畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì).doc

常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)1摘要常規(guī)型抽油機(jī)，是機(jī)械采油設(shè)備中問世最早，應(yīng)用最廣泛，結(jié)構(gòu)最簡單的設(shè)備。抽油機(jī)是石油工業(yè)中的一項(xiàng)重要組成部分，在抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)下，帶動(dòng)其他設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)油井的機(jī)械式開采。主要分為游梁式和無梁式兩大類。游梁式抽油機(jī)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、三角帶、曲柄、連桿、橫梁、游梁、驢頭、懸繩器、支架、撬座、制動(dòng)系統(tǒng)及平衡重組成。隨著時(shí)代的發(fā)展，對環(huán)保節(jié)能要求的不斷提高，在理論與實(shí)踐相結(jié)合的基礎(chǔ)之上，目前國內(nèi)外抽油機(jī)的總的發(fā)展趨勢是向著超大載荷，長沖程，低沖次，精確平衡，自動(dòng)化，智能化，節(jié)能化，高適應(yīng)性，無游梁長沖程方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)主要根據(jù)抽油機(jī)的四桿機(jī)構(gòu)（曲柄連桿橫梁游梁）的工作原理。本文介紹了常規(guī)抽油機(jī)工作原理與節(jié)能原理，以及設(shè)計(jì)過程中對抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與計(jì)算，闡述了這種設(shè)備的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。游梁式抽油機(jī)驢頭的懸點(diǎn)載荷標(biāo)志抽油機(jī)的工作能力的重要參數(shù)之一，而看它是否節(jié)能，其技術(shù)指標(biāo)是抽油機(jī)的電動(dòng)機(jī)實(shí)耗功率的大小及減速器的工作狀態(tài)。本設(shè)計(jì)全面概述了常規(guī)性抽油機(jī)的發(fā)展概況，抽油機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及其節(jié)能原理。另外，設(shè)計(jì)者對抽油機(jī)得幾何參數(shù)，運(yùn)動(dòng)參數(shù)，動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了全面的分析計(jì)算。此外，本設(shè)計(jì)不僅采用了計(jì)算機(jī)編程來計(jì)算抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，而且采用了AutoCAD繪圖軟件，并附有中英文對照資料。關(guān)鍵詞：常規(guī)型抽油機(jī)；懸點(diǎn)載荷；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)計(jì)算常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)2AbstractConwentionalbeam-pumpingunittotakeouttheoilmachine,publishinginthemachineoilextractionequapmentsattheearlieststage,appliedextensive,themostsimpleequipmentsinstructure.Pumpingunitisanimportantcomponentinthepetroleumindustry,drivingbythepumpingunits，andtheotherequipmentsarerunninginordertoachievethemechanizedexploitationoftheoilwell.Itismainlyclassifiedbeamandnon-beamtwocategories.Beamstylepumpingunitmainlyconsistsoftheengine,trianglebelt,crank,connectingrod,beam,beam,donkeyhead,hangingaropedevice,cradles,pryblock,brakesystemandbalanceweight.Withthedevelopmentoftheages,therequirementsofenergy-savingandtheconsciousnessofenvironmentalprotectionenhancement,onthebasisofthecombiningofthetheoryandpractice,thecurrentdomesticandinternationalpumpingunitsoveralldevelopmenttrendistowardsuper-load,longstroke,lowstroketimes,precisebalance,automatic,intelligent,energy-saving,highadaptabilityandnon-beamlongstrokedirection.Thisdesignwasmainlyaccordingtotheprincipleoffour-poleframework(crank-connectingrod-beam-beam)ofpumpingunits.Inthisarticle,workingroutineandpower-savingtechnologyoftheconventionalbeam-pumpingunitwillbeintroduced,andduringthedesigningprocedure,theanalysisofkineticanddynamictothepumpingunitsexpresslawofmotionofthiskindofequipment.Theairloadofbeamstylepumpingunitisoneoftheimportantparameters,whichisthefirstsignoftheworkcapacity,andseeitwhetherenergy-saving,thetechnicalindicatorsarethesizeoftheelectromotorconsumptionpowerandtheworkstateofthedecelerator.Completelythisdesignsaidthedifferencealmutuallyadevelopmentgeneralsituationthattookouttheoilmachineexcellenttoturnthedesignanditeconomizedonenergytheprinciple.Moreover,designedtotakingoutheoilmachinegetseveralparameter,sportparameter,thedynamicsparametercarriedontheanalyticalcalculationcompletely.Inaddition,notonlycomputerprogrammingtocalculatethemovementanddynamicsparametersisusedinthedesign,butalsotheapplicationoftheAutoCADsoftware,simultaneouslywithChinese-Englishinformation.Keywords:ConventionalPumpingUnit,；Horseheadload,；StructuralCharacteristic,；DesignCalculation常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)3目錄第一章緒論.11.1游梁式抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展.11.1.1我國抽油機(jī)的現(xiàn)狀.11.2常規(guī)性游梁式抽油機(jī)的工作原理及節(jié)能原理.21.2.1工作原理.21.2.2節(jié)能機(jī)理.21.3節(jié)能型抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展方向.41.3.1智能控制是采油設(shè)備發(fā)展的方向.41.3.2基礎(chǔ)材料的研究應(yīng)用即將造就一個(gè)立式抽油機(jī)時(shí)代.51.3.3采油設(shè)備向通用化和個(gè)性化發(fā)展.51.3.4采油設(shè)備向藝術(shù)性發(fā)展.51.4游梁式抽油機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的研究.5第二章計(jì)算部分.72.1設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù).72.2結(jié)構(gòu)組成.72.3主要參數(shù).82.4建立動(dòng)力模型示功圖.82.5運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算.92.5.1常規(guī)游梁式抽油機(jī)幾何關(guān)系計(jì)算式.92.5.2光桿（懸點(diǎn)）加速度計(jì)算式.102.5.3懸點(diǎn)載荷計(jì)算式.102.5.4扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)計(jì)算式.102.5.5減速器凈扭矩計(jì)算式.102.5.6抽油機(jī)扭矩因數(shù)幾幾何計(jì)算.112.6設(shè)計(jì)原始參數(shù).112.6.1參數(shù).112.6.2抽油機(jī)幾何結(jié)構(gòu)尺寸.112.7運(yùn)動(dòng)學(xué)的運(yùn)算.12第三章主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算.143.1電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算.143.2計(jì)算傳動(dòng)比及減速器的選擇.143.2.1抽油機(jī)的總傳動(dòng)比.14常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)43.2.2選減速器.153.2.3帶的傳動(dòng)比.153.3傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算.153.4帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì).16第四章抽油機(jī)的各結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核.194.1連桿的應(yīng)力分析與強(qiáng)度校核.194.2曲柄連接設(shè)計(jì)強(qiáng)度校核.204.3游梁的應(yīng)力分析及強(qiáng)度校核.224.4游梁支承的強(qiáng)度校核.254.5滾動(dòng)軸承的選擇和壽命計(jì)算.28結(jié)論.30參考文獻(xiàn).31致謝.32附錄一中文譯文.i附錄二外文資料原文.v常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)5常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)第一章緒論1.1游梁式抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展抽油機(jī)產(chǎn)生和使用由來已久，迄今已有百年的歷史。應(yīng)用最早，普及最廣的應(yīng)屬游梁式抽油機(jī)，早在120年前就誕生了，目前，在各個(gè)產(chǎn)油國仍在大面積地廣泛應(yīng)用。美國擁有40萬臺(tái)，我國擁有2.7萬臺(tái)，前蘇聯(lián)擁有4萬臺(tái)，一百多年，游梁式抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理沒有實(shí)質(zhì)性的變化。結(jié)構(gòu)簡單，易損件減少?？煽啃愿撸途眯院?，操作維修方便，是其百年經(jīng)久不衰的根本原因。