.7附圖七……………………………………………………………………47 8.8附圖八……………………………………………………………………48 8.9附圖九……………………………………………………………………49 前言 API偏置抽油機(jī)設(shè)計(jì):RM912D-427-144 前言 目前，采油方法有自噴采油法和機(jī)械采油法。自噴采油法的特點(diǎn)是利用地層本身的能量來舉升原油。隨著油田的不斷開發(fā)，地層能量逐漸消耗。為了保證原油的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，這些油井不能繼續(xù)用自噴法開采 。同時(shí)，有一些油井一開始就不能自噴。對(duì)于上述這些不能自噴的油井，就必須用機(jī)械采油法進(jìn)行開采。機(jī)械采油法又分為氣舉法和抽油法兩種。氣舉法的特點(diǎn)是利用壓縮氣體的能量，把原油提升到地面；而抽油法的特點(diǎn)是將各種結(jié)構(gòu)的泵放到井下抽油，所以抽油法又叫泵法。從國(guó)外石油最發(fā)達(dá)的國(guó)家來看，用抽油法開采的井?dāng)?shù)占絕對(duì)多數(shù)，約80%左右，而抽油法所開采的原油占半數(shù)以上。由于我國(guó)油田的發(fā)展特點(diǎn)（處于開發(fā)初期和中期，采用注水措施），目前，無論在生產(chǎn)井?dāng)?shù)方面還是在原油總產(chǎn)量方面，自噴法都占相當(dāng)大的比重。但從原油的發(fā)展趨勢(shì)來看，采用機(jī)械采油法，特別是使用抽油法的井?dāng)?shù)和產(chǎn)量都在增加，在一些老油井，幾乎全用抽油法采油。 用抽油法開采，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的抽油設(shè)備是游梁式抽油機(jī)或稱作有桿抽油設(shè)備。API（美國(guó)石油協(xié)會(huì)）抽油機(jī)規(guī)范（API SPEC 11E） 中游梁式抽油機(jī)的種類有四種，它們分別是：常規(guī)型抽油機(jī)、異相曲柄平衡抽油機(jī)、前置式氣平衡抽油機(jī)、前置式曲柄平衡抽油機(jī)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、維修方便。游梁式抽油機(jī)有以下幾部分組成：電動(dòng)機(jī)、減速箱、四連桿機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)通過三角皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)減速箱。減速后，由四連桿機(jī)構(gòu)（曲柄、連桿、游梁、橫梁）把減速箱的輸出軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橛瘟后H頭的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 抽油機(jī)在油田的開采作業(yè)中具有不可替代的作用，是構(gòu)成“三抽”即：抽油機(jī).抽油桿和抽油泵的一部分。抽油機(jī)的工作條件比較惡劣，全天候常年野外連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且絕大多數(shù)時(shí)間處于無人監(jiān)護(hù)狀態(tài)。因此要求抽油機(jī)具有良好的可靠性、耐久性；同時(shí)還要具有性能領(lǐng)域?qū)?、調(diào)節(jié)范圍大、能源消耗低、易損件少、維護(hù)保養(yǎng)方便，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。 近年來抽油機(jī)正在向低能耗、長(zhǎng)沖程、高精度、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。特別是由于油井動(dòng)液面的下降，長(zhǎng)沖程、低沖次的抽油機(jī)更是得到了推廣與發(fā)展。 1 概述 1.1 選題背景 游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、使用維護(hù)方便、適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工況等優(yōu)點(diǎn).在采油機(jī)械中，具有舉足輕重的地位。在今后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)仍將是油田的首選設(shè)備.但是由于常規(guī)型抽油機(jī)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特征。決定了它平衡效果差、曲柄凈扭矩脈動(dòng)大、存在負(fù)扭矩、載荷率低、工作效率低和能耗大等缺點(diǎn)。在采油成本中，抽油機(jī)電費(fèi)占30%左右，年耗電量占油田總耗電量的20%～30%，為油田電耗的第一位，僅次于注水。自從1985年第一臺(tái)異相曲柄平衡游梁抽油機(jī)(簡(jiǎn)稱異相機(jī))應(yīng)用以來，國(guó)內(nèi)各大油田開始重視抽油機(jī)的節(jié)能工作。 1.2 研究目的及其意義 常規(guī)型抽油機(jī)受到四桿機(jī)構(gòu)的限制，游梁擺角不能過大，導(dǎo)致整機(jī)質(zhì)量偏重，體積偏大。偏置式游梁抽油機(jī)是在常規(guī)型抽油機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，優(yōu)化了平衡重的夾角，改變了平衡重的相位角而產(chǎn)生的一種新型的抽油機(jī)。通過平衡重在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩與懸點(diǎn)負(fù)載在曲柄軸上產(chǎn)生的扭矩相平衡，使抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)峰值扭矩和峰值電流都有較大幅度的降低，從而達(dá)到節(jié)能的目的。 1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向 游梁式抽油機(jī)的產(chǎn)生和使用由來已久，早在120年前就誕生了，目前，世界各個(gè)產(chǎn)油國(guó)仍在大面積的廣泛應(yīng)用。美國(guó)擁有40萬臺(tái)，前蘇聯(lián)擁有4萬臺(tái)，我國(guó)擁有2. 7萬臺(tái)，僅大慶油田，在用的游梁式抽油機(jī)就有一萬余臺(tái)。一百多年來，游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理沒有實(shí)質(zhì)性變化。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少，可靠性高，耐久性好，操作維修方便，這些優(yōu)點(diǎn)是游梁式抽油機(jī)歷經(jīng)百年而經(jīng)久不衰的原因。 美國(guó)生產(chǎn)游梁式抽油機(jī)的公司有十幾家，品種復(fù)雜，型式繁多，其中技術(shù)先進(jìn)、實(shí)力雄厚的LUFKIN公司為權(quán)威。前置式抽油機(jī)主要由LUFKIN公司生產(chǎn)，該公司生產(chǎn)的馬克型前置式抽油機(jī)共有八個(gè)系列46個(gè)品種。馬克型前置式抽油機(jī)上沖程曲柄轉(zhuǎn)角195度，下沖程為165度，從而降低扭矩峰值。