液壓式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、液壓式抽油機(jī)的設(shè)計(jì)摘要：本文根據(jù)液壓抽油機(jī)的基本參數(shù)和機(jī)構(gòu)性能特點(diǎn)，以常規(guī)游梁式抽油機(jī)為基礎(chǔ)模型，對其進(jìn)行技術(shù)性改進(jìn)，而得到具有新型節(jié)能特點(diǎn)的液壓式式抽油機(jī)。該機(jī)具有無極調(diào)節(jié)沖程長度、沖次，懸點(diǎn)震動(dòng)載荷小，控制靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)不同的油井狀態(tài)，同時(shí)在最大限度內(nèi)保持了常規(guī)游梁式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作、維修方便的優(yōu)勢，適合在各種工況的原油開采，是一種綜合性能比較好的液壓抽油機(jī)。文章在液壓式抽油機(jī)基本理論的基礎(chǔ)上，做了以下計(jì)算：液壓式抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)載荷的計(jì)算、液壓系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)、液壓缸的設(shè)計(jì)和電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算等。最后介紹的是各零部件設(shè)計(jì)的尺寸計(jì)算與校核，液壓式抽油機(jī)通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)抽油桿上下

2、往復(fù)運(yùn)動(dòng)；平衡系統(tǒng)主要用于控制和調(diào)節(jié)工作行程換向和抽油桿柱運(yùn)動(dòng)的平衡，是電機(jī)的負(fù)載均勻，達(dá)到節(jié)省能源的目的。，并且有利于改善構(gòu)件的受力狀況，減少抽油機(jī)事故的發(fā)生，從而提高抽油機(jī)的綜合效益。對平衡的配置進(jìn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足所要求的工況需要。關(guān)鍵詞：液壓抽油機(jī)； 液壓系統(tǒng)； 液壓缸the design of hydraulic pumping unit abstract: according to the basic parameters of hydraulic pumping units and agencies of the performance characteristics of

3、a conventional beam pumping unit for the base model, its technical improvements, and get a new energy-saving features of the hydraulic pumping unit. the machine has limitless adjustment stroke length, stroke, shock suspension point load of small, flexible control and easy, well you can adapt to diff

4、erent states, while the maximum extent possible to maintain the conventional beam pumping unit of simple structure, operation, the advantages of easy maintenance, suitable for a variety of working conditions in crude oil production, is a relatively good overall performance hydraulic pumping unit. ar

5、ticle in the hydraulic pumping unit based on the basic theory, do the following calculation: the first ass hydraulic pumping rod load calculations, schematic design of the hydraulic system, hydraulic cylinder design and motor power calculation. finally, the design is the size of the parts calculatio

6、n and check, hydraulic pumping unit driven by the hydraulic system of the upper and lower reciprocating rod; balance system is mainly used to control and adjust the work schedule for movement to and sucker rod balance the electrical load evenly, to save energy purposes. and components will help to i

7、mprove the situation by force, to reduce the occurrence of pumping units, thereby improving the overall efficiency of pumping units. the configuration of the balanced analysis and optimal design, to meet the needs of the required conditions. key words: hydraulic pumping unit; hydraulic system; hydra

8、ulic cylinder 顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音字典目 錄1 緒論11.1 前言11.2 國外液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況21.3 國內(nèi)液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況21.4 抽油機(jī)的現(xiàn)狀發(fā)展方向及其節(jié)能技術(shù)31.4.1 現(xiàn)有抽油機(jī)主要存在的問題31.4.2 今后抽油機(jī)的發(fā)展方向41.4.3 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)及發(fā)展情況51.5 液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)方案及基本原理62 液壓抽油機(jī)總體尺寸的確定72.1 公式推導(dǎo)72.1.1 幾何關(guān)系公式72.1.2 行程計(jì)算公式82.1.3 力矩計(jì)算公式82.1.4 單位功計(jì)算公式82.1.5 油缸最大擺角公式82.2 方案計(jì)算82.2.1 分別計(jì)算和s。92.2.2 分別計(jì)算和92

9、.2.3 計(jì)算 及 。92.2.4 計(jì)算單位功92.2.5計(jì)算油缸行程92.2.6 計(jì)算油缸最大擺角103 運(yùn)動(dòng)分析103.1 原理闡述103.2 液壓缸中活塞運(yùn)動(dòng)的規(guī)律113.3 驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性分析133.4 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果143.4.1 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度分析144 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和液壓元件的選擇174.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)174.2 液壓元件的設(shè)計(jì)和選擇184.2.1 液壓缸的設(shè)計(jì)184.2.2 確定液壓泵的實(shí)際流量以及泵的選型194.2.3 蓄能器的選擇與計(jì)算194.2.4 所需功率的計(jì)算與電機(jī)的選型194.2.5 其他液壓元件的選擇204.3 密封裝置的設(shè)計(jì)214.3.1 密封

