抽油机毕业论文

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date抽油机毕业论文抽油机毕业论文题目：偏置型抽油机设计摘 要随着工业化与城市化脚步的加快，能耗问题日益凸显，尤其是石油行业，因此节能降耗成为了各行各业所关心的话题。当前，传统的常规游梁式抽油机凭借其简单的四连杆机构、方便的安装与维修以及较低廉的成本仍然是各大油田的主流机型，占有非常重要的地位，但是其在运行过程中平衡效果比较差，电机平均负载率较低，能耗问题比较明显。因此发展新型的节能型抽油机是今后采油工业的首要任务。抽油机是构成采油设备重要组成部分。在抽油机驱动下，带动其它设备运转，实现油井的机械式开采。本文分析了游梁式抽油机实际使用存在高能耗、低效率的问题和各种新型节能抽油机的研究现状。通过与现役主要类型抽油机的结构方案对比分析，对新型传动抽油机进行结构方案设计，确定了新型传动抽油机的结构方案，解决了游梁式抽油机高能耗、低产出等缺点。偏置型抽油机是在常规型抽油机基础上发展的，通过对曲柄的改造和尺寸的优化获得。本文介绍了偏置型抽油机工作原理、节能原理以及设计过程。首先，根据已知的参数，对抽油机的连杆机构在几何、运动、和动力学进行了系列的分析与计算，阐述了这种设备的运动规律。其次、对抽油机进行了工艺参数计算和主要部件材料的强度校核分析，及对配套设备，如电动机、减速器的分析与选用，说明了该型设备在性能方面同其它种类设备的差异。最后，进行工况分析和结构草图设计。关键词：偏置型抽油机；曲柄；强度；特性-Title：Design of API Series Pumping UnitAbstract With the accelerated pace of industrialization and urbanizationenergy issues becomeincreasingly prominent，especially in the oil industry,SO energy saving has become a topic of concern in all walks of lifeCurrently,traditional pumping unit is still the mainstream oilextraction equipment and occupies a very important position because of its simple structure，convenient maintenance and low costBut during operation，poor balance，low load rate and energy consumption is a serious problemTherefore，the development of energy-saving pumping uint is the primary task of the oil industry in the futureThe pumping units are one of important parts in exploitation equipments。Driving by the pumping units, the other equipments are running in order to achieve the mechanized exploitation of the oil well.The paper analyzes the problems of low efficiency and high energy consumption of beam pumping unit and the research status of new type energy-saving pumping unit. Through comparative analysis with the structural scheme of the active main types of pumping units and making structural design of new transmission pumping unit, determines the structure program of the new transmission pumping unit and solve the shortcomings of energy consumption and low efficiency of the beam pumping unit.The unusual sharp beam-pumping unit is developed from the conventional beam-pumping units by the modification of crank and the optimization of size。 