畢業(yè)設計（論文）-常規(guī)游梁式抽油機設計.doc

常規(guī)游梁式抽油機設計1摘要常規(guī)型抽油機，是機械采油設備中問世最早，應用最廣泛，結構最簡單的設備。抽油機是石油工業(yè)中的一項重要組成部分，在抽油機驅動下，帶動其他設備運轉，實現(xiàn)油井的機械式開采。主要分為游梁式和無梁式兩大類。游梁式抽油機主要由發(fā)動機、三角帶、曲柄、連桿、橫梁、游梁、驢頭、懸繩器、支架、撬座、制動系統(tǒng)及平衡重組成。隨著時代的發(fā)展，對環(huán)保節(jié)能要求的不斷提高，在理論與實踐相結合的基礎之上，目前國內外抽油機的總的發(fā)展趨勢是向著超大載荷，長沖程，低沖次，精確平衡，自動化，智能化，節(jié)能化，高適應性，無游梁長沖程方向發(fā)展。本設計主要根據(jù)抽油機的四桿機構（曲柄連桿橫梁游梁）的工作原理。本文介紹了常規(guī)抽油機工作原理與節(jié)能原理，以及設計過程中對抽油機運動學和動力學分析與計算，闡述了這種設備的運動規(guī)律。游梁式抽油機驢頭的懸點載荷標志抽油機的工作能力的重要參數(shù)之一，而看它是否節(jié)能，其技術指標是抽油機的電動機實耗功率的大小及減速器的工作狀態(tài)。本設計全面概述了常規(guī)性抽油機的發(fā)展概況，抽油機的優(yōu)化設計及其節(jié)能原理。另外，設計者對抽油機得幾何參數(shù)，運動參數(shù)，動力學參數(shù)進行了全面的分析計算。此外，本設計不僅采用了計算機編程來計算抽油機的運動和動力學參數(shù)，而且采用了AutoCAD繪圖軟件，并附有中英文對照資料。關鍵詞：常規(guī)型抽油機；懸點載荷；結構；設計計算常規(guī)游梁式抽油機設計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)游梁式抽油機設計3目錄第一章緒論.11.1游梁式抽油機技術發(fā)展.11.1.1我國抽油機的現(xiàn)狀.11.2常規(guī)性游梁式抽油機的工作原理及節(jié)能原理.21.2.1工作原理.21.2.2節(jié)能機理.21.3節(jié)能型抽油機技術發(fā)展方向.41.3.1智能控制是采油設備發(fā)展的方向.41.3.2基礎材料的研究應用即將造就一個立式抽油機時代.51.3.3采油設備向通用化和個性化發(fā)展.51.3.4采油設備向藝術性發(fā)展.51.4游梁式抽油機優(yōu)化設計數(shù)學模型的研究.5第二章計算部分.72.1設計原始數(shù)據(jù).72.2結構組成.72.3主要參數(shù).82.4建立動力模型示功圖.82.5運動學計算.92.5.1常規(guī)游梁式抽油機幾何關系計算式.92.5.2光桿（懸點）加速度計算式.102.5.3懸點載荷計算式.102.5.4扭矩因數(shù)和光桿位置因數(shù)計算式.102.5.5減速器凈扭矩計算式.102.5.6抽油機扭矩因數(shù)幾幾何計算.112.6設計原始參數(shù).112.6.1參數(shù).112.6.2抽油機幾何結構尺寸.112.7運動學的運算.12第三章主要部件的設計計算.143.1電動機的選擇計算.143.2計算傳動比及減速器的選擇.143.2.1抽油機的總傳動比.14常規(guī)游梁式抽油機設計43.2.2選減速器.153.2.3帶的傳動比.153.3傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算.153.4帶傳動的設計.16第四章抽油機的各結構的強度校核.194.1連桿的應力分析與強度校核.194.2曲柄連接設計強度校核.204.3游梁的應力分析及強度校核.224.4游梁支承的強度校核.254.5滾動軸承的選擇和壽命計算.28結論.30參考文獻.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)游梁式抽油機設計5常規(guī)游梁式抽油機設計第一章緒論1.1游梁式抽油機技術發(fā)展抽油機產(chǎn)生和使用由來已久，迄今已有百年的歷史。應用最早，普及最廣的應屬游梁式抽油機，早在120年前就誕生了，目前，在各個產(chǎn)油國仍在大面積地廣泛應用。美國擁有40萬臺，我國擁有2.7萬臺，前蘇聯(lián)擁有4萬臺，一百多年，游梁式抽油機的結構和原理沒有實質性的變化。結構簡單，易損件減少?？煽啃愿?