LS论文Word文件下载.docx
- 文档编号:20223262
- 上传时间:2023-01-21
- 格式:DOCX
- 页数:30
- 大小:170.17KB
LS论文Word文件下载.docx
《LS论文Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《LS论文Word文件下载.docx(30页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Eventually,afinalsummaryofthedissertationwasprovided.
KEYWORDS:
partialwheelpumpingunit,thestructuredesign,mechanicsanalysis,modernprocessingmanufacturing
目录
摘要I
ABSTRACTII
第1章概述2
§
1.1抽油机概述2
1.2抽油机的分类2
1.4抽油机节能技术综述4
第2章偏轮抽油机的详细结构6
2.1偏轮抽油机概述6
2.3偏轮抽油机具体结构装置介绍8
2.3.1吊绳与悬绳器装置8
2.3.2游梁与驴头8
2.3.3偏轮、中央轴承座及操纵杆10
2.3.4横梁与连杆11
2.3.5减速器12
2.3.6曲柄装置和曲柄销装置13
2.3.7动力机13
2.3.8刹车装置和刹车安全装置14
2.3.9支架和底座14
第3章偏轮机运动动力特性及扭矩曲线分析15
3.1运动、动力特性分析15
3.2扭矩曲线分析16
第4章偏轮抽油机设计分析计算17
4.1悬点运动规律18
4.1.1数学模型和几何关系18
4.1.2悬点位移的计算19
4.1.3悬点速度与加速度计算20
4.1.4扭矩因数计算20
4.2曲柄旋转运动的有关计算20
4.2.2曲柄销处的向心加速度21
4.3悬点载荷的分析21
4.3.1悬点载荷的主要构成因素21
4.3.2悬点静载荷的计算21
4.3.3悬点动载荷的计算22
4.3.4悬点最大载荷与最小载荷22
4.4抽油机的平衡计算23
第5章偏轮抽油机的性能计算软件24
5.1偏轮抽油机性能计算软件介绍24
5.2详细的性能参数计算24
5.2.1偏轮机参数的计算24
第6章CAD/CAE/Pro/E在偏轮抽油机中的应用介绍28
6.1CAD/CAE/CAM的简单介绍28
6.2国内外CAD软件的应用介绍29
6.3Pro/E在偏轮抽油机中的应用介绍29
6.3.1系统主要功能..................................................................................................29
6.3.2参数化设计功能29
6.3.3产品分析功能30
6.3.4实际应用30
结论32
参考文献33
致谢34
前言
本文针对偏轮抽油机在使用中出现的问题,对偏轮机的结构进行了介绍,并对设计更改前后的结构进行了对比;
然后对偏轮抽油机数学模型的建立、几何关系的推导、运动与动力特性的研究等方面重新进行了总结;
进而对偏轮机做了全面的力学分析.本文介绍了偏轮抽油机专用计算软件,并以CYJP12-4.8-53HB抽油机为模型进行了计算;