10、裝置的簡介和分類214.3.2 密封裝置的選擇224.3.3 密封圈在使用中的注意事項(xiàng)225液壓抽油機(jī)載荷分布及平衡分析245.1 懸點(diǎn)載荷245.1.4懸點(diǎn)靜載荷255.1.2 懸點(diǎn)動(dòng)載荷的簡化計(jì)算265.1.3 懸點(diǎn)最大載荷和最小載荷計(jì)算275.2 平衡計(jì)算285.2.1 平衡的定義及判斷285.5.2 平衡度的計(jì)算286 主要部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核計(jì)算306.1 主要部件強(qiáng)度計(jì)算、校核306.1.1 游梁的強(qiáng)度計(jì)算校核306.1.2 游梁軸承的校核326.2 其余部件的設(shè)計(jì)和選擇336.2.1 驢頭的設(shè)計(jì)336.2.2 橫梁的設(shè)計(jì)346.2.3支架的設(shè)計(jì)346.2.4 鋼絲繩和懸繩器347

11、與常規(guī)型抽油機(jī)比較優(yōu)缺點(diǎn)347.1 常規(guī)型游梁抽油機(jī)簡介347.2 與常規(guī)型抽油機(jī)比較358結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝381 緒論1.1 前言 一百多年前，以石油制成品為動(dòng)力的機(jī)器誕生以后，對石油的飛速發(fā)展，為石油工業(yè)的崛起提供了發(fā)展的契機(jī)。伴隨石油開采業(yè)的發(fā)展，人們不同的油田、不同的油井，產(chǎn)量有大有小，有些也不能自流到地面。為此產(chǎn)生了解決油井生產(chǎn)舉升的設(shè)備-抽油機(jī)。 液壓抽油機(jī)是有桿采油裝置中的地面動(dòng)力傳動(dòng)裝置，其作用是通過液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)曲柄連桿或其他連桿結(jié)構(gòu)等，其動(dòng)力是由動(dòng)力機(jī)變?yōu)橐簤罕煤统橛捅玫耐鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)抽油泵的吸油和排油過程，并懸掛抽油桿，承受荷重。 隨著采油設(shè)備技術(shù)研究的深入，設(shè)

12、計(jì)和制造水平的提高，抽油機(jī)在最初的雛形上得到了長足的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)明有數(shù)百種。近年來，有余制造工藝及元件質(zhì)量的不斷提高，特別是采油工藝的需要，又引起人們的重視。盡管抽油機(jī)的種類很多，結(jié)構(gòu)形式各異，但是，由于不同油田對抽油機(jī)的要求不同，近幾年來，隨著我國各油田越來越多地需要長沖程、低沖次的抽油機(jī)來提高產(chǎn)量，以研究開發(fā)出多種節(jié)能型液壓抽油機(jī)。 液壓抽油機(jī)主要由液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于驅(qū)動(dòng)抽油桿，帶動(dòng)抽油油泵作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；平衡系統(tǒng)主要用于控制和調(diào)節(jié)工作行程換向和抽油桿柱運(yùn)動(dòng)的平衡，是電機(jī)的負(fù)載均勻，達(dá)到節(jié)省能源的目的。平衡方式有啟動(dòng)平衡、機(jī)械平衡、兩井互相平衡和用油管柱平

13、衡等4種。液壓式抽油機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有無極調(diào)節(jié)沖程長度、沖次，懸點(diǎn)震動(dòng)載荷小，控制靈活、方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)不同的油井狀態(tài)。液壓式抽油機(jī)的主要缺點(diǎn)是：存在裝機(jī)功率大、能耗高、自適應(yīng)能力差等缺點(diǎn)。近些年來，我國石油裝備總水平已有很大提高，特別是采油工程中，機(jī)械采油井已超過90%以上，其中有感沖、有桿抽油油井又占機(jī)械采油的90%以上。目前，抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵自給率100%。對保持原油總產(chǎn)量穩(wěn)定，起了決定性作用。為了追求開采效益最大化，以最少的投入換來最大的回報(bào)，開發(fā)節(jié)能高效的抽油設(shè)備，成為了油田經(jīng)營者和抽油機(jī)設(shè)備生產(chǎn)廠家致力追求的目標(biāo)。因此，對抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)是十分必要的。1.

14、2 國外液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況 國外抽油機(jī)的研制起步較早，到50-60年代，隨著液壓技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)得到了較好的優(yōu)化改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上出現(xiàn)了各種形式的性能優(yōu)良的液壓抽油機(jī)。1961年美國axelson公司研制成功了hydrox長沖程cb型液壓抽油機(jī)，其沖程長度為1.2-7.95m，適用井深為670-2032m，并在美國幾大油田獲得了成功的應(yīng)用性試驗(yàn)；965年前蘇聯(lián)國立石油機(jī)械制造科學(xué)院研制成功了arh型油管平衡是液壓抽油機(jī)，并在哈迪局石油管理局的兩口井深為700-1100m的敬重進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，經(jīng)一年半的試用后，證明該機(jī)重量輕、易安裝、性能可靠，此后該機(jī)便投入了小批量生

