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根据抽油机皮带传动特点和力学分析,建立了一种简便的皮带传动效率计算模型,为分析抽油机瞬时工作参数提供了理论支持;
重新定义了周期载荷系数计算储电动机额定功率,并以常规游梁式抽油机、调径变矩式抽油机为例,编写计算机程序,实现了重要参数的计算,并绘出关键曲线,由此比较得出了节能抽油机的优点。
文中还对其他节能抽油机进行了简要介绍。
关键词:
速度;
加速度;
扭矩;
周期载荷系数;
调径变矩式
英文名称
ABSTRACT
Inthispaperbasedontheuniquegeometryandmechanicalmovementofbeampumpingunit,wehavepresentedasimpleswingequationandcomputedmotorialparameter;
meanwhileundertheconditionsofthestaticloadandinertialloadofthepolished-rodofaconventionalpumpingunit,wehavealsopresentedonequivalentdynamicmodelofthepumpingunitsystemandthetype-curvesofnettorqueofthecrankshaftwiththecharacteristicofinertialcounterbalancehavebeencomputed;
Basedonfeaturesandmechanicalanalysisofbelt,asimplemodelforcalculatingbelttransmissionefficiencyisdevelopedthemodelcanprovideatheoreticalbaseforstudyontheothertransientvariableofbeampumpingunit;
thecyclicloadingcoefficientsisdefinedonceandcomputethenominalPowerofthemotor;
atlastwecomparethebeampumpingunitandtheadjustablediameterandchangeabletoquepumpingunit,basedonthisaprogramhavebeenfinished,andwealsointroduceotherpowersavingpumpingunits.
Keywords:
velocity;
acceleration;
toque;
thecyclicloadingcoefficients;
adjustablediameterandchangeabletoquepumpingunit
目录
第1章前言·
·
1
1.1国内外油田抽油机的现状·
1.2游梁式抽油机的节能方法·
第2章游梁式抽油机地面能耗分析·
2
2.1游梁式抽油机·
2.2抽油机悬点运动规律·
2.2.1游梁摆动方程的建立·
3
2.2.2悬点运动位移·
4
2.2.3悬点运动速度·
第3章地面能耗分析软件的编制与应用·
5
3.1油井数据·
3.2地面设备数据·
第4章结论·
7
致谢·
8
参考文献·
9
附录·
10
第1章前言
1.1国内外油田抽油机的现状
抽油机分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。
游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、可靠性高、工作持久、适应工况条件好等优点,在采油工业发展的初期被大量的应用;
但游梁式抽油机也存在不足之处,如效率低下、用电成本高等缺点。
无游梁式抽油机有长冲程无游梁抽油机等,它具有功率因数高、效率高等优点,所以抽油机的发展方向是无游梁式抽油机[1]。
1.2游梁式抽油机的节能方法
引起游梁式抽油机电机负载效率低的原因主要有以下几个方面:
(1)游梁式抽油机的电机是带负载起动,因此起动时所需的起动电流很大,功率因数很低,对电动机的功率要求比较大。
(2)游梁式抽油机的输出功率是周期性变化的,因而其驱动电机的电流也是周期性变化的。
在选择电动机时,为了保证不超过允许的温度,电机的额定电流需要取电机运行过程中的最大值,相应地,对电动机额定功率的需求也就越高。
(3)要准确地选取一台抽油机的驱动电动机容量,需要测量大量数据,往往很难做到,而且如何对抽油机电机容量的选择计算还没有一个统一、准确的计算公式,因此大多数情况下都采用估算的方法来选择配套电机的功率,一般留有较大余量。
第2章游梁式抽油机地面能耗分析
2.1游梁式抽油机
抽油机是有杆深井泵采油的主要设备。
游梁式抽油机主要由游梁-连杆-曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置等四大部分组成。
工作时,动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴,带动曲柄作低速旋转。
曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。
挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动(见图2-1)。
图2-1抽油机结构简图
1—刹车装置2—电动机3—减速箱皮带轮4—减速箱5—输入轴
6—中间轴7—输出轴8—曲柄9—连杆轴10—支架
11—曲柄平衡块12—连杆13—横梁轴14—横梁15—游梁平衡块
16—游梁17—支架18—驴头19—悬绳器20—底座
2.2抽油机悬点运动规律
游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆,以曲柄、连
杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连杆机构(见图2-2)。
图2-2游梁式抽油机示意图
游梁式抽油机悬点运动的位移、速度和加速度,是抽油机结构设计及力学分析的重要运动参数。
目前,常用的简化方法只能给出其近似解,不能满足精确计算的需要。
游梁式抽油机四连杆机构的几何关系和运动特点,通过建立游梁摆动方程,得出求游梁式抽油机悬点运动参数的一种方法。
2.2.1游梁摆动方程的建立
假定曲柄由12点钟位置开始沿顺时针方向做匀速圆周运动。
在△OBD中(见图2-2),根据余弦定理:
(2-1)
其中(2-2)
式中为任意时刻游梁摆角,即游梁后臂雨Y方向的夹角;
为任意时刻J和Y轴方向的夹角;
为曲柄转角,它等于角速度与时间t的乘积,即。
由式(2-1)得:
(2-3)
式(2-3)即为游梁摆动方程。
和均为的函数,因此也只为的函数,易于求解。
2.2.2悬点运动位移
游梁绕支点O摆动时因其前、后臂的角位移相等,故任意时刻悬点位移为:
(2-4)
式(2-4)即为任意时刻悬点位移表达式。
由于对于某一给定型号的抽油机是一常数,因此只是的函数。
给定值,便可计算出悬点位移。
2.2.3悬点运动速度
将式(2-3)两边同对时间t求导数,得游梁摆动的角速度:
(2-5)
式中和分别为和对时间的导数,分别由式(2-3)和式(2-4)求得为:
(2-6)
(2-7)
第3章地面能耗分析软件的编制与应用
3.1油井数据
现场提供的油井数据见表3-1所示。
表3-1部分油井生产参数
井名
动液面
(m)
下泵深度
油层中深
日产液
(t/d)
H15-1
1040
1555
2154
32
H15-5
1020
1543
2143
35
H15-6
1031
1549
2146
30
H15-9
1045
1563
2162
27
3.2地面设备数据
计算分析过程中,采用的抽油机型号为江汉石油机械厂生产的CYJ8-3-48B型抽油机,电机型号为YH225
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