同时本文对pro/e软件建模、组装、分析等功能进行了简单介绍,用CAD/CAE/CAM的方法对偏轮游梁抽油机的设计进行了虚拟制造,并对关键件做了应力计算,取得了良好的效果.在上述正确理论的指导下,对有故障的结构进行了重新设计,使偏轮机的可靠性得到保证。
第1章概述
1.1抽油机概述
目前我国大多数油田已相继进入了开发的中后期,油田逐渐丧失自喷能力,基本上己从自喷转入机采。
80年代初,我国拥有机采油井2万口,占总油并数的57.3%,机采原油产量占总产量的27%。
2000年我国油气田共有抽油机采油井约8万口,占油田总井数的90%。
在这些机采油井中,采用抽油机有杆式抽油的占90%,采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油的只占10%。
近几年,随着稳油控水和节能的要求不断提高,各种型式的节能型抽油机和长冲程抽油机的数量不断增加。
由此可见,抽油机在各油田的原油生产中有着举足轻重的地位,并且随着油田的进一步开发,各种新型节能抽油机将会得到广泛地推广和应用。
抽油机由电动机、减速器和四连杆机构(包括曲柄、连杆和游梁)等组成是一种把原动机的连续圆周运动变成往复直线运动,而通过抽油杆带动抽油泵进行抽油的机械设备。
在近百年的发展过程中,各种类型的抽油机层出不穷,其中就国内常用的52种,国外游梁式抽油机49种,无游梁式抽油机60种。
国内外每年都有许多新的机型不断推出。
1.2抽油机的分类
目前,国内外使用的抽油机有很多种,总体上可分为:
游梁式和无游梁式。
游梁式抽油机具体分类如下:
按结构型式可分为:
常规型、前置型、偏置型、斜井式、低矮式、活动式;
按减速器传动方式可分为:
齿轮式、链条式、皮带式、行星轮式;
按驴头结构可分为:
上翻式、侧转式、分装式、整体式、旋转式、大轮式、双驴头式、异驴头式;
按平衡方式可分为:
游粱平衡Y,曲辆平衡B、亘古平衡F、天平平衡T、液力平衡、气动平衡、差动平衡;
按驱动方式可分:
曹通异步电机驱动、多速异步电机驱动、变压异步电机驱动大转差率电机驱动.超过转差率电机驱动、天然气草动机驱动、柴怕机驱动。
无游粱式抽油机,因其机理不同,结构各异,尚无确定的分类方法和准则,一般可分为;
低矮式:
其特点是整机低矮;
滚筒式(沉入式):
其特征是无曲柄连杆机构,以绞车滚筒为主体,其上缠绕柔性件.一端悬挂抨泵,一端悬挂平衡重。
悬绳器和平南重均沉没于地下,故这种抽油机又称沉入式或鼠洞式抽油机;
塔架式:
其特点是具有高耸的立架,类似钻机井架。
塔架高度与冲程t主度相谐;
常规式:
其特点是具有带传动、减速器的曲柄连杆机构,以实现悬点的往复直线运动及换向;
缸式抽油机:
其特点是以压力油缸或气动柱塞来驱动杆系上下往复运动;
增程式(卫称增距式):
其特点是具倍升机构,以实现悬点冲程的放大;
链条式:
真特西是以链条传动来传递动力;
皮带式:
其特点是以皮带传动来传递动力;
绳索式:
其特点是以钢丝绳来传递动力;
此外,还有许多其它型式的无游梁抽油机。
1.3国内外抽油机的发展概况
抽油机的产生和运用自来巳丸,迄今已有百年历史。
应用最早普及最广的属常明1型游梁式抽油机,至今在世界各产油国中仍占绝对优势。
结构简单、可靠性高、操作维修方便是其经久不衰的根本原因。
然而,随着油田的不断开发,要求抽油机具有位冲程、大负荷、能耗低、体积小、重量轻等性能特点来满足目益发展的油田开发的需要。