1.1.1我國抽油機(jī)的現(xiàn)狀目前，我國抽油機(jī)主要制造廠有十幾家，產(chǎn)品主要以游梁式抽油機(jī)為主，約占抽油機(jī)總數(shù)的98%至99%,有30多種規(guī)格，并已形成了系列，前置式抽油機(jī)，異相曲柄平衡抽油機(jī)，前置氣平衡抽油機(jī)，配有CJT型節(jié)能拖動(dòng)裝置的常規(guī)型抽油機(jī)，和用窄V帶傳動(dòng)的常規(guī)型抽油機(jī)等均與在各個(gè)油田推廣應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。常沖程、低沖次的無梁式抽油機(jī)的研制也取得了也一些進(jìn)展，如勝利油田設(shè)計(jì)并并與有關(guān)廠家協(xié)作生產(chǎn)的鏈條式常3沖程抽油機(jī)，已有近千臺(tái)在各油田投入使用，在低沖程抽油機(jī)和抽稠油方面已初見成效。此外，桁架結(jié)構(gòu)的滑輪組增拘束抽油機(jī)，滾筒式長沖程抽油機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段；次輪增距式長沖程抽油機(jī)的研制工作也取得了新的進(jìn)展。重量輕、成本低、便于調(diào)速和調(diào)整沖程的液壓抽油機(jī)，經(jīng)過幾年的研制和工業(yè)性試采油也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，其它形式的新穎抽油機(jī)加代傳動(dòng)游梁式抽油機(jī)，新型遙桿抽油機(jī)，大輪式游梁抽油機(jī)，留連干游梁式抽油機(jī)也正處于開發(fā)和研制過程中。然而，游梁式抽油機(jī)的缺點(diǎn)是不容易實(shí)觀長沖程、低沖次的要求，因而不能滿足稠油井，深油井和含氣井采油作業(yè)的需求。同時(shí)長沖程、低沖次的游梁式抽油機(jī)尚待完善，（如油田正在使用的鏈條式抽油機(jī)還存在鏈條壽命短，換向沖擊載荷大河鋼絲繩易斷，導(dǎo)軌剛度不足容易變形等問題）而且品格還很少，不能適用于當(dāng)前石油工業(yè)的發(fā)展，液壓抽油機(jī)至今還處于研制階段。所以我國抽油機(jī)的發(fā)展方向是：(1)改造現(xiàn)有常規(guī)型游梁式抽油機(jī)，加速開發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)；(2)加速開發(fā)各類長沖程抽油機(jī)；常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)6(3)繼續(xù)加緊研制液壓抽油機(jī)。1.2常規(guī)性游梁式抽油機(jī)的工作原理及節(jié)能原理1.2.1工作原理電動(dòng)機(jī)通過皮帶和減數(shù)器帶動(dòng)曲柄作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，曲柄通過連桿帶動(dòng)四連桿機(jī)構(gòu)的游梁以支架上中央軸承為支點(diǎn)，做上下擺動(dòng)，帶動(dòng)游梁前端的驢頭懸點(diǎn)連接抽油桿柱、油泵柱塞做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械采油。當(dāng)懸點(diǎn)（抽油桿）上沖程時(shí)，抽油桿柱帶動(dòng)油泵活塞上行，油泵的游動(dòng)閥（排出閥）受閥自重和油管內(nèi)液柱壓力的作用而關(guān)閉，并提升柱塞上部的液體。與此同時(shí)柱塞下面的泵筒空間內(nèi)里的壓力降低，當(dāng)其壓力低于套管壓力時(shí)，該空間的液體將頂開油泵固定閥（吸入閥）而進(jìn)入抽油泵活塞上沖程所讓開的泵筒空間；當(dāng)柱塞下行時(shí)，油泵的固定閥靠自重下落而關(guān)閉，泵筒內(nèi)的液體受到壓縮，在柱塞繼續(xù)下行過程中，泵內(nèi)的壓力不斷增高，當(dāng)泵內(nèi)壓力增至超過油管內(nèi)液柱壓力時(shí)，將頂開油泵的游動(dòng)閥是泵筒內(nèi)的液體進(jìn)入油管內(nèi)。由于油泵柱塞在抽油機(jī)的帶動(dòng)下，連續(xù)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因而油泵的固定閥和游動(dòng)閥也將交替地關(guān)閉與打開，完成抽油泵的抽吸工作循環(huán)。概括地說：柱塞上行時(shí)，將柱塞之上的液體排入輸油管線，將泵外的液體吸入泵內(nèi)；柱塞下行時(shí)，將柱塞之下油泵內(nèi)的液體吸入柱塞之上的油管內(nèi)。這樣周而復(fù)始地工作時(shí)，原油就源源不斷地被采出。圖1-1工作原理圖1.2.2節(jié)能機(jī)理作為一種采油設(shè)備是否節(jié)能可從兩個(gè)方面表現(xiàn)出來，即在相同工況下，工作電耗的大小及產(chǎn)生液量的多少，用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油機(jī)，其輸入的電能大部分轉(zhuǎn)化位舉生液常規(guī)游梁式抽油機(jī)設(shè)計(jì)7體的機(jī)械功，其余部分則消耗于熱損失和摩擦損失。異相機(jī)與常規(guī)機(jī)相比，在相同工況下，如果忽略產(chǎn)液量增加的因素，他們舉升液體所做的機(jī)械功是相等的。因此，是否節(jié)能則取決于熱損失和摩擦損失的大小。對于有桿泵系統(tǒng)來說，熱損失即使電動(dòng)機(jī)平衡電流的函數(shù)，同時(shí)也是電流波動(dòng)量的函數(shù)。熱損失的大小可通過一個(gè)周期載荷系數(shù)CLF來反映它可用下是來表達(dá)：nILIIInILIIICLFnn32122322211-1式中：I1In曲柄在位置1，2，3.,n處時(shí)電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)電流，A；n電流測量的次數(shù)。由式1-1可以看出，電流的均方根值愈大愈接近平均電流值，CLF愈小，熱損失也愈小；反之；電流值均方根之愈大；CLF愈大，熱損失也愈大，因?yàn)門n就是電動(dòng)機(jī)負(fù)載，Tn與I成正比例關(guān)系，所以Tn波動(dòng)愈大，電流的均方根值也愈大；Tn波動(dòng)愈小，電流的均方根之愈接近平均電