15、產(chǎn)和使用；1977年加拿大canadian formost ltd,研制成功了一種技術(shù)先進(jìn)的hep型液壓抽油機(jī)，該機(jī)最大的特點(diǎn)是上下沖程的速度可以分開調(diào)節(jié)，該機(jī)的沖程長度為1.625-4.267m，在加拿大埃爾伯塔省冷湖地區(qū)成功的進(jìn)行了小批量實(shí)驗(yàn)，目前該機(jī)型已形成產(chǎn)品系列；法國mape公司研制成功了mape型長沖程液壓抽油機(jī)，其最大沖程長度為10m，最高沖次為5次每分，懸點(diǎn)最大載荷為34.23-195.64kn，目前mape型液壓抽油機(jī)已有6中規(guī)格的產(chǎn)品。美國wgco公司研制成功的整體低矮型長沖程液壓抽油機(jī)更具特點(diǎn)，滾筒由倆組馬達(dá)交替驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)柔性驅(qū)動(dòng)滯后滾筒的正反向旋轉(zhuǎn)，整機(jī)裝配的功率為147

16、kw，最大沖程次數(shù)為3米每分，該機(jī)的液壓系統(tǒng)和其它部分的易損件可以滿足40000h的使用壽命要求。此外，加拿大curtis hoover inc。也相繼研制成功了低機(jī)架型和高機(jī)架型兩種型的液壓抽油機(jī)，該液壓抽油機(jī)的最大懸點(diǎn)載荷為222，26kn，最大沖程長度為5.08m，最大沖程次數(shù)可達(dá)12次每分?？傊瑸榱诉m應(yīng)油田生產(chǎn)的需要，并在此基礎(chǔ)上提高設(shè)備的工作可靠性和采油效益，國外已研制成功了各種形式的液壓抽油機(jī)，這些抽油機(jī)已相繼在石油開采中得到了推廣應(yīng)用，發(fā)揮了良好作用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，目前國外液壓抽油機(jī)已形成系列產(chǎn)品并以推向市場。1.3 國內(nèi)液壓抽油機(jī)的發(fā)展概況 隨著油田開發(fā)的推移，我國大

17、多數(shù)油田都已進(jìn)入開發(fā)的中后期，逐漸喪失自噴能力.基本上已從自噴轉(zhuǎn)入機(jī)采。80年代初.我國擁有機(jī)采油井2 萬口，占油井總數(shù)的57.3% .機(jī)采原油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的27% 。到80 年代束，我國擁有機(jī)采油井3萬口，占油井總數(shù)的85% ，機(jī)采原油產(chǎn)量占總產(chǎn)量的80% .在這些機(jī)采油井中，來用抽油機(jī)有桿式抽油占90% ，采用電潛泵、水力活塞泵、射流泵、氣舉等其它無桿式抽油只占10%。1.4 抽油機(jī)的現(xiàn)狀發(fā)展方向及其節(jié)能技術(shù) 1.4.1 現(xiàn)有抽油機(jī)主要存在的問題游梁式抽油機(jī) 有桿抽油泵全系統(tǒng)的總效率在國內(nèi)一般地區(qū)平均只有1223，先進(jìn)地區(qū)至今也不到3o。美國的常規(guī)型抽油機(jī)系統(tǒng)效率較高，但也僅有46。系統(tǒng)效

18、率低下，能耗大，耗電就多，因此，節(jié)能成為有桿抽油系統(tǒng)的一個(gè)亟需解決的問題。此外，隨著老油田油井的注水開發(fā)，油田已經(jīng)開始進(jìn)入高含水采油期。不斷提高產(chǎn)液量，以液保油，這是注水開采油田保證原油穩(wěn)產(chǎn)的必要趨勢。這種開采特點(diǎn)要求抽油機(jī)的沖程越長越好，使得在役的常規(guī)型游梁式抽油機(jī)機(jī)型偏小，在一定程度上已經(jīng)不能滿足長沖程、低沖次生產(chǎn)的要求。1）系統(tǒng)效率低的原因究其原因，有桿抽油系統(tǒng)是由電機(jī)、地面?zhèn)鲃?dòng)設(shè)備及井下抽油設(shè)備組成，系統(tǒng)效率是各部分效率的連乘積，任何一環(huán)的效率變低，都會(huì)使總效率變低，因此要提高抽油機(jī)系統(tǒng)的總效率實(shí)現(xiàn)節(jié)能是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題。2）抽油機(jī)能耗大的主要原因由于在同一工況，井況和同一時(shí)刻下