70年代以来,技术有了突破性进展,各种新型的抽油机相继研制成功,投入生产。
目前,国外至少有30家公司,国内至少有20家厂、院、校、所,在专门研究制造新型抽油机。
随着油田的开发,抽油机的投入量日益增加。
发展高效、节能、可靠性高的抽油机是石油机械装备工业的当务之急,也是生产厂家始终追求的目标。
国外在抽油机的开发上投入精力比较多,研究的时间也比较早。
除大量开发生产游梁式抽油机外,国外一些科研和制造公司正在研制和推出各种非传统型号的抽油机。
我国抽油机设计制造发展也很快,吸取了前苏联和美国API标准的优点,依据我国油田开发的特点,逐步形成了我国抽油机的新系列。
1.4抽油机节能技术综述
有杆式机械采油使用范围广.投放数量多,能源消耗大,开展抽油机节能技术研究,对于我国石油工业发展具有重要的现实意义和极大的深远影响.我国拥有抽油机2.7万台,国产三抽效率平均为20%左右,最高也不超30%.如果能将效率提高10%.则每年将节省电能3亿度,经济效益上亿元,这是一笔相当可观的数字.节省的电能可以增开2000台抽油机,可以有效缓解油田电力供应不足.抽油机节能技术潜力很大,节能措施多种多样,归纳起来主要有以下几种方法:
一、改进结构型式
采用前置式抽油机,前置式抽油机相比同级常规抽油机节能31.9%—39.6%,偏置式抽油机具有偏置曲柄,或称异相曲柄。
由于曲柄中心线与平衡重中心线偏移一定的相值角,可以缓解峰值扭矩.另外,由于曲柄中心至主架中心的水平距离大于游梁后臂桂度,具有急回特征,上冲程曲柄转角(192°
)大于下冲程曲柄转角(168°
),试验结果表明,偏置式抽油机比同级常规抽油机节电23%。
二、采用节电驱动设备
(1)节能拖动装置(CJT系列)
(2)YCH型超高转差率电机(JHS电机〉
(3)甚高转差率电动机
(4)高压高流异步电动机
(5)天然气发动机
(6)SCR装置
三、采用节能监控装置
(1)多功能程控装置
(2)间抽定时控制装置(抽空控制器)
四、采用节能传动元件
(1)窄V带传动
(2)同步带传动
五、改进平衡方式
(1)气动平衡
(2)天平平衡
六、推广长冲程无游梁抽油机
无游梁抽油机的最大优点在于它没有笨重的游梁,大大降低运动系统的惯量,从而降低运动系统惯性负荷.无游粱抽油机容易实现长冲程.相对损失小,有效冲程大.长冲程抽油机的相对冲次较低,大大降低运动系统的加速度,不但可提高泵效,还可提高三抽系统的工作寿命.
七、改造三抽系统部件
采用轮式抽油杆导向器,采用空心抽油杆和玻璃钢抽油杆,采用整体长筒抽油泵,采用减震式悬绳器等部件,都可提高三抽系统工作效率,达到节能目的。
第2章偏轮抽油机的详细结构
2.1偏轮抽油机概述
该机是在普通游梁式抽油机后臂增设两根杆件,其端部分别与游梁后端、连杆和机构铰构成一种六连杆机构游梁抽油机。
这种结构改善了游梁抽油机的平衡效果,使减速箱输出扭矩的峰值大幅度下降,从而达到降低电机额定功率和节能的目的。
偏轮抽油机具有独特的六连杆机构,它在游梁尾部装一独特的偏轮,偏轮与游梁中心支架之间增设操纵杆,偏轮与游梁尾部、横梁、操纵杆之间及操纵杆与游梁中心支架之间采用轴承副硬联接.偏轮式抽油机工作时,曲柄依次带动连杆、横梁、偏轮、操纵杆和游梁.偏轮相对游梁摆动,其摆动规律由推杆确定,即偏轮相对于游梁做行星运动.游梁后臂的有效长度和游梁的摆角速度随曲柄转角的变化而变化,游梁后臂的变化规律与悬点载荷的变化规律基本一致,即接近正弦规律,且与曲柄平衡转矩对应,曲柄轴净转矩波动较小.另外,偏轮机利用“慢提快放”的节能原理,增大极位夹角,改变抽油机的运动。
