新型曲柄滑塊鏈條式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)

新型曲柄滑塊鏈條式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)

目前，我國油田使用的采油機(jī)主要集中在浮梁式采油機(jī)上。浮梁式采油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于油田開采設(shè)備。然而，浮梁式采油機(jī)的能耗高，在長沖程中結(jié)構(gòu)尺寸大，這就決定了浮梁式采油機(jī)只能用作小沖程的抽油機(jī)。鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī)結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作特點(diǎn)良好，機(jī)械效率高，沖程長、沖次低、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，深受油田用戶歡迎。然而，普通鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī)存在于更換機(jī)構(gòu)復(fù)雜、路徑鏈和主缸銷容易發(fā)生誤差事故、平衡系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性低等方面，因此應(yīng)用有限。鑒于上述問題，我們提出了一種新的鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī)。這種新型的折疊鏈?zhǔn)匠橛蜋C(jī)具有以下特點(diǎn)：。(1)換向機(jī)構(gòu)簡單可靠.采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)換向,滑塊向下運(yùn)動(dòng)為抽油機(jī)的上行程;滑塊向上運(yùn)動(dòng)為抽油機(jī)的下行程;(2)平衡機(jī)構(gòu)簡單可靠.平衡塊裝在平衡小車內(nèi),當(dāng)抽油機(jī)上行程時(shí),平衡小車向下運(yùn)動(dòng),平衡懸點(diǎn)載荷;當(dāng)抽油機(jī)下行程時(shí),帶動(dòng)平衡小車向上運(yùn)動(dòng)存儲(chǔ)下沖程時(shí)產(chǎn)生的能量;(3)節(jié)能.由于懸點(diǎn)載荷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和平衡載荷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全一致,能達(dá)到最佳的平衡效果,所以節(jié)能效果好.1抽油過程及控制新型鏈條抽油機(jī)結(jié)構(gòu)方案示意于圖1.它主要由電動(dòng)機(jī)1、帶傳動(dòng)2、減速器3、曲柄4、連桿5、滑動(dòng)小車6、鏈輪7、鏈條8、天輪9、繩桿連接器10、光桿11組成.在圖1中,抽油機(jī)所配備的電動(dòng)機(jī)為單向旋轉(zhuǎn)電機(jī),經(jīng)過三角帶傳動(dòng)及減速器減速后,帶動(dòng)曲柄軸旋轉(zhuǎn),曲柄推動(dòng)連桿做平面運(yùn)動(dòng),連桿和滑動(dòng)小車鉸接,連桿又推動(dòng)滑動(dòng)小車在滑道內(nèi)運(yùn)動(dòng);當(dāng)曲柄從12點(diǎn)鐘位置轉(zhuǎn)到6點(diǎn)鐘位置時(shí),滑動(dòng)小車帶動(dòng)平衡重向下運(yùn)動(dòng),此時(shí),懸點(diǎn)由下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn),完成抽油過程;當(dāng)曲柄從6點(diǎn)鐘位置轉(zhuǎn)到12點(diǎn)鐘位置時(shí),滑動(dòng)小車帶動(dòng)平衡重向上運(yùn)動(dòng)存儲(chǔ)能量,懸點(diǎn)由上死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn),即完成抽油機(jī)下沖程.抽油機(jī)的沖程是曲柄長度的4倍.