19、，井下的能耗因地面游梁機(jī)型不同而會(huì)發(fā)生差異。如示功圖會(huì)有所改變，表明泵的充滿度 光桿功率的變化。致使抽油機(jī)能耗大的主要原因有：抽油機(jī)的負(fù)荷特性與異步電動(dòng)機(jī)的硬的轉(zhuǎn)矩特性不相匹配，甚至出現(xiàn)“發(fā)電機(jī)” 工況，出現(xiàn)二次能量轉(zhuǎn)化。一般電動(dòng)機(jī)的負(fù)載率過低，約為3o，致使電動(dòng)機(jī)以較低的效率運(yùn)行。 電動(dòng)機(jī)在一個(gè)沖程中的某個(gè)時(shí)段被下落的抽油桿反向拖動(dòng)，運(yùn)行于再生發(fā)電狀態(tài)，抽油桿下落所釋放的機(jī)械能有部分轉(zhuǎn)變成了電能回饋電網(wǎng)，但所回饋的電能不能全部被電網(wǎng)吸收，引起附加能量損失，同時(shí)負(fù)扭矩的存在使減速器的齒輪經(jīng)常受反向載荷，產(chǎn)生背向沖擊，降低了抽油機(jī)的使用壽命。常規(guī)抽油機(jī)的扭矩因數(shù)大，載荷波動(dòng)系數(shù)clf 亦大，故均

20、方根扭矩大，能耗增加。常規(guī)抽油機(jī)運(yùn)行的懸點(diǎn)加速度、速度的最大值過大，影響懸點(diǎn)載荷，動(dòng)載增大。采用對稱循環(huán)工作制使泵充滿度下降，影響產(chǎn)量，泵效降低，能耗亦增大。1.4.2 今后抽油機(jī)的發(fā)展方向抽油機(jī)的發(fā)展趨勢主要朝著以下幾個(gè)方向。21朝著大型化方向發(fā)展隨著世界油氣資源的不斷開發(fā)，開采油層深度逐年增加，石油含水量也不增加，采用大泵提液采油工藝和開采稠油等，都要求采用大型抽油機(jī)。所以，近年來國外出現(xiàn)了許多大載荷抽油機(jī)，例如前置式氣平衡抽油機(jī)最大載荷213kn、氣囊平衡抽油機(jī)最大載荷227kn等，將來會(huì)有更大載荷抽油機(jī)出現(xiàn)。采用長沖程抽油方式，抽油效率高、抽油機(jī)壽命長、動(dòng)載小、排量穩(wěn)定，具有較好的經(jīng)濟(jì)

21、效益。如法國mape公司抽油機(jī)最大沖程10m，wgco公司抽油機(jī)最大沖程2438m。22朝著低能耗方向發(fā)展為了減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，近年來研制與應(yīng)用了許多節(jié)能型抽油機(jī)。如異相機(jī)、雙驢頭抽油機(jī)、擺桿抽油機(jī)、漸開線抽油機(jī)、摩擦換向抽油機(jī)、液壓抽油機(jī)及各種節(jié)能裝置和控制裝置。23朝著高適應(yīng)性方向發(fā)展現(xiàn)在抽油機(jī)應(yīng)具備較高的適應(yīng)性，以便拓寬使用范圍。例如適應(yīng)各種自然地理和地質(zhì)構(gòu)造條件抽油的需要；適應(yīng)各種成分石油抽取的需要，適應(yīng)各種類型油井抽取的需要；適應(yīng)深井抽取的需要，適應(yīng)長沖程的需要；適應(yīng)節(jié)電的需要；適應(yīng)精確平衡的需要；適應(yīng)無電源和間歇抽取的需要；適應(yīng)優(yōu)化抽油的需要等。2 4朝著長沖程無游梁抽油機(jī)方

22、向發(fā)展近年來國內(nèi)、外研制與應(yīng)用了多種類型的長沖程抽油機(jī)，其中包括增大沖程游梁抽油機(jī)，增大沖程無游梁抽油機(jī)和長沖程無游梁抽油機(jī)。實(shí)踐與理論表明，增大沖程無游梁抽油機(jī)是增大沖程抽油機(jī)的發(fā)展方向，長沖程無游梁抽油機(jī)是長沖程抽油機(jī)發(fā)展方向25朝著自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展近年來，抽油機(jī)技術(shù)發(fā)展的顯著標(biāo)志是自動(dòng)化和智能化。bak er 提升系統(tǒng)公司、delta x公司、aps公司等研制了自動(dòng)化抽油機(jī)，具有保護(hù)和報(bào)警功能，實(shí)時(shí)測得油井運(yùn)動(dòng)參數(shù)及時(shí)顯示與記錄，并通過進(jìn)行綜合計(jì)算分析，推得出最優(yōu)工況參數(shù)，進(jìn)一步指導(dǎo)抽油機(jī)在最優(yōu)工況抽油。nsco公司智能抽油機(jī)采用微處理機(jī)和自適應(yīng)電子控制器進(jìn)行控制與監(jiān)測，具有抽油效