該機(jī)上沖程開始比油井負(fù)荷扭矩滯后7.5度，下沖程開始扭矩比油井負(fù)荷提前7.5度，從而提高平衡效果，該機(jī)較同級(jí)常規(guī)型抽油機(jī)節(jié)能34.99%。此外，LUFKIN公司還生產(chǎn)前置式氣平衡抽油機(jī)，該機(jī)比同級(jí)常規(guī)抽油機(jī)外形尺寸小35%，整機(jī)重量輕40%，共有26種規(guī)格。CM工公 第 47 頁(yè) （共 55 頁(yè)） 概述 司生產(chǎn)偏置式抽油機(jī)，偏置式抽油機(jī)又稱異向曲柄抽油機(jī)，或稱后置式抽油機(jī)，或稱托馬斯特(TM)抽油機(jī)，簡(jiǎn)稱TM抽油機(jī)。這種抽油機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，深受用戶歡迎。該機(jī)特點(diǎn)在于連桿與游梁之間夾角始終為90度，曲柄轉(zhuǎn)角上沖程為192度，下沖程為168度，慣性負(fù)荷小，峰值扭矩小，比同級(jí)常規(guī)抽油機(jī)小60%，該機(jī)游梁支架與減速器底座直接連接，改善了整體受力。 加拿大主要生產(chǎn)抽油機(jī)的廠商是雷姆斯有限公司，該公司主要生產(chǎn)常規(guī)式、前置式、偏置式游梁抽油機(jī)。前蘇聯(lián)游梁式抽油機(jī)共有9個(gè)系列22種型號(hào)，平衡方式全部采用復(fù)合平衡或曲柄平衡，重型采用氣動(dòng)平衡。為縮小尺寸，近年來將曲柄半徑與驢頭擺動(dòng)半徑比從0.4增大到0.6。 我國(guó)的抽油機(jī)制造業(yè)已有40多年的歷史，經(jīng)過了進(jìn)口修配，仿制試制，設(shè)計(jì)研制三個(gè)階段。1980年開始自行設(shè)計(jì)，研究制造國(guó)產(chǎn)抽油機(jī)，逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，不僅自給自足，而且還部分出口。蘭石廠是我國(guó)生產(chǎn)抽油機(jī)的主要廠家，按國(guó)內(nèi)技術(shù)生產(chǎn)的常規(guī)游梁式抽油機(jī)共11種規(guī)格，蘭石廠和寶石廠是我國(guó)生產(chǎn)前置式抽油機(jī)批量最大的廠家，目前已生產(chǎn)該機(jī)500萬余臺(tái)。1986年蘭石所研制成功CYJS-2.5-26HB前置式氣動(dòng)平衡抽油機(jī)，它是我國(guó)第一臺(tái)前置式氣平衡抽油機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果表明，該機(jī)比同級(jí)常規(guī)抽油機(jī)節(jié)能28.15%。泵效提高10%～20%。同年與四川鉆采設(shè)備廠共同研究成功CYJY3-1.4-7HB型偏置式抽油機(jī)，它是我國(guó)第一臺(tái)偏置式抽油機(jī)，目前共有6種規(guī)格。然后又研制成功了CYJY12-46-73HB型、CYJY12-42-73HB型和CYJY10-3-53HB型偏置式抽油機(jī)。 試驗(yàn)表明:這種抽油機(jī)比同級(jí)常規(guī)型抽油節(jié)能11%～19.4%，生產(chǎn)能力提高27%。江漢石油學(xué)院和第四石油機(jī)械廠經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，將常規(guī)抽油機(jī)改造成偏置式抽油機(jī)，該機(jī)縮短了曲柄半徑和游梁后臂，使極位夾角大于0度，并將對(duì)稱曲柄改成后置曲柄，同時(shí)改變抽油機(jī)減速器的旋轉(zhuǎn)方向，試驗(yàn)結(jié)果表明，這種抽油機(jī)比改造前節(jié)能10%～17%，產(chǎn)液能力提高6%。 1.4 游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)分析和指導(dǎo)思想 由于常規(guī)游梁式抽油機(jī)的上述優(yōu)勢(shì)，使得它能在國(guó)內(nèi)外各油田廣泛使用。但是，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)使用中，油田的經(jīng)營(yíng)者發(fā)現(xiàn)，它無法解決:平衡效果差、載荷率低、工作效率低、“大馬拉小車”、能耗高的缺點(diǎn)。為了追求開采效益最大化，以最少的投入來?yè)Q取最大的回報(bào)，開發(fā)節(jié)能高效的新型抽油設(shè)備就成了油田生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者和抽油機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠致力追求的目標(biāo)，這就是其發(fā)展的動(dòng)力。國(guó)內(nèi)在節(jié)能抽油機(jī)的研制開發(fā)上，20世紀(jì)80、90年代出現(xiàn)了高峰。 游梁式抽油機(jī)是一種變形的四連桿機(jī)構(gòu)，其整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)像一架天平，一端是抽油載荷，另一端是平衡配重載荷。對(duì)于支架來說，如果抽油載荷和平衡載荷形成的扭矩大小基本相等或方向變化相反，那么用很小的動(dòng)力就可以使抽油機(jī)連續(xù)不間斷地工作。也就是說抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)取決于平衡的好壞。平衡率越低，則需要電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力越大。正因?yàn)槌橛洼d荷每時(shí)每刻都在變化，而平衡重不可能和抽油載荷作完全一致的變化，才使得游梁式抽油機(jī)的節(jié)能技術(shù)變得很復(fù)雜。在游梁式抽油機(jī)的平衡技術(shù)方面，傳統(tǒng)的方法有三種:一是在曲柄上加上平衡塊，即曲柄平衡；二是在游梁尾端加上平衡塊，即游梁平衡;三是在曲柄和游梁尾端都加上平衡塊，即復(fù)合平衡。這三種平衡方式形成的平衡扭矩曲線都是規(guī)則曲線，而抽油載荷扭矩曲線是非規(guī)則曲線，其疊加曲線存在較大的峰值和負(fù)扭矩?？朔@一難題，就是游梁式抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)所要攻克的對(duì)象 1.5 方案論證 隨著我國(guó)油田的進(jìn)一步開發(fā)，由于采油成本的不斷提高和電價(jià)的上調(diào)，如何降低抽油機(jī)的能耗已引起人民的高度重視。各種研究抽油機(jī)的節(jié)能途徑歸納起來可分為兩種： 一是改變抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)直接降低抽油機(jī)的扭矩因數(shù)，已降低抽油機(jī)的工作扭矩及其波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如偏置式抽油機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)等；另一種是改變抽油機(jī)的平衡方式，以降低減速器輸出軸的扭矩，達(dá)到節(jié)能的目的，如大輪式抽油機(jī)，二次平衡抽油機(jī)。 抽油機(jī)節(jié)能工作的開展大致包括兩個(gè)方面：一是開發(fā)設(shè)計(jì)新型技能抽油機(jī)；二是對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造。