2.2偏轮抽油机结构特点
偏轮抽油机特点是:
该抽油机是在常规游梁抽油机的基础上,在游梁尾部配置一偏轮,以偏轮为中心形成-六连杆机构,能很好地改善抽油机的运动性能。
在相同工况下,与常规抽油机相比:
1、悬点动负荷减小最大线速度小;
2、减速箱输出扭矩减小30%-50%;
3、节能37%以上;
4、所配电网容量减少30%以上。
抽游机主要结构有底座、支架、悬绳器、驴头、游梁、操纵杆、连杆、曲柄销装置、曲柄装置、减速器、刹车保险装置、刹车装置、电动机。
图2-1偏轮抽油机结构简图
由图2-1可见,偏轮机是一种独特的六连杆桃构,它在特殊游梁的尾部装加一独特的偏轮,偏轮与特殊的中央轴靡之间增设一副操纵杆,偏轮与游梁尾部、横梁、操纵抒之闽,以及操纵杼与中央轴座之间均采用轴承副硬连接。
工作时,曲柄带动连杆、横梁、偏轮、操纵杆及游梁一起运动,在此运动中,游梁摆动角速度受到连杆撼动及操纵杆运动的双重制约而不断变化,游粱有效后臂长度(游梁摆动中心与横梁摆动中心连线距离)也不断变化,这就有效地调整了其扭矩因数。
同时由于其突破了四连杆机构的局限性,从而使其游梁摆角增大,结构紧凑,容易实现长冲程。
2.3偏轮抽油机具体结构装置介绍
2.3.1吊绳与悬绳器装置
由钢丝绳与绳头锁紧装置构成吊绳总成。
毛辫子所用的钢丝绳,应选用韧性好的不旋转钢丝绳,绳头锁紧装置采用带锥孔的钢套,将钢丝绳穿入后使钢丝散开,并逐根回弯后用锌浇实。
使用时,将毛辫子挂在驴头的拴绳器上,两绳头端连接在悬绳器上。
悬绳器是抽油机悬吊光杆负荷的装置,它由上体和下体等组成,在其下体上装有两个顶丝(又称千斤顶),如图2-2所示。
图2-2吊绳与悬绳器装置
悬绳器的上下体之间所留的空间,可供在油井测试时安装动力仪,其下体上的两个小千斤顶,在安放动力仪时用来升降上体,平时应把两个小千斤顶调到最低点的不受力位置。
悬绳器按其结构可分为“死悬绳器”和“开口悬绳器”两种,偏轮抽油机采用开口悬绳器。
“开口悬绳器”在悬绳器与悬吊绳、光杆的连接处,采用孔形结构,槽口处装有可拆装的封口装置,使用时钢丝绳和光杆都可以采用穿装的方式,也可以采用开口处放入的形式与悬绳器连接。
“开口悬绳器”比较适合现场应用的特点,深受用户欢迎。
2.3.2游梁与驴头
游粱要有足够的强度和刚度,它是主要的动力传输件之一。
它的主体是用钢板组焊而成的方箱结构,它由直梁、竖梁、竖座、中央人字腿、加强板及前连接板等部分组成,在竖梁方箱中有游粱平衡重。
游梁的前端与驴头用四个销子连接,中间的中央人字腿与支架顶部的中央轴承座连接,游梁尾部的竖座与偏轮的一个轴连接。
游梁在现场使用中是主要出故障的部件之一,经常在竖梁处开焊;
在加强板的直梁端撕裂。
经过力学分析,我们分别采取了加大方箱结构尺寸;
加厚板材;
在竖梁中加平衡重、加长加强板的水平尺寸等措施对其结构进行了调整,取得了好的效果。
具体结构如图2-3游梁结构示意图所示:
图2-3游梁结构示意图
驴头是把游梁的摆动变成往复直线运动的装置,是一个用来转换运动形式的,并以中央轴承旋转中心为圆心的圆弧体。
驴头可用钢板与型钢组焊而成。
驴头的圆弧面半径(即抽油机的前臂长),不宜过大也不宣过小,一般应根据抽油机的结构和悬点载荷等因素综合考虑。
驴头圆弧面的长度应大于该抽油机的最大冲程长度,以防抽油机在最大冲程工矿工作时,驴头圆弧面的端头切毛辫子。
偏轮机的驴头为侧转式,如图2-4侧转式驴头示意图;
图2-4侧转式驴头示意图
2.3.3偏轮、中央轴承座及操纵杆
偏轮是偏轮机的重要传动动力部件,应有足够的强度与刚度。
偏轮三孔的位置直接影响整机的运动与动力特往,必须进行合理优化。
它的壳体采用铸钢件,壳体上有三个孔,分别装配相应的轴承与轴,三组轴承与轴分别与游粱、横梁及操作杆连接。
如图2-5所示。
图2-5偏轮示意图
中央轴承座总称是驴头和操纵杆的摆动中心,它的壳体是铸钢件,壳体上有两个孔,两个孔的位置对整机的性能也有重要的影响,必须合理优化。
在两个孔内分别配装相应的轴承和轴,两组轴承与轴分别与游梁和操纵杆连接。
操纵杆是一副,由两端的杆头与中间的钢管组焊而成。
由于它的旋转运动才改变了悬点运动规律与偏轮机的特性。
具体结构如图2-6所示。
图2-6操纵杆结构示意图
2.3.4横梁与连杆
横梁和连杆均是抽油机的动力传输构件。
一般横梁均采用钢板或型钢组焊而成,是把两个连杆的驱动力合为一处而带动操纵杆与偏轮、游梁一起工作的梁式构件。
在横梁的中下部焊有板凳腿,以和偏轮的一个轴连接,在横梁的两端有销孔以便和连杆连接。
偏轮机的横梁最早也是焊接结构,由于杆件尺寸的限制使横梁工字钢中心部位开了方孔,这样就造成结构件刚度低的结果,在现场使用中出现扭曲现象。
因此,我们将带方孔的横梁改为整体铸钢件,克服了刚度低的缺点,满足了现场的需求。
具体结构如2-7所示。
图2-7横梁结构示意图
连杆是把曲柄的连续圆周运动变为驴头的往复直线运动的主要构件之一,连杆采用无缝钢管与连杆大小头组焊而成,其组焊焊缝应进行探伤检验。
连杆小头与横梁销孔连接,连杆大头与曲柄销总成连接。
具体结构如图2-8所示。
图2-8连杆结构示意图
2.3.5减速器
减速器是把动力机的高速转动变为抽油机所需要转速的装置。
在抽油机中,它有减速和增扭矩的作用。
根据减速比的要求,减速器多采用两级或三级齿轮传动,其齿轮多采用双圆弧或渐开线齿形,减速器的额定扭矩和输出轴的转速应符合抽油机基本性能参数的要求。
减速器的润滑油多采用极压型工业齿轮油,考虑到气温的影响,一般在冬季采用标号小一些的齿轮油,夏季采用标号大一些的齿轮油。
减速器中,大齿轮靠油池浸油润滑,小齿轮靠大齿轮所带的油进行润滑:
高速轴的轴承靠齿轮油的飞溅润滑,低速轴的轴承则靠刮油板供油润滑。
减速器的输出轴头一般制造有两个键槽,在轴端方向看时两个键槽错开900,在减速器运转了一定的时间后,可将抽油机的曲柄从一个键槽调换到另一个键槽进行安装,以使减速器被动轴上的大齿轮的最大载荷转移到原来磨损程度较小的轮齿上,延长减速器的使用寿命。
减速器是抽油机传动件中的重要部件,也是抽油机加工量最大的部件,占整机机加工量的80%以上,它的加工精度、安装精度及齿轮的齿面硬度等都对减速器的可靠性与耐久性造成影响。
减速器在与偏轮机的配套使用中,也出现了一些问题,因此,我们在优选分供方的同时,并对厂家提出具体要求,解决诸如减速器蹿轴、漏油及下壳体根部开裂的问题。
2.3.6曲柄装置和曲柄销装置
曲柄装置主要由曲柄与平衡块两部分组成。
曲柄是一铸铁件,要求有一定.强度和刚度,曲柄上加工有齿条,借助摇把齿轮,可以调节平衡块。