23、率高、節(jié)電、功能多、安全可靠、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？偠灾?，抽油機(jī)將朝著節(jié)能降耗并具有自動(dòng)化、智能化、長沖程、大載荷、精確平衡等方向發(fā)展。1.4.3 抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)及發(fā)展情況抽油機(jī)節(jié)能技術(shù)目前主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究。31改進(jìn)抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)這種方法主要是通過對抽油機(jī)四桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改變抽油機(jī)平衡方式來改變抽油機(jī)曲柄軸凈扭矩曲線的形狀和大小，減小負(fù)扭矩，使扭矩波動(dòng)平緩，從而減小抽油機(jī)的周期載荷系數(shù)，提高電動(dòng)機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。例如：美國cmi公司研究開發(fā)torqmaster 異相型抽油機(jī)，其最大扭矩減小6o節(jié)電l 5 35l美國lufilin公司開發(fā)的mark 型前置式抽油機(jī)

24、，平均節(jié)電368；自2o世紀(jì)8o年代中后期我國油田使用最多的節(jié)能型抽油機(jī)是偏置式節(jié)能抽油機(jī)，該機(jī)系統(tǒng)效率提高368，單耗下降1487；1991年由華北油田采油一廠開發(fā)的雙驢頭節(jié)能抽油機(jī)與常規(guī)機(jī)相比，該機(jī)的系統(tǒng)效率提高了822，單耗下降245。 32采用節(jié)能驅(qū)動(dòng)設(shè)備這種方法是從研究電機(jī)的特性人手，研究開發(fā)新型的電動(dòng)機(jī)，使之與采油井井況相匹配，進(jìn)而達(dá)到提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)的目的，即采用高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)差率81 3)和超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)代替常規(guī)轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)差率小于5)。美國baldor 電器公司生產(chǎn)的高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽油機(jī)可提高功率因數(shù)74，節(jié)電227；在國內(nèi)，超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)有功節(jié)電率

25、為1056，綜合節(jié)電率為1742；還有采用同步電機(jī)、變頻器等，但因造價(jià)高，難以推廣；另外，還有采用節(jié)能配電箱來實(shí)現(xiàn)節(jié)電的。33采用節(jié)能控制裝置如dsc系列抽油機(jī)多功能程控裝置、間抽定時(shí)控制裝置34采用節(jié)能元部件如窄v型帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)等。35改進(jìn)平衡方式如采用氣動(dòng)平衡或天平平衡等。36 改進(jìn)“三抽”系統(tǒng)部件有采用抽油桿導(dǎo)向器、空心抽油桿，減振式懸繩器等部件，都可提高三抽系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到節(jié)能的目的。37采用高效節(jié)能泵提高泵效，即降低了百米噸耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能?？傊陙沓橛蜋C(jī)節(jié)能技術(shù)的研究已成為科技攻關(guān)的方向。以上七種方法都已經(jīng)取得了顯著的節(jié)能效果，有的在原有抽油機(jī)的基礎(chǔ)上加以改造，簡單易行，

26、改造費(fèi)用低，但是不能從根本上解決抽油機(jī)的工作工況，使之與電動(dòng)機(jī)的工作特性相匹配；有的改變了電動(dòng)機(jī)的工作特性，使之與抽油機(jī)的工作工況相匹配，提高了電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)，達(dá)到了節(jié)能的目地。1.5 液壓抽油機(jī)設(shè)計(jì)方案及基本原理 圖1-1 液壓抽油機(jī)原理圖該液壓抽油機(jī)采用常規(guī)的游梁式，由液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓缸繼而經(jīng)游梁帶動(dòng)驢頭上下移動(dòng)，從而完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程。液壓抽油機(jī)主要由液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、平衡系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于驅(qū)動(dòng)抽油桿，帶動(dòng)抽油油泵作上、下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；平衡系統(tǒng)主要用于控制和調(diào)節(jié)工作行程換向和抽油桿住運(yùn)動(dòng)的平衡，是電機(jī)的負(fù)載均勻，達(dá)到節(jié)省能源的目的。平衡方式有啟動(dòng)平衡、機(jī)械平衡、兩井互相平衡和

27、用油管柱平衡等4種2 液壓抽油機(jī)總體尺寸的確定設(shè)計(jì)的該液壓抽油機(jī)選擇第二種硬接方式，其特點(diǎn)是油缸與游梁連接點(diǎn)的上下倆極限位置a,b與油缸上下支點(diǎn)在一條直線上。顯然，此時(shí)acb弧的弦長即是油缸的行程s,當(dāng)油缸的最大旋轉(zhuǎn)角度固定時(shí)（一般為一個(gè)弧度），s只與旋轉(zhuǎn)半徑r有關(guān)，與其他參數(shù)無關(guān)。此時(shí)的s既是第一種硬連接方式的油缸行程的極限值。2.1 公式推導(dǎo)2.1.1幾何關(guān)系公式圖2-1 第二種硬連接方式的幾何關(guān)系圖 2.1.2 行程計(jì)算公式 2.1.3 力矩計(jì)算公式 2.1.4 單位功計(jì)算公式 2.1.5 油缸最大擺角公式 2.2 方案計(jì)算此方案的計(jì)算參照圖2其計(jì)算步驟如下：2.2.1 分別計(jì)算和s。由