，耐久性好，操作維修方便，是其百年經(jīng)久不衰的根本原因。1.1.1我國抽油機的現(xiàn)狀目前，我國抽油機主要制造廠有十幾家，產(chǎn)品主要以游梁式抽油機為主，約占抽油機總數(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，異相曲柄平衡抽油機，前置氣平衡抽油機，配有CJT型節(jié)能拖動裝置的常規(guī)型抽油機，和用窄V帶傳動的常規(guī)型抽油機等均與在各個油田推廣應用，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。常沖程、低沖次的無梁式抽油機的研制也取得了也一些進展，如勝利油田設計并并與有關廠家協(xié)作生產(chǎn)的鏈條式常3沖程抽油機，已有近千臺在各油田投入使用，在低沖程抽油機和抽稠油方面已初見成效。此外，桁架結構的滑輪組增拘束抽油機，滾筒式長沖程抽油機進入了實用階段；次輪增距式長沖程抽油機的研制工作也取得了新的進展。重量輕、成本低、便于調速和調整沖程的液壓抽油機，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，其它形式的新穎抽油機加代傳動游梁式抽油機，新型遙桿抽油機，大輪式游梁抽油機，留連干游梁式抽油機也正處于開發(fā)和研制過程中。然而，游梁式抽油機的缺點是不容易實觀長沖程、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。同時長沖程、低沖次的游梁式抽油機尚待完善，（如油田正在使用的鏈條式抽油機還存在鏈條壽命短，換向沖擊載荷大河鋼絲繩易斷，導軌剛度不足容易變形等問題）而且品格還很少，不能適用于當前石油工業(yè)的發(fā)展，液壓抽油機至今還處于研制階段。所以我國抽油機的發(fā)展方向是：(1)改造現(xiàn)有常規(guī)型游梁式抽油機，加速開發(fā)新型節(jié)能抽油機；(2)加速開發(fā)各類長沖程抽油機；常規(guī)游梁式抽油機設計6(3)繼續(xù)加緊研制液壓抽油機。1.2常規(guī)性游梁式抽油機的工作原理及節(jié)能原理1.2.1工作原理電動機通過皮帶和減數(shù)器帶動曲柄作勻速圓周運動，曲柄通過連桿帶動四連桿機構的游梁以支架上中央軸承為支點，做上下擺動，帶動游梁前端的驢頭懸點連接抽油桿柱、油泵柱塞做上下往復直線運動，實現(xiàn)機械采油。當懸點（抽油桿）上沖程時，抽油桿柱帶動油泵活塞上行，油泵的游動閥（排出閥）受閥自重和油管內液柱壓力的作用而關閉，并提升柱塞上部的液體。與此同時柱塞下面的泵筒空間內里的壓力降低，當其壓力低于套管壓力時，該空間的液體將頂開油泵固定閥（吸入閥）而進入抽油泵活塞上沖程所讓開的泵筒空間；當柱塞下行時，油泵的固定閥靠自重下落而關閉，泵筒內的液體受到壓縮，在柱塞繼續(xù)下行過程中，泵內的壓力不斷增高，當泵內壓力增至超過油管內液柱壓力時，將頂開油泵的游動閥是泵筒內的液體進入油管內。由于油泵柱塞在抽油機的帶動下，連續(xù)做上下往復運動，因而油泵的固定閥和游動閥也將交替地關閉與打開，完成抽油泵的抽吸工作循環(huán)。概括地說：柱塞上行時，將柱塞之上的液體排入輸油管線，將泵外的液體吸入泵內；柱塞下行時，將柱塞之下油泵內的液體吸入柱塞之上的油管內。這樣周而復始地工作時，原油就源源不斷地被采出。圖1-1工作原理圖1.2.2節(jié)能機理作為一種采油設備是否節(jié)能可從兩個方面表現(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，用電動機驅動的抽油機，其輸入的電能大部分轉化位舉生液常規(guī)游梁式抽油機設計7體的機械功，其余部分則消耗于熱損失和摩擦損失。異相機與常規(guī)機相比，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，熱損失即使電動機平衡電流的函數(shù)，同時也是電流波動量的函數(shù)。熱損失的大小可通過一個周期載荷系數(shù)CLF來反映它可用下是來表達：nILIIInILIIICLFnn32122322211-1式中：I1In曲柄在位置1，2，3.,n處時電動機的瞬時電流，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，因為Tn就是電動機負載，Tn與I成正比例關系，所以Tn波動愈大，電流的均方根值也愈大；Tn波動愈小，電流的均方根之愈接近平均電