机械毕业设计8API抽油机设计说明书Word格式.docx
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我国的减速器齿轮都是双圆弧齿轮,API标准中的减速器齿轮均是渐开线齿轮。
但为了与我国的标准进行统一,本设计采用双圆弧齿轮,并且对于SY/T5795-1993《游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸》中没有列出的减速器(如JSQ—4.5,JSQ—3.0,JSQ—146)我们将按照通用减速器的标准进行设计。
抽油机的装机功率是抽油机在指定工况下工作时的最大消耗功率,再考虑一定的储备系数(1.15),即可确定其装机功率。
表一给出了58种API抽油机总体参数。
表163种API常规抽油机的总体参数规划
序号
抽油机型号
减速器额定扭矩(in-lb)
承载能力(lb)
冲程长度(in)
冲程长度(m)
冲次数(min-1)
装机功率(kW)
英制
米制
1
C912-427-216
912000
42700
216
CYJ19-105-5.5
5.5
4.8
4.2
3.0
5.0
7.0
75.0
2
C912-470-240
47000
240
CYJ21-105-6.0
6.0
5.4
4.5
3
C912-427-192
192
CYJ19-105-4.8
3.6
4.0
8.0
55.0
4
C912-305-192
30500
CYJ14-105-4.8
5
C912-365-168
36500
168
CYJ16-105-4.2
9.0
6
C912-305-168
CYJ14-105-4.2
7
C912-427-144
144
CYJ19-105-3.6
3.2
2.7
10
8
C640-305-192
640000
CYJ14-73-4.8
9
C640-305-168
CYJ14-73-4.2
45.0
C640-365-144
CYJ16-73-3.6
11
C640-305-144
CYJ14-73-3.6
12
C640-256-144
25600
CYJ12-73-3.6
13
C640-305-120
120
CYJ14-73-3.0
2.5
2.1
14
C456-305-168
456000
CYJ14-53-4.2
15
C456-305-144
CYJ14-53-3.6
16
C456-256-144
CYJ12-53-3.6
17
C456-365-120
CYJ16-53-3.0
37.0
18
C456-305-120
CYJ14-53-3.0
19
C456-256-120
CYJ12-53-3.0
20
C320-256-144
320000
CYJ12-37-3.6
21
C320-256-120
CYJ12-37-3.0
22
C320-213-120
21300
CYJ10-37-3.0
23
C320-305-100
100
CYJ14-37-2.5
1.8
30.0
24
C320-256-100
CYJ12-37-2.5
25
C320-213-86
86
CYJ10-37-2.2
2.2
1.9
1.6
26
C228-213-120
228000
CYJ10-26-3.0
27
C228-173-100
17300
CYJ8-26-2.5
28
C228-246-86
24600
CYJ12-26-2.2
29
C228-213-86
CYJ10-26-2.2
30
C228-200-74
20000
74
CYJ9-26-1.9
1.4
22.0
31
C228-173-74
CYJ8-26-1.9
32
C160-173-86
160000
CYJ8-18-2.2
33
C160-200-74
CYJ9-18-1.9
34
C160-173-74
CYJ8-18-1.9
35
C160-143-74
14300
CYJ6.5-18-1.9
36
C160-173-64
64
CYJ8-18-1.6
1.1
37
C114-119-86
114000
11900
CYJ5.5-13-2.2
38
C114-143-74
CYJ6.5-13-1.9
39
C114-173-64
CYJ8-13-1.6
40
C114-143-64
CYJ6.5-13-1.6
41
C114-133-54
13300
54
CYJ6.0-13-1.4
0.9
42
C80-119-64
80000
CYJ5.5-9.0-1.6
18.5
43
C80-133-54
CYJ6-9.0-1.4
44
C80-119-54
CYJ5.5-9.0-1.4
45
C80-133-48
48
CYJ6-9.0-1.2
1.2
0.6
46
C80-109-48
10900
CYJ5-9.0-1.2
47
C57-76-54
57000
7600
CYJ3.5-6.5-1.4
15.0
C57-109-48
CYJ5-6.5-1.2
49
C57-95-48
9500
CYJ4.5-6.5-1.2
50
C57-89-42
8900
CYJ4-6.5-1.0
1.0
0.8
51
C57-76-42
CYJ3.5-6.5-1.0
52