28、集合關(guān)系公式得2.2.2分別計(jì)算和 2.2.3 計(jì)算 及 。 由力矩計(jì)算公式計(jì)算2.2.4 計(jì)算單位功 計(jì)算 計(jì)算； 可見功率未受損。2.2.5 計(jì)算油缸行程計(jì)算 2.2.6 計(jì)算油缸最大擺角 由式得出油缸最大擺角 將和二曲線一并畫入圖2-2中。圖2-2 第二種硬連接方式的特性曲線3 運(yùn)動(dòng)分析3.1 原理闡述由該液壓抽油機(jī)的原理圖可知：驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決與液壓缸中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因?yàn)閺慕Y(jié)構(gòu)上看，倆者之間的關(guān)系是正比例關(guān)系，因此，研究驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一致的。圖3-1 液壓抽油機(jī)的原理圖3.2 液壓缸中活塞運(yùn)動(dòng)的規(guī)律 在設(shè)計(jì)中，活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律除在上下沖程開始和結(jié)束時(shí)是勻

29、加速運(yùn)動(dòng)，在上下沖程交替時(shí)，有一短暫的靜止時(shí)間，其他時(shí)間內(nèi)均為勻速運(yùn)動(dòng)。其正半周期的函數(shù)表示為：式中：為最大速度，為加速時(shí)間，為半停止時(shí)間，t為沖程周期。由于抽油機(jī)沖次為6次/min；故活塞運(yùn)動(dòng)的周期為： =10s設(shè)計(jì)活塞運(yùn)動(dòng)過程中加速時(shí)間為： 上下死點(diǎn)位置停頓時(shí)間各為： 故半周期內(nèi)活塞勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間為： =5-1-1 =3s則： 而活塞的沖程長度為： 所以可得活塞的加速度為： 活塞的最大速度為： 所以可得液壓缸活塞桿速度的特性曲線圖如下：圖3-2 工作液壓缸活塞桿的速度特性曲線3.3 驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性分析 驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律取決于液壓缸中活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從結(jié)構(gòu)上看，兩者之間的關(guān)系是正比例關(guān)系

30、。因此，研究驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與研究活塞的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是一致的。 所以驢頭懸點(diǎn)速度規(guī)律其半周期函數(shù)表達(dá)式為：式中：為最大速度，為加速時(shí)間，為半停止時(shí)間，t為沖程周期。 將上式積分一次，得到驢頭懸點(diǎn)位移-時(shí)間函數(shù)為： 式中：為最大位移，積分常數(shù)由初始位置確定。將速度半周期函數(shù)微分一次，的驢頭懸點(diǎn)加速度-時(shí)間函數(shù)為： 式中：，為最大加速度。 ycyj 8-3-6 型液壓抽油機(jī)基本參數(shù)為懸點(diǎn)最大載荷為80kn，沖程長度3m，沖刺6。由于驢頭懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是正比例關(guān)系，因此：驢頭懸點(diǎn)最大位移為： =2.876m懸點(diǎn)最大加速度為： 懸點(diǎn)最大速度為： 3.4 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果3.4.

31、1 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度分析 圖3-3 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)位移曲線 圖3-4 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移特性圖3.4.1 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)加速度曲線圖3-5 驢頭懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度特性曲線4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和液壓元件的選擇4.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖4-1 液壓系統(tǒng)原理圖 該液壓原理圖為全狀態(tài)調(diào)控式液壓抽油機(jī)的液壓系統(tǒng)。它是包括一套油泵組合，既有電機(jī)29手動(dòng)變量軸向柱塞泵30、粗油濾31和單向閥26等4部分組成。高壓油依次經(jīng)過精油濾32、電液換向閥18、兩個(gè)液控單向閥17和17a，分別與油缸12的中間兩腔管路12，15相通。油缸12上腔13a由管路13分別經(jīng)過高壓截止閥40，41，42和43與蓄能器20、油源b點(diǎn)和油箱相

32、通，其中40，41兩閥通徑為40mm，而42和43的通徑為16mm。電接點(diǎn)壓力45的兩個(gè)電接點(diǎn)kg和kd分別感受油路負(fù)載壓力。它可將點(diǎn)信號送至電路控制中心加以判斷和處理后，才能發(fā)出停機(jī)與否命令。電磁溢流閥23做安全閥適用，遠(yuǎn)程調(diào)壓閥25起調(diào)節(jié)作用。此外，二位三通電磁換向閥19、蓄能器22和單向閥27組成液控單向閥17與17a的控制回路。顯然，液控單向閥17與17a的啟閉只與換向閥19的電路通斷有關(guān)，與泵源有無壓力無關(guān)。因?yàn)樾钅芷?2經(jīng)常保持有足夠的壓力與流量，顯然，此時(shí)液控單向閥變成了電控單向閥。此外，由蓄能器21、溢流閥24與單向閥28組成系統(tǒng)的補(bǔ)油回路8.壓力表45，46，47，分別表示油