In this article, working routine and power-saving technology of the unusual sharp beam-pumping units will be introduced and the designing procedure, First，serial geometric calculation movement calculation and dynamic calculation of 4-bar rod of pump unit were finished accord to known design data and design standard to express law of motion of this kind of equipment。Second，process parameter was computed intensity of essential parts was checked and the selection of correlating equipments, such as electro-motor and reducing gearbox, sum up the characteristic in the performance. The end, working condition was analyzed and sketch was designed.Key words：Unusual sharp beam-pumping units；Crank；Strength ；Characteristic目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题背景11.2 研究目的及其意义21.3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向21.4 游梁式抽油机节能技术分析和指导思想31.5 方案论证31.6偏置型抽油机工作原理与节能原理41.6.1 工作原理41.6.2偏置型游梁抽油机特点51.6.3 节能原理5第2章 抽油机的尺寸规划及结构62.1 驴头72.2 游梁72.3 横梁及连杆92.3.1 横梁的结构92.3.2 连杆92.4 曲柄平衡装置92.5 减速箱102.6 刹车机构102.7 支架112.8 底座122.9 皮带传动装置132.10 钢丝绳和悬绳器132.11 电动机132.12 轴承座13213本章小结14第3章 游梁抽油机的基本参数和分类153.1 驴头悬点（挂抽油杆处）的最大允许载荷153.2 悬点最大冲程长度Smax153.3 悬点的最大冲程次数nmax163.4 减速箱曲柄最大允许扭矩Mmax163.5本章小结17第4章 偏置抽油机的设计计算184.1 CYJRM912D-365-192抽油机的计算参数184.2 几何计算194.2.1 计算194.2.2 计算194.2.3 计算194.2.4 计算194.2.5 计算194.2.6 计算冲程长度S204.3 运动计算204.3.1计算悬点的速度204.3.2 计算悬点的加速度204.4 工艺计算224.4.1 假设条件224.4.2 符号定义224.4.3 计算过程中常用的数据表234.4.4 计算在给定的泵径、冲程和冲次下的最大下泵深度244.4.5 计算单井理论日产液量Q254.4.6 计算工作扭矩、平衡扭矩、净扭局及偏置角254.4.7 算实际冲程和实际产量254.4.8 计算电动机的功率264.5 主要构件的受力计算294.5.1 建立力学模型294.5.2 计算294.6 带传动的设计314.7本章小结33第5章主要承载构件的校核计算345.1 游梁的强度计算345.2横梁的校核计算345.3 连杆的强度计算355.4 支架轴承校核355.5 尾座轴承校核365.6 曲柄销轴承校核375.7本章小结38结 论39参考文献40致 谢42第1章 绪论目前，开采石油的方法有机械采油法和自喷采油法，自喷采油法的原理是利用地层自身的能量来举升原油，但是，随着油田的不断开采，地层能量渐渐地耗损，因此，为了保证原油的开采效率，油井不能一直采用自喷法开采石油1。另外，还有许多的油井因为自身原因本就不能自喷。对于上述这些用自喷法不能开采的油井，就肯定要用机械采油法进行开采。机械采油法又分为抽油法和气举法两种。抽油法的特点是在井下放置各种结构的泵来进行开采石油，所以此法又称泵法；而气举法的特点是依靠压缩气体的所产生的能量，将原油运送到地面。从国外石油开采比较先进的国家来看，大多数都是采用抽油法进行石油开采的，大概有百分之八十左右，而且半数以上的原油都是采用抽油法进行开采的。由于我国油田的发展原因（处在发展初期和中期，使用注水方法），当前，无论是在原油总产量方面还是在生产井数方面，自喷法都具有很大的比例，但从石油的发展趋势来看，采用机械采油法，特别是使用抽油法的井数和产量都在增加，在一些老油井，几乎全用抽油法采油2。