C40-76-48
40000
CYJ3.5-4.5-1.2
11.0
53
C40-89-42
CYJ4-4.5-1.0
C40-76-42
CYJ3.5-4.5-1.0
55
C40-89-36
CYJ4-4.5-0.9
0.7
0.5
56
C25-67-36
25000
6700
CYJ3-3.0-0.9
7.5
57
C25-56-36
5600
CYJ2.5-3.0-0.9
58
C25-53-30
5300
CYJ2.4-3.0-0.75
0.4
在上表规划结果中,每一种型号的给出了三个冲程(对于长冲程抽油机,一般都有四个冲程长度)和三个冲次,为进一步的结构设计作准备;
同时,为了实现低冲次,并且满足使用要求,减速器均设计成二级减速器,相应的采用Y自系列的6级、8级或10级电动机。
三、尺寸规划及计算结果
游梁式抽油机四连杆机构的尺寸决定了其运动性能、动力性能及其能耗。
长期以来,游梁式抽油机四连杆机构尺寸的确定成为许多学者和设计人员的研究对象。
在这方面,已有大量的文章见诸于各个专业杂志上,其中,有不少的文章是关于游梁式抽油机四连机构参数的优化设计,文献[1]、[2]、[3]、[4]从不同的角度论述了抽油机四杆机构的尺寸优化设计问题。
这些优化计算的结果都是对一个单一的抽油机机构模型而进行的,对于API抽油机系列设计来说,如果对每一种型号的抽油机按照优化设计的方法进行设计,那么,可能得到的结果是每一种抽油机的四杆机构的尺寸都是相互独立的,并且与另一种相近型号的抽油机没有多大的关联,这样做,不仅设计、绘图的工作量很大,而且加工的零件也很多,工装夹具的数量也不少,相应的每一台抽油机的制造成本就较高了。
对于系列化设计而言,应当更主要地体现规模化设计的特点,即:
设计工作量小,工装夹具少,加工成本低,产品通用性好等优点,只有这样,才能降低产品制造成本,满足出口用户的定货需求,即:
数量少,规格多。
为此,我们的设计原则是:
在优先保证四杆机构尺寸数量最少的条件下,再考虑每一种四杆机构尺寸的最优性能,同时,还应考虑由于抽油机型号的不同,从而使用不同的轴承座对抽油机四杆机构尺寸的影响。
图1为游梁式抽油机四连杆机构的尺寸示意图,在图中,H为抽油机底座底平面至支架轴承中心的高度,它取决于抽油机的最大冲程长度,并决定抽油机的高度,其具体计算方法是:
H=Smax+Hc+Hh+0.2~0.25(m)
式中,Smax——最大冲程长度(m);
Hc——井口装置高度(m),一般为:
1.2~1.5(m);
Hh——悬强绳器高度(m),一般为:
0.35~0.4(m)。
A为游梁前臂长度,其大小取决于冲程长度和游梁的摆角,值得说明的是,前苏联和我国都是采用大摆角(约1弧度),而美国则是采用小摆角(一般为44°
~46°
),大摆角抽油机的特点是结构紧凑,但动力性能差,扭矩特性差,能耗高;
大小摆角抽油机的特点是结构庞大,但动力性能好,扭矩特性好,能耗低。
在本次设计中,采用游梁小摆角设计。
具体来说,当冲程长度小于4.2m(含4.2m)时,游梁的摆角为44°
;
当冲程长度大于4.2m时,游梁的摆角为51°
~53°
。
G为减速器输出轴中心线至底座底平面的距离,其大小决定了抽油机曲柄的长短,从而影响平衡块的重量,G越大,曲柄长度越长,在同一平衡扭矩的条件下,平衡块越轻。
由机架K、曲柄R、连杆P及游梁后臂C构成曲柄摇杆机构我们称之为曲柄连杆机构,其尺寸的大小及分配决定了抽油机的运动性能、动力性能及其能耗。
在设计和规划曲柄连杆机构尺寸时,先以减速器输出轴净扭矩的最大波动值为目标函数,优化出一组曲柄连杆机构的尺寸,再以该尺寸为基础,考虑各种型号抽油机之间的相互关联,从而确定其它相邻型号抽油机曲柄连杆机构的尺寸。
按照API抽油机规范[5](APISEPC11E)之规定,58种不同型号的常规抽油机四连杆机构的尺寸结果列于表2中。
表二、58种API系列常规抽油机几何尺寸表
UNIT
A
C
I
P
H
G
H-G
R
S
R1
R2
R3
R4
S1
S2
S3
S4
912-427-216
(19-105-5.5)
6600
3460
3505
5095
8510
3430
5080
1400
1200
1000
5556
4803
4067
912-470-240
(21-105-6.0)
1530
1330
1130
930
6094
5330
4589
3865
912-427-192
(19-105-4.8)
3050
3770
6650
2820
3830
1350
1150
950
750
4907
4209
3535
2879
912-305-192
(14-105-4.8)
912-365-168
(16-105-4.2)
1190
1010
830
4317
3732
3166
912-305-168
(14-105-4.2)
912-427-144
(19-105-3.6)
4570
3697
3199
2714
640-305-192
(14-73-4.8)
640-305-168
(14-73-4.2)
640-365-144
(16-73-3.6)
640-305-144
(14-73-3.6)
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