曲柄上的位置,以求得最佳平衡工况,调节后除应紧固其固定螺丝必须在曲柄与平衡块间安装保险锁块。
在平衡块与曲柄配合面的附近铸有平衡块重心。
在调整和计算抽油机的平衡扭矩时,以平衡块的重心标志所对曲柄上的刻度做为平衡扭矩的力臂。
平衡块的结构形式可分为整体式和组合式两种,整体式平衡块即每个平衡块各是一个独立的整体,一般每台抽油机配两个曲柄与四块平衡块:
组合式平衡块即每块平衡块由若干片组合而成,与抽油机的配套形式同整体式平衡块。
还有一种重心可调式平衡块,这种平衡块上各装有一个可移动的重块,移动可调重块的位置,就相当于调整和移动了整个平衡块的折合重心的位置。
平衡块重心的调整,主要用于抽油机平衡扭矩相位的调节。
如图2-9曲柄装置示意图所示。
图2-9曲柄装置示意图
2.3.7动力机
偏轮机与常规抽油机相比,同规格、同型号的机型,偏轮机所需要的动力机要小的多。
目前应用最广泛的是鼠笼式三相异步电幼机。
偏轮机的驱动电机,安装在电机导轨上,电机导轨又安装在底座上,这样就保证了电动机在纵向和横向上的调节,以便对正和张紧传动皮带。
2.3.8刹车装置和刹车安全装置
刹车装置是一套由刚性杆件连接的刹车操纵杆机构和刹车制动机构的组合体,刹车操纵机构是一套具有位置锁定功能的人力或机、电操作的刹车力发出装置,它通常安装在抽油机底座上便于人力或机、电力操作的地方;
制动机构是安装在减速器输入轴端的完成刹车功能的刹车装置。
制动机构按其结构分为外抱式和内胀式两种,外抱式结构简单、造价较底,不易拆卸和破坏;
内胀式刹车结构较复杂,制动效果好并且不容易被破坏,但造价较高。
抽油机是一个运动惯性比较大的机械,在进行刹车时一定要平缓,切勿急刹,刹车操纵力应不大于150N。
刹车安全装置是为了保证抽油机在安装、调试和整机作业时的绝对安全而设置的保险装置。
该装置形似一个挂钩,安装在减遮器中间轴的端盖或外抱式刹车的固定销处。
在停机后除拉紧刹车外,一定要将刹车安全装置的挂钩(即保险琐块)放入刹车毂外缘的缺口内。
偏轮抽油机的刹车安全装置一般均采用外抱式刹车,具体结构如图2-10刹车及刹车安全装置示意图
图2-10刹车及刹车安全装置示意图
2.3.9支架和底座
支架是架高游梁、驴头的支架结构,采用型钢或钢板焊接而成。
支架由螺栓紧固在抽油机的底座上,在支架的项板上可安装中轴承座总成;
在支架顶部的两侧可安装平台;
在支架后退侧面上可安装一小平台,以做为偏轮的维护平台:
在支架的侧面焊有梯子,以便于攀登维护。
偏轮机的支架顶板与常规机的不同,它配有六个长条孔以与中央轴承座连接,并且板材厚度比常规机厚,四周焊角比常规机高。
底座是支撑抽油机的主要构件,俗称底盘或船形底座。
底座采用型钢和钢板组焊而成,应有足够的强度和刚度。
在抽油机安装时,用紧固件把底座固定在专用的混凝土基础上。
压杠紧固方式比较便于抽油机的安装和调整找正,但对抽油机固定的牢靠程度欠佳,且容易被拆卸和破坏;
地脚螺栓紧固方式牢靠程度高,切不易被认为地拆卸和破坏,但在抽油机安装和调整找正时,比较麻烦。
第3章偏轮机运动动力特性及
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- LS 论文
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)