抽油法开采，目前游梁式抽油机也叫作有杆抽油设备是国内外应用范围最大的抽油工具。API（美国石油协会）抽油机规范（API SPEC 11E） 中游梁式抽油机的种类有四种，它们分别是：异相曲柄平衡抽油机、常规型抽油机、前置式曲柄平衡抽油机、前置式气平衡抽油机。它的结构简单、成本低、维修方便。游梁式抽油机由下面几部分构成：电动机、减速箱、四连杆机构。电动机通过三角皮带传动带动减速箱，减速后，由四连杆机构（游梁、连杆、曲柄、横梁）把减速箱的输出轴的旋转运动变为游梁驴头的往复运动3。抽油机在石田的开采工作中具有不可替代的作用，是构成“三抽”即：抽油机.抽油泵和抽油杆的一部分。抽油机的作业环境非常艰难，全天候常年野外不停地工作，而且绝大多数时间处于无人看着状态，因此就要求抽油机具有非常好的可靠性、耐久性；同时还要具有调节范围大、性能领域宽、易损件少、能源消耗低、维护保养方便，对环境适应性强的特点4。近年来抽油机正在向长冲程、低能耗、自动化、高精度和智能化方向发展。尤其是因为油井动液面的降低，低冲次、长冲程的抽油机尤为得到了发展与推广。1.1 选题背景游梁式抽油机结构简单、可靠性高、使用维护便捷、适应现场工况等优点.在石油开采中中，具有非常重要的地位。在以后非常长的时间内仍将是石油田开采的重要设备.但是因为常规型抽油机机自身的结构特点。使得其平衡效果不佳、存在负扭矩、曲柄净扭矩脉动大、工作效率低、载荷率低和能耗大等缺点，在采油成本中，抽油机电费占30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20%-30%左右，为油田电耗的第一位，仅次于注水5。自从1985年第一台异相曲柄平衡游梁抽油机(简称异相机)投用以来，国内各大油田开始着重于抽油机的节能工作。1.2 研究目的及其意义常规型抽油机受到四杆机构的限制，游梁摆角不能过大，导致整机质量偏重，体积偏大。偏置式游梁抽油机是在常规型抽油机的基础上经过优化了平衡重的夹角，优化四连杆机构的几何尺寸，改变了平衡重的相位角而产生的一种新型的抽油机。通过平衡重在曲柄轴上产生的扭矩与悬点负载在曲柄轴上产生的扭矩相平衡，使抽油机运转时峰值扭矩和峰值电流都有较大幅度的降低，从而达到节能的目的。1.3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向游梁式抽油机的发明和应用由来已久，早在一百二十年前就诞生了，目前，世界各个产油国仍在大范围的广泛使用。前苏联拥有4万多台，美国拥有40多万台，我国拥有2.7万台，仅大庆油田，现在使用的游梁式抽油机差不多就有一万多台，100多年来，游梁式抽油机的原理和结构没有实质性改变，结构简单，易损件少，耐久性好，可靠性高，操作维修方便，这些特点是游梁式抽油机使用百年而经久不败的原因6。在美国有十几家公司生产游梁式抽油机，型式繁多，品种复杂，其中实力雄厚、技术先进的LUFKIN公司为权威。前置式抽油机主要由LUFKIN公司生产，该公司生产的马克型前置式抽油机共有八个系列46个品种。马克型前置式抽油机下冲程为165度，上冲程曲柄转角195度，从而降低扭矩峰值。马克型前置式抽油机下冲程开始扭矩比油井负荷提前7.5度，上冲程开始比油井负荷扭矩滞后7.5度，从而提高平衡效果，马克型前置式抽油机比同级常规型抽油机节能34.99%左右。此外，LUFKIN公司也发明了前置式气平衡抽油机，此机较同级常规抽油机外形尺寸小35%左右，整体机重量轻了40%左右，共有二十六种规格。CM工公司发明的偏置式抽油机，偏置式抽油机又称异向曲柄抽油机，或称后置式抽油机，或称托马斯特(TM)抽油机，简称TM抽油机。此种抽油机的经济技术指标非常好，深得用户喜爱。此机特点在于游梁与连杆之间夹角始终为90度，曲柄转角下冲程为168度，上冲程为192度，峰值扭矩小，惯性负荷小，较同级常规抽油机小60%左右，该机减速器底座与游梁支架直接连接，改善了整体受力情况7。雷姆斯有限公司是加拿大主要生产抽油机的厂商，此公司主要生产前置式、常规式、偏置式游梁抽油机。前苏联游梁式抽油机共有9个系列22种型号，平衡方式全部采用重型采用气动平衡、曲柄平衡和复合平衡。为了缩小尺寸，近年来将驴头摆动半径与曲柄半径比从0.4增大到0.6。从1980年我国开始进行抽油机的设计，着手研究制造国产抽油机，并且渐渐实现国产化，不但自给自足，而且还有部分进行出口贸易。我国的抽油机制造业已经有40多年的历史，历经了进口的修配，模仿制造，自主设计研制三个阶段。我国生产抽油机的主要工厂是兰石厂，根据国内的抽油机技术生产了共11种规格的常规游梁式抽油机，我国生产机批量最大的厂家主要是宝石厂和兰石厂，到目前为止已经生产该前置式抽油机500万余台，CYJS-2.5-26HB前置式气动平衡抽油机是1986年兰石厂所设计研制成功的，它是我国第一台前置式气平衡抽油机，试验结果表明，该CYJS-2.5-26HB前置式气动平衡抽油机较同级的常规抽油机相比泵效提高10%20%左右，节约能源约为28.15%左右，同年CYJY3-1.4-7HB型偏置式抽油机是兰石厂与四川钻采设备厂共同研究成功的，它是我国第一台偏置式抽油机，到现在为止一共有6种规格，后又研制成功了CYJY10-3-53HB型、CYJY12-46-73HB型和CYJY12-42-73HB型偏置式抽油机8。