目前，油田非自噴井采油廣泛使用游梁式曲柄平衡抽油機(jī)。游梁式抽油機(jī)因有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、性能可靠等優(yōu)勢(shì)而在各油田廣泛應(yīng)用, 但其能耗大、工作效率低, 所以降低抽油機(jī)能耗, 提高抽油機(jī)的工作效率具有重要意義。 目前，油田非自噴井采油廣泛使用游梁式曲柄平衡抽油機(jī)。游梁式抽油機(jī)因有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作平穩(wěn)、性能可靠等優(yōu)勢(shì)而在各油田廣泛應(yīng)用, 但其能耗大、工作效率低, 所以降低抽油機(jī)能耗, 提高抽油機(jī)的工作效率具有重要意義。為了減小抽油機(jī)的功率，更進(jìn)一步的節(jié)約能源，需要一種替代抽油機(jī)來應(yīng)用于油田上的采油生產(chǎn)。為此，本設(shè)計(jì)針對(duì)這樣的特點(diǎn)，對(duì)一般的游梁式抽油機(jī)做了改進(jìn)設(shè)計(jì)。偏置型游梁式抽油機(jī)同常規(guī)型抽油機(jī)主要有二方面不同：1減速器背離支架后移，增大減速器輸出軸中心與游梁擺動(dòng)中心之間水平距離，形成較大的極位夾角（即驢頭上、下死點(diǎn)與連桿中心線之間夾角）；2平衡塊重心與曲柄軸中心連線和曲柄銷中心與曲柄軸中心連線之間有個(gè)平衡相位角，這種抽油機(jī)曲柄均為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，因此平衡重總是滯后一個(gè)角。由于有較大的極位夾角，一般12度左右，使得抽油機(jī)上沖程時(shí)曲柄轉(zhuǎn)過角度增加12度為192度，下沖程減小12度為168度，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)速不變時(shí)，懸點(diǎn)上沖程時(shí)間就大于下沖程時(shí)間，因此懸點(diǎn)上沖程的加速度和動(dòng)載荷減小，由于平衡相位角改變了平衡效果，從而使減速器的最大扭矩峰值降低，扭矩變化較均勻，電動(dòng)機(jī)所需功率較小，在一定情況下有節(jié)能效果 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是根據(jù)常規(guī)型抽油機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了偏置型曲柄平衡式抽油機(jī)。所設(shè)計(jì)的抽油機(jī)有原始的數(shù)據(jù)和給定的幾何參數(shù)，還有參考資料和圖例，在這基礎(chǔ)上對(duì)常規(guī)型抽油機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)并對(duì)抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行幾何、運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力學(xué)上的計(jì)算和對(duì)主要部件進(jìn)行校核計(jì)算。 游梁抽油機(jī)的基本參數(shù)和分類 2 偏置型抽油機(jī)工作原理與節(jié)能原理 2.1 工作原理 抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)通過V帶和減速器帶動(dòng)曲柄做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲柄—連桿—游梁—支承架四桿機(jī)構(gòu)將這一運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為驢頭的變速上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過鋼絲繩和抽油桿帶動(dòng)抽油泵柱塞做變速的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)油井開采。 2.2 偏置型游梁抽油機(jī)特點(diǎn) （1）曲柄中心線和平衡重中心線偏離一個(gè)相位角τ。 （2）曲柄軸中心線至中央軸承座中心水平距離I大于游梁后臂長(zhǎng)度C，兩者差接近于曲柄半徑R，即I-C≈R。結(jié)構(gòu)上看，加大了力臂減小了連桿拉力，增大抽油機(jī)最大承載能力，扭矩因數(shù)下降。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使游梁在上下死點(diǎn)時(shí)，連桿兩個(gè)位置之間存在一個(gè)相位夾角，這種機(jī)構(gòu)具有急回特性。 （3）曲柄順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，保證上沖程時(shí)間長(zhǎng).下沖程時(shí)間短。 2.3 節(jié)能原理 （1）抽油機(jī)的負(fù)載狀況影響抽油機(jī)的能耗。常規(guī)型抽油機(jī)加在曲柄的凈扭矩成周期變化，有時(shí)對(duì)電機(jī)做功，這樣的負(fù)載不利于普通電動(dòng)機(jī)的正常工作，是電機(jī)高能耗原因。 （2）普通異步電動(dòng)機(jī)具有硬特性，適宜拖動(dòng)均勻負(fù)載。常規(guī)型抽油機(jī)的負(fù)載狀況不理想，就形成了它能耗高特性，而偏置型抽油機(jī)在這方面得到改進(jìn)。 （3）抽油機(jī)工作時(shí)曲柄凈扭矩的波動(dòng)由懸點(diǎn)載荷與加速度變化引起。通過改變抽油機(jī)桿件尺寸的配比，使運(yùn)動(dòng)規(guī)律改變，減小工作扭矩曲線的峰值。在保證沖次不變的情況下，加長(zhǎng)上沖程時(shí)間，減少上沖程前半段的加速度變化幅度，使扭矩峰值減??；同理可以使工作下峰值加大。同時(shí)可以改變工作扭矩的形狀。偏置型抽油機(jī)通過在曲柄上的偏置角的引入，有利于減少電動(dòng)機(jī)的額定功率，達(dá)到二者更好的匹配，也可以改善桿件受力情況。 抽油機(jī)的尺寸規(guī)劃及結(jié)構(gòu) 3 抽油機(jī)的尺寸規(guī)劃及結(jié)構(gòu) 游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸決定了其運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力性能及其能耗。長(zhǎng)期以來，游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定成為許多學(xué)者和設(shè)計(jì)人員的研究對(duì)象。 圖1為游梁式抽油機(jī)四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸示意圖，在圖中，H為抽油機(jī)底座底平面至支架軸承中心的高度，它取決于抽油機(jī)的最大沖程長(zhǎng)度，并決定抽油機(jī)的高度，其具體計(jì)算方法是： H=S max＋H c＋H h ＋0.2～0.25 （m） 式中， S max——最大沖程長(zhǎng)度 （m）； H c——井口裝置高度 （m），一般為：1.2～1.5（m）； H h——懸繩器高度 （m），一般為：0.35～0.4（m）。 