33、源壓力、蓄能器20的瞬時(shí)壓力與補(bǔ)油回路48的充放壓力。 全狀態(tài)調(diào)控式液壓抽油機(jī)包括九個(gè)回路，分別為：1.啟動(dòng)回路； 2.換向回路； 3.平衡回路； 4.過載與斷載保護(hù)回路； 5.補(bǔ)油回路； 6.剎車回路； 7.消震回路；8.液位控制與油溫控制回路；9.電機(jī)熱保護(hù)回路。4.2 液壓元件的設(shè)計(jì)和選擇4.2.1 液壓缸的設(shè)計(jì) 油缸的主要參數(shù)為行程，活塞桿半徑r和中間腔桿半徑等四個(gè)參數(shù)，其中由抽油機(jī)最大行程s和前后驢頭力臂來決定。其中力臂比為4：1，故；活塞桿半徑r取決于懸點(diǎn)最大載荷,在4拉力作用下，根據(jù)拉伸強(qiáng)度可算出r；缸半徑r與中間桿徑分別與蓄能器平均壓力和負(fù)載壓力平均值有關(guān)。 一般選取范圍為14

34、-20mpa為宜，過高蓄能器壽命降低，過低會(huì)增大油缸尺寸和蓄能器容量。選取范圍也應(yīng)在14-20mpa為宜。 確定r，和 這里=0.03/0.08=0.375,初選=18mpa，則可由下式得出 若選，則 若選，則 求， 選，由式得到 故 因而 取，則 此時(shí)變成 4.2.2 確定液壓泵的實(shí)際流量以及泵的選型由式得知 若選排量為40ml/r的手動(dòng)軸向柱塞泵，其型號為40scy14-1b.則當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1460r/min時(shí)的流量為 因此沖刺n可達(dá)到 4.2.3 蓄能器的選擇與計(jì)算由式算出 今選蓄能器一個(gè)為80l，即nxq-l80/31.5a,則 4.2.4 所需功率的計(jì)算與電機(jī)的選型此時(shí)所需功率由式可

35、得出 若扔設(shè),或者沖次為，或者沖成為則 這里選電機(jī)功率為15kw，其型號為y160l-4。4.2.5 其他液壓元件的選擇1 油箱的選擇油箱的用途是儲油和散熱，此外還能沉淀油中的雜志和分離油氣等。油箱的容量主要根據(jù)散熱的要求確定，同時(shí)也要考慮液壓系統(tǒng)工作時(shí)的油箱內(nèi)液面的最低高度，又要顧及到停機(jī)時(shí)負(fù)載與管路中的油返回油箱不至溢出。另外，還要考慮到油中所含的雜志能夠有機(jī)會(huì)沉淀，所含空氣也能夠排除。一般油箱的有效容積每分鐘流量的2-6倍大小則 現(xiàn)選取油箱容量為200l，壁厚3mm。2 油管的選擇 油管是用來連接各元件，是整個(gè)液壓系統(tǒng)彼此溝通的連接件。由于橡膠管可以隨意彎曲，并允許在工作中有一定的相對運(yùn)

36、動(dòng)，另外其抗震性好、裝配方便，并能吸收液壓系統(tǒng)中一定的壓力。所以選取橡膠管，但是其成本高，壽命短。 油管截面積計(jì)算 油管的內(nèi)徑應(yīng)與要求的流通能力相適應(yīng)，若管徑太小、液壓油流速太高會(huì)增加沿途壓力損失，使油溫過高，而會(huì)引起震動(dòng)和噪聲；若管徑太大，不便于安裝，而且體積大，造價(jià)增高，但對于大功率系統(tǒng)，尤其冷卻困難的系統(tǒng)相當(dāng)?shù)闹匾?管內(nèi)徑計(jì)算公式： 式中 q-通過油管的最大流量 v-油管中的最大流速 一般對于吸油管 v1.5m/s , 對于高壓管v5m/s; 對于回油管v2.5m/s。 管接頭是用來連接油管與液壓元件的部分，分為焊接式、法蘭式、卡套式與擴(kuò)口式。3. 濾油器選擇液壓系統(tǒng)的故障，往往是由于

37、液壓油中含有雜志而引起的。油中含有雜質(zhì)會(huì)使運(yùn)動(dòng)零件劃傷、磨損甚至壞死，或者常使截流小孔堵死等，因此液壓系統(tǒng)中油的清潔是非常重要的。除了油箱、管件和液壓元件干凈外，這里還得引入濾油器。安裝在油管上用網(wǎng)狀粗濾油器有效的保護(hù)這真?zhèn)€液壓系統(tǒng)；任何液壓系統(tǒng)都要在液壓泵的出口管路上裝精濾油器以保護(hù)所有的液壓元件；在重要液壓元件錢安裝濾油器。 4. 蓄能器的選擇蓄能器的用途是一種高壓油的壓力容器，在液壓系統(tǒng)中起著非常重要的作用，其主要用途：1.用作補(bǔ)油 2.吸收沖擊 3.起濾波作用 4.用作保壓源或應(yīng)急源 選擇氣囊式蓄能器。5. 冷卻器和加熱器選擇 冷卻器選用蛇形管冷卻器即在回油上串聯(lián)一個(gè)類似彈簧行的管子，