1.4 游梁式抽油机节能技术分析和指导思想由于常规游梁式抽油机的上述优势，使得它能在国内外各油田广泛使用。但是，在长期的生产使用中，油田的经营者发现，它无法解决:平衡效果差、载荷率低、工作效率低、“大马拉小车”、能耗高的缺点。为了追求开采效益最大化，以最少的投入来换取最大的回报，开发节能高效的新型抽油设备就成了油田生产经营者和抽油机设备生产厂致力追求的目标，这就是其发展的动力。国内在节能抽油机的研制开发上，20世纪80、90年代出现了高峰。 游梁式抽油机是一种变形的四连杆机构，其整机结构特点像一架天平，一端是抽油载荷，另一端是平衡配重载荷。对于支架来说，如果抽油载荷和平衡载荷形成的扭矩大小基本相等或方向变化相反，那么用很小的动力就可以使抽油机连续不间断地工作。也就是说抽油机的节能技术取决于平衡的好坏。平衡率越低，则需要电动机提供的动力越大。正因为抽油载荷每时每刻都在变化，而平衡重不可能和抽油载荷作完全一致的变化，才使得游梁式抽油机的节能技术变得很复杂。在游梁式抽油机的平衡技术方面，传统的方法有三种:一是在曲柄上加上平衡块，即曲柄平衡；二是在游梁尾端加上平衡块，即游梁平衡;三是在曲柄和游梁尾端都加上平衡块，即复合平衡，这三种平衡方式所产生的平衡扭矩曲线都为规则曲线，而抽油载荷扭矩曲线则是非规则曲线，其叠加曲线存在非常大的负扭矩和峰值，克服这一难题，就是游梁式抽油机节能技术所要攻克的对象9。1.5 方案论证随着我国石油开采的逐步发展，由于石油开采的成本不停地上涨，同时电价的上调，怎样能减少抽油机的能源消耗已经引起了广大石油行业的高度重视。把所有能够使抽油机节能的方法总结起来可大致分为两种：一方面是通过改变抽油机的平衡方式，来降低减速器输出轴的扭矩，以达到节能的目的，例如二次平衡抽油大轮式抽油机；而另一种则是通过改变抽油机的结构来直接降低抽油机的扭矩因数，来降低抽油机的波动及其工作扭矩，来实现节约能源的目的，如双驴头抽油机、偏置式抽油机等10。抽油机节约能源的工作开展大体分为两个方面：一方面对抽油机进行节能改造；另一方面是开发设计新型技能抽油机。目前，油田非自喷井采油广泛使用游梁式曲柄平衡抽油机。游梁式抽油机因有工作平稳、结构简单、易损件少、性能可靠等优势而在各油田广泛应用, 但是其工作效率低、能耗大, 所以降低抽油机能源消耗, 提高抽油机在油田开采中的工作效率具有重要而深远的意义。为了降低抽油机的功率，更大程度地节约能源，需要一种新型抽油机来完成油田上的采油开采。因此，本毕业设计为满足这样的需求，对常规的游梁式抽油机进行改进设计。偏置型游梁式抽油机较常规型抽油机主要有二方面的不同：一方面是减速器背离支架向后移，增加游梁摆动中心与减速器输出轴中心之间水平距离，形成很大的极位夹角（即连杆中心线与驴头上、下死点之间的夹角）；另一方面是平衡块重心与曲柄轴中心连线和曲柄销中心与曲柄轴中心连线之间有个平衡相位角，这种抽油机曲柄均为顺时针转动，因此平衡重总是滞后一个角。由于有较大的极位夹角，一般12度左右，致使抽油机在上冲程时曲柄转过角度增加了12度之后变为192度，下冲程减小了12度之后变为168度，当曲柄转速不变时，悬点上冲程时间就大于下冲程时间，因此悬点上冲程的加速度和动载荷减小，由于平衡相位角改变了平衡效果，从而使减速器的最大扭矩峰值降低，扭矩变化较均匀，电动机所需功率较小，在一定情况下有节能效果。本毕业设计的特点是根据常规型游梁式抽油机的特点，设计出了偏置型曲柄平衡式抽油机。所设计的抽油机有给定的几何参数和原始的数据，还有图例和参考资料，在这基础上对常规型抽油机进行了改进并对抽油机的四连杆机构进行运动、几何、动力学上的计算和对主要部件进行校核计算。1.6偏置型抽油机工作原理与节能原理1.6.1 工作原理 抽油机的电动机通过V带和减速器带动曲柄做旋转运动。曲柄连杆游梁支承架四杆机构将这一运动转化为驴头的变速上下往复运动，通过钢丝绳和抽油杆带动抽油泵柱塞做变速的上下往复运动，实现油井开采。1.6.2偏置型游梁抽油机特点（1）曲柄中心线和平衡重中心线偏离一个相位角。（2）曲柄轴的中心线至中央轴承座中心的水平距离I大于游梁后臂长度C，两者之间的差接近于曲柄半径R，即I-CR。从结构上看，加大了力臂减小了连杆拉力，增大抽油机最大承载能力，扭矩因数下降。这种结构特点使游梁在上下死点时，连杆的两个位置之间存在一个相位夹角，这种机构具有急回特性。（3）曲柄顺时针方向的旋转，保证下冲程时间短、上冲程时间长。1.6.3 节能原理（1）抽油机的负载情况影响了抽油机的能源消耗。常规型抽油机在曲柄上加载的净扭矩成周期性变化，有的时候对电机做功，这样的负载不利于普通的电动机的正常运行工作，这样就致使电机的高能耗。（2）普通异步电动机具有硬特性，适宜带动均匀平稳的负载。常规型抽油机工作的负载状况不理想，这就致使了它的能耗高特性，而偏置型抽油机在这方面得到改进。（3）抽油机工作时曲柄净扭矩的波动由悬点载荷与加速度变化引起。