A為游梁前臂長(zhǎng)度，其大小取決于沖程長(zhǎng)度和游梁的擺角，值得說明的是，前蘇聯(lián)和我國(guó)都是采用大擺角（約1弧度），而美國(guó)則是采用小擺角（一般為44°～46°），大擺角抽油機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，但動(dòng)力性能差，扭矩特性差，能耗高；大小擺角抽油機(jī)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)龐大，但動(dòng)力性能好，扭矩特性好，能耗低。在本次設(shè)計(jì)中，采用游梁小擺角設(shè)計(jì)。具體來說，當(dāng)沖程長(zhǎng)度小于4.2m（含4.2m）時(shí)，游梁的擺角為44°～46°；當(dāng)沖程長(zhǎng)度大于4.2m時(shí)，游梁的擺角為51°～53°。G為減速器輸出軸中心線至底座底平面的距離，其大小決定了抽油機(jī)曲柄的長(zhǎng)短，從而影響平衡塊的重量，G越大，曲柄長(zhǎng)度越長(zhǎng)，在同一平衡扭矩的條件下，平衡塊越輕。曲柄連桿機(jī)構(gòu)其尺寸的大小及分配決定了抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能、動(dòng)力性能及其能耗。 目前，最常用的游梁式抽油機(jī)采用機(jī)械方式，它具有前、后臂。它主要有游梁、驢頭、橫梁、連桿、曲柄、減速箱、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、支架、撬座、懸繩器以及平衡重等組成?？偟恼f來，游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，下面著重分析它的主要組成部分。 3.1 驢頭 驢頭的作用是將游梁的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)化為吊繩的上下直線運(yùn)動(dòng)。從機(jī)構(gòu)學(xué)來講，它是一種繩輪機(jī)構(gòu)。我國(guó)抽油機(jī)驢頭常用的結(jié)構(gòu)型式有上翻式、側(cè)轉(zhuǎn)式及重力式三種，國(guó)外抽油機(jī)的驢頭多采用懸掛式驢頭。這種驢頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是制作比較簡(jiǎn)單，易于安裝，可靠性高，最大的缺點(diǎn)是在修井作業(yè)時(shí)，必須將整個(gè)驢頭卸下，操作工作量大。本次設(shè)計(jì)采用側(cè)轉(zhuǎn)式驢頭結(jié)構(gòu)型式。它是用鋼板組焊而成的一個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，其厚度為464mm；側(cè)板使用Q235的鋼板，鋼板的厚度為12m。 圖2 驢頭結(jié)構(gòu)工程圖 3.2 游梁 游梁是一種扛桿，它是抽油機(jī)的主要承載構(gòu)件，也是抽油機(jī)最大應(yīng)力出現(xiàn)的構(gòu)件，對(duì)游梁的設(shè)計(jì)主要考慮其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。國(guó)內(nèi)在常規(guī)抽油機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，游梁的結(jié)構(gòu)只有兩種，一種是箱形結(jié)構(gòu)（用于重型抽油機(jī)），另一種H型結(jié)構(gòu)（用于中型或輕型抽油機(jī)），對(duì)于重型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（a）所示，對(duì)于輕型或中型抽油機(jī)，其游梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖（b）所示，本次設(shè)計(jì)采用箱形結(jié)構(gòu)。游梁的高度為。翼板、側(cè)板使用Q235的鋼板. 鋼板厚度分別為和.各游梁一般焊有加強(qiáng)板和吊耳等附件。 圖3 游梁結(jié)構(gòu)工程圖 3.3 橫梁及連桿 3.3.1 橫梁的結(jié)構(gòu) 橫梁及連桿可分為兩種結(jié)構(gòu)：一種是將橫梁和連桿制造在一起，其特點(diǎn)是連接件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用在小型抽油機(jī)中，它由改變后臂長(zhǎng)度來調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。另一種結(jié)構(gòu)是單獨(dú)橫梁，用于一般大型抽油機(jī)中，它由改變曲柄和連桿的連接點(diǎn)位置來調(diào)節(jié)沖程長(zhǎng)度。 橫梁是連桿和游梁連接的中間部件。動(dòng)力經(jīng)過橫梁才能帶動(dòng)游梁作搖擺運(yùn)動(dòng)，橫梁的形式有三種：直形橫梁、船形橫梁和翼形橫梁。其中船形橫梁的橫梁和連桿連接點(diǎn)與橫梁和游梁連接點(diǎn)在同一水平線上，增加了連桿和橫梁的剛性，并改善了連接銷軸的工作條件。翼形橫梁連桿彎曲與橫梁成為一體，直接與游梁連接，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，連接零件少，多用在輕型游梁式抽油機(jī)上。 3.3.2 連桿 連桿一般都用無縫鋼管制成，兩端焊有連桿頭。正常工作時(shí)，上端連桿頭和橫梁無轉(zhuǎn)動(dòng)，用銷子相連。下端連桿頭和曲柄用曲柄銷子連接，在連桿銷處安有滾動(dòng)軸承。曲柄銷子和曲柄間一般用圓錐面相連，在銷子頭上用螺母固死銷子和曲柄，在曲柄上有3~4個(gè)錐孔，用以改變沖程長(zhǎng)度。 3.4 曲柄平衡裝置 抽油機(jī)的平衡歷來是被許多學(xué)者和現(xiàn)場(chǎng)工作人員所關(guān)注，因?yàn)槠胶獾暮脡闹苯佑绊懗橛蜋C(jī)的能耗和壽命。對(duì)于游梁式抽油機(jī)而言，平衡可分為機(jī)械平衡和氣動(dòng)平衡，機(jī)械平衡也有曲柄平衡、游梁平衡及復(fù)合平衡之分。從平衡效果來看，游梁平衡最好，復(fù)合平衡次之，曲柄平衡最差，但從安全性來考慮，則正好相反。從現(xiàn)場(chǎng)使用的情況來看，輕型抽油機(jī)使用游梁平衡，中型抽油機(jī)使用曲柄平衡，重型抽油機(jī)則使用復(fù)合。平衡重，裝在曲柄上，類型較多，目前廣泛使用的有兩種，一種為一般偏心重結(jié)構(gòu)，另一種為扇形結(jié)構(gòu)。偏心重結(jié)構(gòu)制造容易，但調(diào)整較困難，而扇形結(jié)構(gòu)調(diào)整較方便，當(dāng)需將偏心塊調(diào)整到某位置時(shí)，可將圓曲柄旋轉(zhuǎn)，使要調(diào)的位置在最下方，松開固緊螺釘后，扇形平衡重沿導(dǎo)軌自動(dòng)落到要調(diào)的位置。為了調(diào)整方便及安全，在兩種曲柄上都有導(dǎo)軌及擋塊，固緊螺釘即使松開，也不會(huì)是偏心重落下。本次設(shè)計(jì)中采用的是偏心重結(jié)構(gòu)的曲柄。本次設(shè)計(jì)按照此原則進(jìn)行，只是在重型抽油機(jī)設(shè)計(jì)的過程中盡量多采用曲柄平衡，主要是因?yàn)楹?jiǎn)化結(jié)構(gòu)，便于各個(gè)模塊之間的相互組裝，以最少的模塊來組裝出最多的抽油機(jī)，從而工裝夾具的設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的出口競(jìng)爭(zhēng)力。