曲柄由12點(diǎn)鐘位置旋轉(zhuǎn)到6點(diǎn)鐘位置時(shí),滑動(dòng)小車的運(yùn)動(dòng)距離是曲柄長度的2倍,而鏈輪采用的是動(dòng)鏈輪,因此,懸點(diǎn)的沖程就是滑動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)距離的2倍.2計(jì)算運(yùn)動(dòng)和能源能力的參數(shù)抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力性能參數(shù)主要包括:懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移、速度、加速度與扭矩因數(shù),以及懸點(diǎn)載荷、曲柄軸扭矩、均方根扭矩.2.1曲柄和連桿角圖2為鏈傳動(dòng)抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)簡圖.設(shè):曲柄長度為R;連桿長度為P;曲柄轉(zhuǎn)角為θ;曲柄和連桿夾角為α;連桿與基桿的夾角為β.由圖中幾何關(guān)系可得L=Rsinθ;H=Rcosθ;sinβ=LP;sinβ=LΡ;β=sin?1(LP);β=sin-1(LΡ);α=π-θ-β.2.1.1滑塊位移和懸點(diǎn)位移X=P-[Pcosβ-(R-Rcosθ)];懸點(diǎn)位移XA=2X=2P-2[Pcosβ-(R-Rcosθ)].2.1.2曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度法V=dXdt=ωR[tanβcosθ+sinθ],V=dXdt=ωR[tanβcosθ+sinθ],式中:ω為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度,r/min.懸點(diǎn)A的速度是滑塊速度的2倍,即VA=2V=2ωR[tanβcosθ+sinθ].2.1.3懸點(diǎn)的加速度aa=dVdt=ω2R[RPcos2θcos3β?tanβsinθ+cosθ].a=dVdt=ω2R[RΡcos2θcos3β-tanβsinθ+cosθ].懸點(diǎn)的加速度aA=2ω2R[RPcos2θcos3β?tanβsinθ+cosθ].aA=2ω2R[RΡcos2θcos3β-tanβsinθ+cosθ].2.2下沖程懸點(diǎn)載荷和加速度計(jì)算懸點(diǎn)載荷由靜載荷和動(dòng)載荷構(gòu)成.上沖程懸點(diǎn)載荷Ws=frLg(ρr-ρy)+Fρyg(L-hc)+aAs(frLρr+εFLρy);下沖程懸點(diǎn)載荷Wx=frLg(ρr-ρy)-aAxfrLρr.式中,fr,F分別為抽油桿和泵柱塞的截面積,m2;L為下泵深度(抽油桿柱長度),m;ρr,ρy分別為抽油桿和井液的密度,kg/m3;hc為泵的沉沒度,m;aAs,aAx分別為懸點(diǎn)上、下沖程瞬時(shí)加速度,m/s2;ε為液流加速度改變系數(shù);g為重力加速度,m/s2.2.3旋轉(zhuǎn)軸的凈校正和總方根的矩2.3.1曲線軸的凈扭矩由抽油機(jī)的輸入功率等于輸出，n.2wva-qv組成，其中n是抽油機(jī)的輸出。w是懸點(diǎn)載荷。q是q曲線軸的凈扭矩Mn=2VAωW?VωQ=TFW?VWQ.Μn=2VAωW-VωQ=ΤFW-VWQ.式中,TF為曲柄軸扭矩因數(shù).2.3.2傳動(dòng)性能測(cè)試曲柄軸均方根扭矩Me和電動(dòng)機(jī)的有效輸出功率Ne有關(guān),Me代表了抽油機(jī)的能耗指標(biāo),均方根扭矩越小,裝機(jī)功率越小,抽油機(jī)的節(jié)能效果越好.Me=12π∫2π0M2ndθ???????????√,Ne=Meω9550η.Μe=12π∫02πΜn2dθ,Νe=Μeω9550η.式中,η為傳動(dòng)效率.3兩種抽油機(jī)的對(duì)比曲線以常規(guī)游梁式抽油機(jī)CYJ10-3-37HB為例,對(duì)比工況條件:光桿最大沖程S=3m,沖次n=9min-1,泵掛889.8m,沉沒度217.8m,泵徑70mm,桿徑22mm,油管直徑63.5mm,含水率93%.圖3給出了兩種抽油機(jī)懸點(diǎn)加速度的對(duì)比曲線;圖4給出了兩種抽油機(jī)曲柄軸扭矩因數(shù)的對(duì)比曲線;圖5給出了兩種抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩的對(duì)比曲線.通過圖3、圖4、圖5和表1對(duì)比分析,可以得出結(jié)論:鏈條式抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能明顯好于游梁式抽油機(jī).(1)曲柄軸扭矩因數(shù)TF相對(duì)于游梁抽油機(jī)下降了52.608%.由曲柄軸凈扭矩公式可以看出,TF的大小可以改變載荷扭矩的大小,可以有效控制載荷扭矩和曲柄軸凈扭矩的峰值和波動(dòng)性,可使電動(dòng)機(jī)有效輸出功率得以降低,從而達(dá)到節(jié)能的目的.(2)曲柄軸