通过改变抽油机杆件尺寸的配比，使运动规律改变，减小工作扭矩曲线的峰值。在保证冲次不变的情况下，减少上冲程前半段的加速度变化的幅度，加长上冲程的时间，使扭矩的峰值得到减小；同理可以使工作的下峰值加大，同时可以改变工作扭矩曲线的形状，偏置型抽油机通过在曲柄上引入偏置角，这样有利于降低电动机的额定功率，以至于二者更好的配合，同时还可以改善杆件受力状况11。第2章 抽油机的尺寸规划及结构游梁式抽油机四连杆机构的尺寸决定了其动力性能、运动性能及其能耗。长期以来，游梁式抽油机四连杆机构尺寸的设计成为许多学者和设计人员的研究对象。图2-1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=S maxH cH h 0.20.25 （m）式中， S max最大冲程长度 （m）；H c井口装置高度 （m），一般为：1.21.5（m）；H h悬绳器高度 （m），一般为：0.350.4（m）。A为抽油机游梁前臂的长度，它的大小决定于游梁的摆角和冲程长度，尤其值得提出的是：前苏联和我国都是应用大摆角（约1弧度），而美国却是应用小摆角（一般为4446），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；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。在此次毕业设计中，应用游梁小摆角来进行设计。详细地来说，当冲程长度低于4.2m（含4.2m）时，游梁的摆角一般为4446左右；当冲程长度高于4.2m时，游梁的摆角一般为5153左右。G为底座底平面至减速器输出轴中心线的距离，它的大小决定了抽油机曲柄的长度，进而影响了平衡块的质量，G的值越大，曲柄的长度则越长，在同一平衡扭矩的条件下，平衡块的质量越轻，所以抽油机的动力性能、能耗及其运动性能由曲柄连杆机构尺寸的大小及分配决定12。图2-1 游梁式抽油机四连杆机构尺寸示意图目前，最常用的游梁式抽油机采用机械方式，它具有前、后臂。它主要由驴头、游梁、连杆、横梁、减速箱、曲柄、支架、制动机构、悬绳器、撬座以及平衡配重等结构构成。总的来讲，游梁式抽油机的结构比较简单，下面将重点研究它的主要组成结构。2.1 驴头驴头的作用是把游梁的往复摆动转化成吊绳的上下直线运动。从机构学来看，它是一种绳轮机构。我国抽油机驴头常用的结构型式有上翻式、重力式及侧转式三种，国外抽油机的驴头一般多采用悬挂式驴头。这种驴头的结构特点是制作比较简单，易于安装，可靠性高，最大的缺点是在修井作业时，必须将整个驴头卸下，操作工作量大。本次毕业设计运用的是侧转式驴头结构型式。它是由钢板组焊接而成的一个箱体形结构，其箱体厚度是464mm；其侧板使用的是Q235的钢板，钢板的厚度是12mm如图2-2。 图2-2 驴头结构工程图2.2 游梁游梁是一种扛杆，它是抽油机最大应力出现的源件，也是抽油机的主要承载元件，对游梁的设计主要考虑其稳定性和强度。国内在常规抽油机的设计过程中，游梁的结构只有两种，一种是H型结构（用于中型或轻型抽油机），另一种是箱形结构（用于重型抽油机）。对于重型抽油机，其游梁结构设计成如图2-3（a）所示，对于轻型或中型抽油机，其游梁结构设计成如图2-3（b）所示，本次设计采用箱形结构。游梁的高度为。翼板、侧板使用Q235的钢板. 钢板厚度分别为和.各游梁一般焊有加强板和吊耳等附件如图2-4。图2-3游梁两种结构图2-4 游梁结构工程图2.3 横梁及连杆2.3.1 横梁的结构 横梁及连杆可分为两种结构：一种是将横梁和连杆制造在一起，其特点是连接件少，结构简单，用在小型抽油机中，它由改变后臂长度来调节冲程长度。另一种结构是单独横梁，一般用于大型抽油机中，它是由改变连杆和曲柄的连接点位置来调节冲程长度。横梁是游梁和连杆连接的中间部件。动力只有经过横梁，横梁才能带动游梁作摇摆运动，横梁的形式有三种：直形横梁、船形横梁和翼形横梁。其中船形横梁的横梁和连杆连接点与横梁和游梁连接点在同一水平线上，增加了连杆和横梁的刚性，并改善了连接销轴的工作条件。翼形横梁是横梁与连杆弯曲成为一体，直接与游梁连接，它连接零件少，结构简单，多用在轻型游梁式抽油机上。2.3.2 连杆连杆一般都是应用无缝钢管制成，两端焊有连杆头。在正常工作的时候，横梁和上端连杆头无转动，用销子相连。曲柄和下端连杆头用曲柄销子连接，并且将滚动轴承安装在连杆销处。曲柄和曲柄销子间一般是用圆锥面相连接，在销子头上用螺母固死曲柄和销子，在曲柄上有34个锥孔，用以改变冲程长度。2.4 曲柄平衡装置抽油机的平衡历来是被很多现场工作人员和研究开发人员所关注，因为平衡的情况直接影响抽油机的使用寿命和能源消耗。对于游梁式抽油机来说，平衡方式可分为气动平衡和机械平衡，而机械平衡也有游梁平衡、曲柄平衡及复合平衡之分。从平衡效果上来讲，游梁平衡的效果最佳，复合平衡的效果次之，曲柄平衡的效果最差，而如果从安全性的角度来考虑，却刚好相反。从现场应用的状况来看，轻型抽油机大多应用游梁平衡，中型抽油机一般运用曲柄平衡，重型抽油机则大多使用复合平衡。