曲柄的寬度為550mm。曲柄的長(zhǎng)度則取決于減速器輸出軸中心線至底座底平衡的高度，平衡塊的重量主要是取決于抽油機(jī)的承載能力。 圖4 曲柄平衡裝置結(jié)構(gòu)工程圖 3.5 減速箱 一般使用的減速箱多數(shù)為兩極齒輪式，傳動(dòng)比i=25～40左右，在個(gè)別情況下也有使用一級(jí)齒輪減速箱或鏈輪減速箱。由于工作載荷大，一般小功率時(shí)采用斜齒，大功率時(shí)采用人字齒，并開始使用圓弧齒輪。減速箱采用圓弧齒輪后，其承載能力比相同參數(shù)的漸開線齒輪減速箱體積有所減少，這樣也給抽油機(jī)其它部件尺寸的縮小創(chuàng)造了條件。本次設(shè)計(jì)中選用的減速箱就是這種類型。其型號(hào)為：ZLH—1000。減速器的額定扭矩為105 KN .m 3.6 剎車機(jī)構(gòu) 剎車裝置安裝在減速器的高速軸上，起制動(dòng)作用。它的結(jié)構(gòu)型式有內(nèi)漲式和外抱式兩種，內(nèi)漲式剎車裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但制動(dòng)力矩大，外抱式則正好相反。剎車機(jī)構(gòu)是一個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將人力傳遞給剎車裝置，并進(jìn)行必要的放大，使之符合制動(dòng)力矩的要求。本次設(shè)計(jì)采用外抱式剎車裝置。 3.7 支架 支架的主要作用是支承游梁，其高度必須滿足抽油機(jī)的沖程長(zhǎng)度、井口高度及懸繩器的正常工作需要。支架與游梁、連桿、曲柄及底座一起構(gòu)成抽油機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)，保證抽油機(jī)的正常工作。支架的結(jié)構(gòu)型式有兩種，一種是四腿支架，它主要由角鋼焊接而成，其特點(diǎn)是制造方便，剛度大，但體積大，運(yùn)輸困難，國(guó)內(nèi)的常規(guī)抽油機(jī)和部分偏置抽油機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)的支架；（對(duì)于重型油機(jī)尤其突出），另一種是三腿支架，它是用工字鋼和槽鋼組焊而成，它的特點(diǎn)是開度大，運(yùn)輸方便，但安裝困難；其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)它的后腿與減速器座相聯(lián)時(shí)，使底座不受彎曲應(yīng)力的作用，從而保證底座不會(huì)出現(xiàn)斷裂的情況。國(guó)內(nèi)的部分偏置抽油機(jī)采用這種結(jié)構(gòu)的支架，國(guó)外的常規(guī)抽油機(jī)和偏置抽油機(jī)均使用三腿支架。本次設(shè)計(jì)的支架采用的是三腿結(jié)構(gòu), 支架前面的兩個(gè)主腿和后腿均采用兩個(gè)槽鋼對(duì)焊，并間斷補(bǔ)強(qiáng)，制作時(shí)，將前腿和后腿分開，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)將支架后腿按要求組裝并鎖緊即可。 圖5 支架結(jié)構(gòu)工程圖 3.8 底座 底座的作用是承受整個(gè)抽油機(jī)及懸點(diǎn)載荷的全部重量，并使抽油機(jī)的支架、減速器及電動(dòng)機(jī)裝置連成一體。底座有門型和T型兩種，國(guó)內(nèi)常規(guī)抽油機(jī)和部分偏置抽油機(jī)采用門型底座，部分偏置抽油機(jī)采用T型底座。本次設(shè)計(jì)采用T型底座，這種底座的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性能好，尤其是超重型抽油機(jī)，必須采用這種結(jié)構(gòu)的底座。底座上焊有減速器座和電動(dòng)機(jī)座，一般來說，電動(dòng)機(jī)座有兩種布置方式，一種是直接在底座的主梁上焊接電動(dòng)機(jī)導(dǎo)軌，它的特點(diǎn)是抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但耗材多；另一種是用不同的型鋼單獨(dú)制作一個(gè)電動(dòng)機(jī)座，然后將該座焊接或鉚接在主座上，它的特點(diǎn)是節(jié)省材料。對(duì)于雨多的地區(qū)，還應(yīng)當(dāng)防止電動(dòng)機(jī)淹水的現(xiàn)象產(chǎn)生，為此，本次設(shè)計(jì)將電動(dòng)機(jī)座抬高500～1000㎜，對(duì)于少雨地區(qū)，可將電動(dòng)機(jī)座放置到與主底座對(duì)齊的位置。 圖6 底座結(jié)構(gòu)工程圖 3.9 皮帶傳動(dòng)裝置 皮帶傳動(dòng)裝置的作用是將電動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)傳遞給減速器，并作適當(dāng)?shù)臏p速，主要有大皮帶輪、小皮帶輪及三角膠帶組成。選用皮帶時(shí)，本設(shè)計(jì)用普通D型三角膠帶，至于三角膠帶的根數(shù)則視其傳遞的功率而定，長(zhǎng)度則根據(jù)電動(dòng)機(jī)裝置的結(jié)構(gòu)確定，每一種型號(hào)的抽油機(jī)配備有三個(gè)不同直徑的小皮帶輪，以滿足抽油機(jī)三個(gè)不同沖次數(shù)的需要，大皮帶輪則是每一種型號(hào)的減速器配備一個(gè)。 3.10 鋼絲繩和懸繩器 懸繩器是連接光桿的吊繩的部件，鋼絲繩是用多層股（不旋轉(zhuǎn)）鋼絲繩，規(guī)格為32mm，其公稱抗拉強(qiáng)度為1550 N/mm2。 3.11 電動(dòng)機(jī) 抽油機(jī)的動(dòng)力源有：柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)等，其中柴油機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于電力供應(yīng)緊張或電力難以送達(dá)的邊緣或偏辟地區(qū)，大多油田均使用電動(dòng)機(jī)。本次設(shè)計(jì)的抽油機(jī)動(dòng)力源使用電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為Y315S-8(55KW 740rpm)。 3.12 軸承座 每一臺(tái)抽油機(jī)有三個(gè)軸承座，即中央軸承座、尾軸承座和曲柄銷軸承座，根據(jù)抽油機(jī)的不同型號(hào)，共有5 種同一型號(hào)、不同規(guī)格的軸承座，具體型號(hào)見SY/T 5795—93《游梁式抽油機(jī)安裝尺寸、易損件配合尺寸》標(biāo)準(zhǔn)。 圖圖8 API常規(guī)型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1——驢頭；2——游梁；3——橫梁；4——連桿；5——曲柄裝置；6——減速器；7——電動(dòng)機(jī)裝置；8——?jiǎng)x車機(jī)構(gòu)；9——底座；10——支架；11——懸繩器；12——光桿卡瓦；13——吊繩 游梁抽油機(jī)的基本參數(shù)和分類 4 游梁抽油機(jī)的基本參數(shù)和分類 抽油設(shè)備的功用就是從一定的井深抽出一定數(shù)量的原油，所以，井深和產(chǎn)量就標(biāo)志著抽油設(shè)備的工作范圍。為了達(dá)到這兩個(gè)指標(biāo)，對(duì)游梁式抽油機(jī)的工作能力提出了各方面的要求，這就是游梁式抽油機(jī)的基本參數(shù)： 抽油機(jī)的的參數(shù)主要是：懸點(diǎn)額定載荷、沖次數(shù)和光桿沖程，由于這三個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的，分別代表抽油機(jī)主要性能指標(biāo)，故我們稱之為基本參數(shù)；另外，抽油機(jī)減速器的額定扭矩、電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)功率，也是其重要的技術(shù)參數(shù)，但它們不是獨(dú)立的，而是由抽油機(jī)的基本參數(shù)決定的，故我們稱之為總體參數(shù)。在規(guī)劃這些參數(shù)的過程中，額定懸點(diǎn)載荷根據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)提供的公稱尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行公制轉(zhuǎn)換、圓整即可；對(duì)于一臺(tái)抽油機(jī)而言，一般有三到四個(gè)沖程，其中最大的光桿沖程可以依照API標(biāo)準(zhǔn)提供的公稱尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行公制轉(zhuǎn)換、圓整，其它幾個(gè)沖程則要根據(jù)計(jì)算求得。計(jì)算的論據(jù)是既要符合制造要求，又要滿足沖程梯度的變化，即符合不同型號(hào)的抽油機(jī)最大沖程的變化規(guī)律。單一的沖次數(shù)決定了抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)決定了抽油機(jī)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的動(dòng)載荷，在規(guī)劃抽油機(jī)的沖次數(shù)時(shí)，主要是考慮抽油機(jī)的平均抽吸速度，其值在一個(gè)較小的范圍內(nèi)變化，并且隨著沖程的增加而增大。減速器的額定扭矩依照API標(biāo)準(zhǔn)提供的公稱尺寸數(shù)據(jù)，進(jìn)行公制轉(zhuǎn)換、圓整，并且符合SY5044-2000《游梁式抽油機(jī)》的要求。 4.1 驢頭懸點(diǎn)（掛抽油桿處）的最大允許載荷 它主要取決于抽油桿柱和油柱的重量，實(shí)際上的它表明在一定的抽油桿和抽油泵泵徑組合時(shí)的最大下泵深度（或井深）。目前，懸點(diǎn)的最大允許載荷從5~8KN到150~280KN。 根據(jù)懸點(diǎn)最大允許載荷Q的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 輕型……………………………. 中型…………………………… 重型……………………………. 4.2 懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度 它主要決定于抽油機(jī)的產(chǎn)量以及抽油機(jī)的基本尺寸和重量。石油礦場(chǎng)上，應(yīng)用的懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度從0.3到10米，而用的最廣泛的在六米以下。 根據(jù)懸點(diǎn)最大沖程的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 短沖程 ………………………. 中等沖程 ……………………. 長(zhǎng)沖程 ………………………. 超長(zhǎng)沖程 ……………………. 4.3 懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù) 它表明抽油機(jī)的抽汲工況.最大沖程次數(shù)和最大沖程長(zhǎng)度一起,確定了抽油機(jī)的最大產(chǎn)量(當(dāng)泵徑一定時(shí))。目前，實(shí)際應(yīng)用的懸點(diǎn)最大沖程次數(shù)從2~4min到20 min。因?yàn)?，抽油桿的折斷系數(shù)和沖程次數(shù)成正比，所以限制了沖次的進(jìn)一步提高。 根據(jù)懸點(diǎn)的最大沖程次數(shù)的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 低沖次……………………….. 中等沖次…………………….. 高沖次……………………….. 4.4 減速箱曲柄最大允許扭矩 它和上述三個(gè)基本參數(shù)間存在一定的關(guān)系，特別是和懸點(diǎn)最大沖程長(zhǎng)度成正比。即越大，也越大。同時(shí)，曲柄的最大允許扭矩確定了減速箱的尺寸和重量。 根據(jù)減速箱曲柄最大允許扭矩的變化范圍，可將抽油機(jī)分為以下幾種： 小扭矩……………………… 中等扭矩……………… …. 大扭矩………….. ………… 超大扭矩……………… … 如果將扭矩和沖程次數(shù)兩個(gè)基本參數(shù)相乘，就可得到抽油機(jī)單位時(shí)間（一分鐘內(nèi)）所需的功率。所以，也可根據(jù)抽油機(jī)所需的功率把它分為以下幾種： 小功率……………. 中等功率…………. 大功率……………. 超大功率…………. 上面，我們根據(jù)抽油機(jī)的四個(gè)基本參數(shù)和最大功率對(duì)它進(jìn)行分類，以便于抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算。此外，抽油機(jī)按其結(jié)構(gòu)可分為：前置式和后置式。按平衡方式的不同可分為：機(jī)械平衡和氣動(dòng)平衡。機(jī)械平衡需要金屬多，調(diào)整不方便，但結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，是目前應(yīng)用最多的一種。氣動(dòng)平衡重量輕，調(diào)整方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于重型長(zhǎng)抽油機(jī)。 為了能對(duì)游梁式抽油機(jī)正確的進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)，首先必須研究上述的四個(gè)基本參數(shù)的大小和變化規(guī)律；最后，根據(jù)油田生產(chǎn)實(shí)際給定的條件對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和改進(jìn)。 CYJRM912D-365-192HB型偏置抽油機(jī)各字母和數(shù)字所代表的意義： CYJ—游梁抽油機(jī)的代號(hào)，RM—偏置型，D—雙圓弧齒輪減速器，365/160—驢頭懸點(diǎn)的最大載荷為36500LbS/160KN，192In/—光桿最大沖程長(zhǎng)度，912—減速箱曲柄最大允許扭矩為912000InLbs/，H—減速箱為點(diǎn)嚙合圓弧齒輪傳動(dòng)型，B—曲柄平衡。它屬于重型、長(zhǎng)沖程、中等沖次、超大扭矩型的抽油機(jī)。 