平衡配重一般是装在曲柄上，种类较多，现在使用最广泛的有两类：一类是一般偏心重结构，另一类是扇形结构。偏心重结构生产方便，但是调整却比较麻烦，而扇形结构调整比较容易，当需要把偏心块调整到某个位置时，可以通过旋转圆曲柄，让将要调整的位置在最下方，在松开固紧螺钉以后，扇形平衡重沿着导轨自动落到要调的位置。为了调整方便以及安全，在两种曲柄上都有导轨及挡块，固紧螺钉即使松开，也不会是偏心重落下，本次毕业设计中采用的是偏心重结构的曲柄如图2-5，本次毕业设计按照该原则进行，只是在重型抽油机设计的过程中尽量多采用曲柄平衡，主要是由于结构简单以便于组装各个模块，用最少的模块来装配出最多的抽油机，进而简化工装夹具来降低生产成本，曲柄的宽度为550mm，而曲柄的长度则决定于底座底平面至减速器输出轴中心线的高度，平衡块的重量主要由取决于抽油机的承载能力13。 图2-5 曲柄平衡装置结构工程图2.5 减速箱通常使用的减速箱大多数为两极齿轮式，传动比i=2540左右，在特殊的情况下也有使用链轮减速箱或一级齿轮减速箱。由于工作载荷大，一般小功率时采用斜齿，大功率时采用人字齿，并开始使用圆弧齿轮。减速箱采用圆弧齿轮后，它的承载能力较相同参数的渐开线齿轮减速箱的体积有所减少，同时这样也会给抽油机其它部件尺寸的缩小提供了条件。本次毕业设计中所选用的就是这种类型的减速箱。该减速箱型号为：ZLH1000。此减速器的额定扭矩为105 KN .m。2.6 刹车机构刹车装置安装在减速器的高速轴上，起着制动的作用。它的结构型式有外抱式和内胀式两种，内胀式刹车装置结构复杂，但制动力矩大，而外抱式却正好相反。本次毕业设计采用的是外抱式刹车装置。2.7 支架支架的主要功能是支撑游梁，它的高度必须符合抽油机的悬绳器、井口的高度及冲程长度正常工作的要求。底座与曲柄、连杆、游梁及支架共同组成抽油机的四连杆机构，确保了抽油机的正常运行。支架的结构型式有两种，一种是三腿支架，它是由槽钢和工字钢组焊而成，它的特点是运输容易，开度大，但是安装比较费劲，它的另一个优点是在减速器座与它的后腿相连的时候，能够使它的底座可以不承受弯曲应力的挤压，从而确保了底座不会发生断裂的状况；另一种是四腿支架，它主要用角钢焊接而成的，其特点是刚度大，制造方便，但是体积比较大，运输比较不方便，国内的部分偏置抽油机和常规抽油机均是应用此种结构类型的支架，国外的常规抽油机和偏置抽油机均使用三腿支架，本次毕业设计的支架将选用三腿支架结构如图2-6, 支架前面的两个主腿和后腿均采用两个槽钢对焊，并且间断补强，加工的时候，把后腿和前腿分离，现场装配的时候把支架的后腿按照要求装配并且锁紧即可14。 图2-6 支架结构工程图2.8 底座底座的作用是支承悬点载荷以及整个抽油机的全部重量，并使抽油机的减速器、电动机装置及支架组装成一个整体。底座有T型和门型两种，国内部分偏置抽油机和常规抽油机采用的是门型底座结构，部分偏置抽油机应用的是T型底座结构。本次毕业设计选用的是T型底座结构，此种底座的特点是稳定性能好，特别是超重型抽油机，一定要应用这种结构的底座。底座上焊有减速器座和电动机座，总的来讲，电动机座主要有两种分布模式，一种是用不同的型钢制造一个电动机座，而后把该座铆接或焊接在主座上，其优点是节约物料；另一种则是直接在底座的主梁上焊接电动机导轨，其优点是抽油机的运转稳定，但是其消耗材料多。而相对于多雨的区域来说，还应该避免电动机发生被水淹的情况，对此，本次毕业设计将把电动机座抬高5001000，而相对于少雨的区域，可以把电动机座安装到与主底座一齐的位置15如图2-7。图2-7 底座结构工程图2.9 皮带传动装置皮带传动装置的作用是将电动机的高速运动传递给减速器，并作适当的减速，主要有大皮带轮、小皮带轮及三角胶带组成。皮带的选用，本毕业设计应用用普通的D型三角胶带，而关于三角胶带的根数的选择则看其传递的功率来决定，长度主要是根据电动机装置的结构来确定，每一种型号的抽油机配备有三个不同直径的小皮带轮，来满足抽油机三个不同冲次数的需求，至于大皮带轮则是每一种型号的减速器配备一个。2.10 钢丝绳和悬绳器悬绳器是连接光杆的吊绳的部件，钢丝绳是用多层股（不旋转）钢丝绳，规格为32mm，其公称抗拉强度为1550 N/mm2。 2.11 电动机抽油机的动力源有：天然气发动机、电动机、柴油机等，其中天然气发动机和柴油机主要用于电力供应紧张或电力难以送达的偏辟或边缘地区，而大部分的油田都使用电动机作动力源。本次毕业设计选用电动机作为抽油机的动力源，该电动机型号为Y315S-8(55KW 740rpm)。 2.12 轴承座每一台抽油机有三个轴承座分别是：中央轴承座、曲柄销轴承座和尾轴承座，根据抽油机型号的不同，共有五 种同一型号、不同规格的轴承座，具体型号祥见SY/T 579593游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸标准。 图2-8 偏置常规型抽油机结构示意图1驴头；2游梁；3横梁；4连杆；5曲柄装置；6减速器；7电动机装置；8刹车机构；9底座；10支架；11悬绳器；12光杆卡瓦；13吊绳213本章小结本章主要介绍了偏置抽油机的尺寸规划以及其组成结构包括驴头、游梁、横梁及连杆、曲柄平衡装置、减速箱、刹车机构、支架、底座、皮带传动装置、电动机、轴承座、钢丝绳和悬绳器等。 第3章 游梁抽油机的基本参数和分类抽油机的的参数主要是：光杆冲程、冲次数和悬点额定载荷，由于这三个参数是相互独立的，各自表示抽油机主要性能指标，因此我们称之为基本参数；另外，抽油机减速器的额定扭矩、电动机的装机功率，也是其重要的技术参数，但它们不是独立的，而是由抽油机的基本参数决定的，故我们称之为总体参数。在规划这些参数的过程中，额定悬点载荷根据API标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整即可；对于一台抽油机而言，一般有三到四个冲程，其中最大的光杆冲程可以依照API标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整，其它几个冲程则要根据计算求得。计算的论据是既要符合制造要求，又要满足冲程梯度的变化，即符合不同型号的抽油机最大冲程的变化规律。单一的冲次数决定了抽油机运动速度，同时决定了抽油机各运动构件的动载荷，在规划抽油机的冲次数时，主要是考虑抽油机的平均抽吸速度，其值在一个较小的范围内变化，并且随着冲程的增加而增大。减速器的额定扭矩依照API标准提供的公称尺寸数据，进行公制转换、圆整，并且符合SY5044-2000游梁式抽油机的要求16-18。3.1 驴头悬点（挂抽油杆处）的最大允许载荷它的大小主要取决于油柱和抽油杆柱的重量，事实上，它表明在一定的抽油泵和抽油杆泵径组合时的最大下泵深度（或井深）。日前，驴头悬点的最大允许承载载荷从58KN到150280KN。根据驴头悬点允许最大的载荷Q的变化范围，可以将抽油机分为以下几种：轻型Qmax30KN中型30KN100KN3.2 悬点最大冲程长度Smax它的大小主要取决于抽油机的产量以及抽油机的重量和基本尺寸。石油矿场上，应用的悬点最大冲程长度Smax从0.3到10米，而用的最广泛的在六米以下。根据悬点最大冲程Smax的变化范围，可将抽油机分为以下几种：短冲程 Smax1m中等冲程 1mSmax3m长冲程 3m6m3.3 悬点的最大冲程次数nmax它表明抽油机的抽汲工况.最大冲程次数和最大冲程长度一起,确定了抽油机的最大产量(当泵径一定时)。目前，实际应用的悬点最大冲程次数从24min到20 min。因为，抽油杆的折断系数和冲程次数成正比，所以限制了冲次的进一步提高。根据悬点的最大冲程次数nmax的变化范围，可将抽油机分为以下几种：低冲次nmax6min-1中等冲次6min-115min-13.4 减速箱曲柄最大允许扭矩Mmax它和上述三个基本参数间存在一定的关系，特别是和悬点最大冲程Smax长度成正比。即Smax越大，Mmax也越大。同时，曲柄的最大允许扭矩Mmax确定了减速箱的尺寸和重量。根据减速箱曲柄最大允许扭矩Mmax的变化范围，可将抽油机分为以下几种：小扭矩Mmax10KNm中等扭矩10KNmMmax30KNm大扭矩30KNm60KNm如果将扭矩和冲程次数两个基本参数相乘，就可得到抽油机单位时间（一分钟内）所需的功率。所以，也可根据抽油机所需的功率Pmax把它分为以下几种：小功率Pmax5KW中等功率5KWPmax25KW大功率25KW100KN上面，我们根据抽油机的四个基本参数和最大功率对它进行分类，以便于抽油机的设计计算。此外，抽油机按其结构可分为：前置式和后置式。按平衡方式的不同可分为：机械平衡和气动平衡。机械平衡需要金属多，调整不方便，但结构很简单，是目前应用最多的一种。气动平衡重量轻，调整方便，但结构复杂，多用于重型长抽油机。为了能对游梁式抽油机正确的进行设计计算和改进，首先必须研究上述的四个基本参数的大小和变化规律；最后，根据油田生产实际给定的条件对抽油机进行设计计算和改进。 CYJRM912D-365-192HB型偏置抽油机各字母和数字所代表的意义：CYJ游梁抽油机的代号，RM偏置型，D双圆弧齿轮减速器，365/160驴头悬点的最大载荷为36500LbS/160KN，192In/光杆最大冲程长度，912减速箱曲柄最大允许扭矩为912000InLbs/，H减速箱为点啮合圆弧齿轮传动型，B曲柄平衡。它属于重型、长冲程、中等冲次、超大扭矩型的抽油机19-20。3.5本章小结本章主要介绍了游梁抽油机的基本参数包括驴头悬点的最大允许载荷、悬点最大冲程长度Smax、悬点的最大冲程次数nmax 、减速箱曲柄最大允许扭矩Mmax。第4章 偏置抽油机的设计计算4.1 CYJRM912D-365-192抽油机的计算参数曲柄半径(R)为：1.145(米)连杆长(P)为：4.345 (米)游梁前臂(A)长为：4.360 (米)游梁后臂(C)长为：3.000 (米)曲柄回转中心至中心轴承的垂直距离（HG）为：4.140 (米)曲柄回转中心至中心轴承的水平距离（I）为：4.140 (米)游梁的最大摆角：=48.173 （度）冲程：s=3.666(米)；冲次：8（/分）；泵径：38（厘米）偏置角（）：-9 (度)悬点载荷：190（千牛）；电动机的额定功率：55（千瓦）偏置型抽油机的机构运动简图4-1所示，其中已知条件为：曲柄半径R，连杆长度P，游梁后臂长度C，游梁前臂长度A，减数器输出中心到支架轴承中心的水平距离I，减数器输出中心到支架轴承中心的垂直距离（H-G），冲次数n，减速器的额定扭矩T，电动机的额定功率。