偏置抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5 偏置抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 CYJRM912D-365-192抽油機(jī)的計(jì)算參數(shù) 曲柄半徑(R)為：1.145(米) 連桿長(zhǎng)(P)為：4.345 (米) 游梁前臂(A)長(zhǎng)為：4.360 (米) 游梁后臂(C)長(zhǎng)為：3.000 (米) 曲柄回轉(zhuǎn)中心至中心軸承的垂直距離（H—G）為：4.140 (米) 曲柄回轉(zhuǎn)中心至中心軸承的水平距離（I）為：4.140 (米) 游梁的最大擺角：Ψ=48.173 （度） 沖程：s=3.666(米)；沖次：8（/分）；泵徑：38（厘米） 偏置角（τ）：-9 (度) 懸點(diǎn)載荷：190（千牛）；電動(dòng)機(jī)的額定功率：55（千瓦） 偏置型抽油機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下所示，其中已知條件為：曲柄半徑R，連桿長(zhǎng)度P，游梁后臂長(zhǎng)度C，游梁前臂長(zhǎng)度A，減數(shù)器輸出中心到支架軸承中心的水平距離I，減數(shù)器輸出中心到支架軸承中心的垂直距離（H-G），沖次數(shù)n，減速器的額定扭矩T，電動(dòng)機(jī)的額定功率。 圖9 偏置型抽油機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 5.2 幾何計(jì)算 根據(jù)圖中的符號(hào)定義，則有： 5.2.1 計(jì)算β （1） 式中： （2） ， （3） 5.2.2 計(jì)算 （4） （5） （6） 5.2.3 計(jì)算 （7） 5.1.4 計(jì)算 （8） 5.2.5 計(jì)算 （9） 5.2.6 計(jì)算沖程長(zhǎng)度S （10） 其中： （11） （12） 5.3 運(yùn)動(dòng)計(jì)算 5.3.1計(jì)算懸點(diǎn)的速度 ； （13） （14） （15） （16） （17） 5.3.2 計(jì)算懸點(diǎn)的加速度 （18） （19） （20） （21） （22） 作表1,其內(nèi)容為。 表1 抽油機(jī)具體參數(shù)值 θ度 α度 δ度 β度 Aa 0 558.2604 22.21030805 86.10828 0.773162 14.54998 180 23.0982741 81.51397 0.839255 15 179.4313 23.09740563 81.39616 0.839987 30 160.427 22.07844218 78.40574 0.806479 45 141.5689 19.23351803 77.37883 0.655574 60 123.2852 14.90232089 78.40574 0.42228 75 106.0034 9.606557277 81.39616 0.178375 90 90.02652 3.894356336 86.10828 -0.016017 105 75.46694 -1.792444227 92.21459 -0.14147 120 62.26096 -7.16458827 99.36247 -0.211055 135 50.22515 -12.059067 107.2048 -0.250099 150 39.10951 -16.38294556 115.3976 -0.284597 165 28.62531 -20.0538022 123.5686 -0.340017 180 18.44431 -22.94057224 131.2578 -0.443805 195 8.174399 -24.80117046 137.8319 -0.617074 206.4258 360 -25.29109801 141.563 -0.778291 210 357.3393 -25.24183452 142.425 -0.824171 225 345.4464 -23.81353431 144.1038 -0.90711 240 332.2149 -20.34938501 142.425 -0.740597 255 317.7343 -15.20791665 137.8319 -0.446329 270 302.2976 -9.038028473 131.2578 -0.178964 285 286.166 -2.44913774 123.5686 0.028336 300 269.4953 4.079684292 115.3976 0.197088 315 252.3559 10.15849409 107.2048 0.350563 330 234.7676 15.43432733 99.36246 0.501277 345 216.7306 19.56264718 92.21458 0.64818 360 198.2603 22.21030805 86.10827 0.773162 圖10 加速度隨θ變化的曲線圖 懸點(diǎn)的理想加速度曲線類似于余旋函數(shù)，懸點(diǎn)實(shí)際加速度隨曲柄轉(zhuǎn)角變化的曲線與理想的加速度曲線基本一致。 5.4 工藝計(jì)算 5.4.1 假設(shè)條件 ⑴、載荷或力的單位均按KN或N計(jì)算; ⑵、抽油桿的密度取7850；油液的密度為850； ⑶、泵的沉沒度； ⑷、不考慮抽油桿工作中的彈性伸長(zhǎng)； ⑸、不考慮由于油管內(nèi)徑與柱塞直徑的不同而引起的加速度變化。 5.4.2 符號(hào)定義 1、 ——抽油桿的名義載荷值，單位為“噸力”； 2、 ——上沖程靜載荷（KN）; 3、 ——下沖程靜載荷（KN）; 4、 ——抽油桿的截面積（）; 5、 ——抽油泵的截面積（）; 6、 ——油液的密度; 7、 ——抽油桿的密度; 8、 d——抽油泵的直徑（cm）; 9、 ——抽油桿的直徑（cm）; 10、 L——下泵深度（m）; 11、 Q單井日產(chǎn)液量（t/d）; 5.4.3 計(jì)算過程中常用的數(shù)據(jù)表 表2 泵徑及其截面積 泵徑(mm) 28 32 38 45 51 57 63 70 83 95 面積 6.16 8.04 11.34 15.90 20.43 25.52 31.17 38.48 54.10 70.88 表3 抽油桿的直徑及其截面積 抽油桿的直徑（英寸） 5/8`` 3/4`` 7/8`` 1`` 1.125`` 截面積 1.98 2.85 3.88 5.07 6.41 表4 API抽油桿尺寸組合表 泵徑 cm 抽油機(jī)型號(hào) CYJ5-4-26 CYJ8-3-37 CYJ10-2-53 CYJ12-4.8-73 CYJ14-5.4-89 抽油桿的尺寸幾配比 28 7/8``3/4`` 0.280.72 1``7/8``3/4`` 0.200.230.57 → → → 32 7/8``3/4`` 0.350.65 1``7/8``3/4`` 0.230.260.51 → → → 38 7/8``3/4`` 1``7/8``3/4`` → → → 0.350.65 0.260.300.44 45 7/8``3/4`` 0.410.59 1``7/8``3/4`` 0.310.350.34 → → → 51 7/8`` 1``7/8`` 0.400.60 → → → 57 ↓ ↓ 1`` 1`` 1`` 63 ↓ ↓ 1`` 1`` 1`` 70 ↓ 1`` 1`` 1`` 1`` 83 1`` 1`` 1`` 1`` 1`` 95 1`` 1`` 1`` 1`` 1`` 5.4.4 計(jì)算在給定的泵徑、沖程和沖次下的最大下泵深度 （1）初步確定上沖程的靜載荷 （23） 式中：—上沖程的最大加速度，，向上為正 （2）計(jì)算抽油桿的當(dāng)量截面積 （24） 式中：——各抽油桿的面積；—各抽油桿的比例； （3）計(jì)算最大下泵深度 （25） 將計(jì)算的圓整到一個(gè)偏小值（最小圓整單位為50m），確定L。 （4）重新計(jì)算，計(jì)算 （26） （27） 5.4.5 計(jì)算單井理論日產(chǎn)液量Q t/d （28） 5.4.6 計(jì)算工作扭矩、平衡扭矩、凈扭局及偏置角 TN＝TW－TR （29） 由于： （30） （31） 故有： （32） 式中：—扭矩因素；其值為： （33） —懸點(diǎn)載荷值； 上沖程 （34） 下沖程 （35） M—平衡扭矩，調(diào)試值； τ—偏置角，調(diào)試值； 在計(jì)算過程中，通過調(diào)試M及τ，使計(jì)算出來的凈扭矩TN滿足下述約束條件： ⑴、的正、負(fù)最大值均小于減速器的額定扭矩值； ⑵、的負(fù)值應(yīng)盡量小些； ⑶、上下沖程分別出現(xiàn)兩個(gè)的正峰值，其大小應(yīng)相等； ⑷、的均方根最小。 如果計(jì)算出來的最大凈扭矩TN大于選定減速器的額定扭矩TE，則令： ，，重復(fù)上述步驟，直到滿足要求為止。 5.4.7 算實(shí)際沖程和實(shí)際產(chǎn)量 （36） （37） （38） t/d （39） 式中： ，，， 5.4.8 計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率 （40） 式中：—凈扭矩的均方根值，可按下式計(jì)算： （41） 電動(dòng)機(jī)的總效率，可取0.6 如果計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)功率P大于選定電動(dòng)機(jī)的額定功率，則令 （42） （43） 重復(fù)上述步驟，直到滿足要求為止。 作表5其內(nèi)容為值。 表5 以下是各扭矩計(jì)算結(jié)果 θ度 Tw Tr Tn Tf 0 -5765.585 -4025.965 -1739.62 -0.522617 14.54998 -0.018 2489.013 -2489.031 -0.000001 15 317.361 2690.123 -2372.762 0.016704 30 10778.96 9222.882 1556.082 0.569088 45 19795.93 15127.12 4668.811 1.05995 60 25940.61 20000.46 5940.145 1.420051 75 28861.04 23510.81 5350.224 1.617782 90 29187.07 25418.944 3768.133 1.667913 105 27854.64 25594.81 2259.832 1.612026 120 25610.92 24026.43 1584.486 1.1492711 135 22879.47 20820.69 2058.782 1.338851 150 19787.1 16196.06 3591.039 1.162005 165 16199.66 10467.69 5731.977 0.956789 180 11730.28 4025.964 7704.315 0.700342 195 5796.412 -2690.122 8486.534 0.352458 206.4258 0.004 -7707.09 7707.094 0 210 -1190.333 -9222.886 8032.553 -0.12668 225 -6640.828 -15127.12 8486.293 -0.713187 240 -12061.9 -20000.46 7938.567 -1.272084 255 -16310.71 -23510.81 7200.106 -1.667192 270 -18818.02 -25418.94 6600.918 -1.871112 285 -19698.49 -25594.81 5896.313 -1.918171 300 -19234.87 -24026.43 4791.563 -1.842028 315 -17595.7 -20820.69 3224.99 -1.660067 330 -14814.24 -16196.05 1381.814 -1.377591 345 -10859.93 -10467.68 -392.246 -0.955944 360 -5765.573 -4025.962 -1739.612 -0.522616 圖11 工作扭矩、平衡扭矩、凈扭矩圖 以下是重要計(jì)算結(jié)果 游梁的最大擺角為： 48.173（度） 理論沖程： 3.6(米) 實(shí)際沖程： 1.1324 (米) 上沖程的最大加速度Aa為： 0.839987（米/秒2） 上沖程最大加速度位置： 15.0（度）附近 最大下泵深度H為： 4164.36（米） 日產(chǎn)油量為： 47.894 (t/d) 實(shí)際產(chǎn)量為： 14.794 (t/d) 最大掛重： 14903.3（公斤） 計(jì)算電機(jī)功率為： 55.000（千瓦） 最大載荷： 17128.8（公斤） 最大平衡扭矩為 230.60 （千牛米） 最大凈扭矩為： 70.87 （千牛米） 均方根扭矩為： 39.39 千牛米） 5.5 主要構(gòu)件的受力計(jì)算 5.5.1 建立力學(xué)模型 圖12 偏置式抽油機(jī)受力分析簡(jiǎn)圖 5.5.2 計(jì)算 （44） （45） （46） （47） （48） （49） （50） 5.5.3 計(jì)算工作扭矩 即： （51） 從上面的一系列受力計(jì)算公式中可以看出： 1）懸點(diǎn)載荷是對(duì)各桿件和節(jié)點(diǎn)受力大小影響最大的因數(shù)。因?yàn)閼尹c(diǎn)載荷是變化的，所以各個(gè)桿件和節(jié)點(diǎn)的受力也是變化的。 2）因?yàn)樵谑芰τ?jì)算公式中包括各個(gè)桿件長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)角及懸點(diǎn)的加速度，所以，各桿件和節(jié)點(diǎn)的受力大小在一定程度上取決于抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)。 作表6,其內(nèi)容為。 表6 各桿件及節(jié)點(diǎn)的受力值 θ度 W FL FX FY Fq 0 11032.15 16070.45 5035.44 30237.33 -15259.8 14.54998 18998.22 27916.38 7013.29 52922.17 -27916.4 15 18999.5 27926.89 6959.92 52951.99 -27925.5 30 18940.77 28100.63 5085.71 53563.96 -26474.7 45 18676.28 27814.97 3182 53254.93 -21780.2 60 18267.38 27101.58 1553.07 52123.08 -14856.2 75 17839.88 26222.39 459.2 50666.98 -7205.83 90 17499.16 25490.9 11.8 49438.56 13.47034 105 17279.28 25131.32 204.81 48771.23 6329.109 120 17157.31 25271.95 997 48771.02 11780 135 17088.88 25999.21 2367.74 49427.06 16644.24 150 17028.42 27395.66 4337.33 50690.33 21261.44 165 16931.28 29532 6956.9 52476.98 25920.64 180 16749.37 32380.98 10244.79