图4-1 偏置型抽油机结构运动简图4.2 几何计算根据图中的符号定义，则有：4.2.1 计算 （4-1） 式中： （4-2） ， （4-3） 4.2.2 计算 （4-4） （4-5） （4-6） 4.2.3 计算 （4-7） 4.2.4 计算 （4-8） 4.2.5 计算 （4-9） 4.2.6 计算冲程长度S （4-10） 其中： （4-11） （4-12） 4.3 运动计算4.3.1计算悬点的速度 ； （4-13） （4-14） （4-15） （4-16） （4-17） 4.3.2 计算悬点的加速度 （4-18） （4-19） （4-20） （4-21） （4-22）作表1,其内容为。表1 抽油机具体参数值度度度度Aa0558.260422.2103080586.108280.77316214.5499818023.098274181.513970.83925515179.431323.0974056381.396160.83998730160.42722.0784421878.405740.80647945141.568919.2335180377.378830.65557460123.285214.9023208978.405740.4222875106.00349.60655727781.396160.1783759090.026523.89435633686.10828-0.01601710575.46694-1.79244422792.21459-0.1414712062.26096-7.1645882799.36247-0.21105513550.22515-12.059067107.2048-0.25009915039.10951-16.38294556115.3976-0.28459716528.62531-20.0538022123.5686-0.34001718018.44431-22.94057224131.2578-0.4438051958.174399-24.80117046137.8319-0.617074206.4258360-25.29109801141.563-0.778291210357.3393-25.24183452142.425-0.824171225345.4464-23.81353431144.1038-0.90711240332.2149-20.34938501142.425-0.740597255317.7343-15.20791665137.8319-0.446329270302.2976-9.038028473131.2578-0.178964285286.166-2.44913774123.56860.028336300269.49534.079684292115.39760.197088315252.355910.15849409107.20480.350563330234.767615.4343273399.362460.501277345216.730619.5626471892.214580.64818360198.260322.2103080586.108270.773162图4-2 加速度随变化的曲线图悬点的理想加速度曲线类似于余旋函数，悬点实际加速度随曲柄转角变化的曲线与理想的加速度曲线基本一致如图4-2。4.4 工艺计算4.4.1 假设条件（1）、载荷或力的单位均按KN或N计算;（2）、抽油杆的密度取7850；油液的密度为850；（3）、泵的沉没度；（4）、不考虑抽油杆工作中的弹性伸长；（5）、不考虑由于油管内径与柱塞直径的不同而引起的加速度变化。4.4.2 符号定义（1）、抽油杆的名义载荷值，单位为“吨力”；（2）、上冲程静载荷（KN）;（3）、下冲程静载荷（KN）;（4）、抽油杆的截面积（）;（5）、抽油泵的截面积（）;（6）、油液的密度;（7）、抽油杆的密度;（8）、d抽油泵的直径（cm）;（9）、抽油杆的直径（cm）;（10）、L下泵深度（m）;（11）、Q单井日产液量（t/d）;4.4.3 计算过程中常用的数据表表2 泵径及其截面积泵径(mm)28323845515763708395面积6.168.0411.3415.9020.4325.5231.1738.4854.1070.88表3 抽油杆的直径及其截面积抽油杆的直径（英寸）5/83/47/811.125截面积1.982.853.885.076.41表4 API抽油杆尺寸组合表泵径cm抽油机型号CYJ5-4-26CYJ8-3-37CYJ10-2-53CYJ12-4.8-73CYJ14-5.4-89抽油杆的尺寸几配比287/83/40.280.721