38、并將其放在水箱中，水可以不斷的流進(jìn)流出用以散掉熱量。 當(dāng)液壓油在過冷的地方工作時(shí)，如-40攝氏度以下時(shí)就應(yīng)啟動(dòng)將油溫加熱到15攝氏度以上，否則泵易吸空，而出口壓力會(huì)過高，此時(shí)需要增設(shè)加熱器，一般加熱器都采用電熱管絲式并有加溫控制線路，在加熱時(shí)可以預(yù)先設(shè)定溫度值。4.3 密封裝置的設(shè)計(jì)4.3.1 密封裝置的簡介和分類 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結(jié)合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機(jī)器設(shè)備內(nèi)部的零部件或措施。 密封是解決液壓系統(tǒng)泄漏問題的有效手段之一。當(dāng)液壓系統(tǒng)的密封不好時(shí)會(huì)因外泄漏污染環(huán)境，還會(huì)造成空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)而影響液壓泵的工作性能和液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性;當(dāng)內(nèi)泄漏嚴(yán)重時(shí)，造

39、成系統(tǒng)容積效率過低及油溫升過高，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。密封可分為靜密封和動(dòng)密封兩大類。靜密封主要有墊密封、密封膠密封和直接接觸密封三大類。根據(jù)工作壓力，靜密封又可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封，高壓靜密封則用材質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片。動(dòng)密封可以分為旋轉(zhuǎn)密封和往復(fù)密封兩種基本類型。按密封件與其作相對運(yùn)動(dòng)的零部件是否接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封；按密封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封，端面密封又稱為機(jī)械密封。動(dòng)密封中的離心密封和螺旋密封，是借助機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)給介質(zhì)以動(dòng)力得到密封，故有時(shí)稱為動(dòng)力密封。4.3.2 密封裝置的選擇對密封裝置的要求：

40、1) 在工作壓力和一定溫度范圍內(nèi)，應(yīng)具有良好的密封性能，并隨著壓力的增加能自動(dòng)提高密封性能。2) 密封裝置和運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦要小，摩擦系數(shù)要穩(wěn)定。3) 抗腐蝕能力強(qiáng)，不易老化，工作壽命長，耐磨性好，磨損后在一定程度上能自動(dòng)補(bǔ)償。4) 結(jié)構(gòu)簡單，使用、維護(hù)方便，價(jià)格低廉。 間隙密封是靠相對運(yùn)動(dòng)見配合面之間的微小間隙來進(jìn)行密封的。間隙密封常用與柱塞、活塞或圓柱配合副中。 o型密封圈一般用耐由橡膠制成，其橫截面呈圓形，它具有良好的密封性能，內(nèi)外側(cè)和斷面都能其密封作用。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力小、制造容易、裝拆方便、成本低、高低壓均可用等特點(diǎn)，在液壓系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 唇形密封圈根據(jù)截面的

41、形狀可分為y形、v形、u形、l行等，其工作原理：液壓力將密封圈的兩唇邊壓向形成間隙的兩個(gè)零件的表面。這種，密封作用的特點(diǎn)是隨著工作壓力的變化自動(dòng)調(diào)整密封性能，壓力越高則唇邊被壓的越緊，密封性越好，當(dāng)壓力降低時(shí)唇邊壓緊程度也隨之降低，從而減少了摩擦阻力和功率消耗。此外，還能自動(dòng)補(bǔ)償唇邊的磨損。 組合式密封裝置包括密封圈在內(nèi)的二元以上元件的組合密封裝置。充分發(fā)揮了橡膠密封圈和滑環(huán)各自的長處，不緊工作可靠，摩擦力低、穩(wěn)定性好，而且使用壽命比普通橡膠密封提高近百倍，在工程上得到了廣泛應(yīng)用?；剞D(zhuǎn)軸的密封裝置這種密封圈主要用作與液壓泵、液壓馬達(dá)和回轉(zhuǎn)式液壓缸的伸出軸的密封，以防止油液漏到殼外部，它的工作壓

42、力一般不超過0.1mpa，最大允許線速度為4-8m/s。4.3.3 密封圈在使用中的注意事項(xiàng) (1)不能裝錯(cuò)方向和破壞唇邊。唇邊若有50m以上的傷痕，就可能導(dǎo)致明顯的漏油。(2)防止強(qiáng)制安裝。不能用錘子敲入，而要用專用工具先將密封圈壓入座孔內(nèi)，再用簡單圓筒保護(hù)唇邊通過花鍵部位。安裝前，要在唇部涂抹些潤滑油，以便于安裝并防止初期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燒傷，要注意清潔。(3)防止超期使用。動(dòng)密封的橡膠密封件使用期一般為30005000h，應(yīng)該及時(shí)更換新的密封圈。(4)更換密封圈的尺寸要一致。要嚴(yán)格按照說明書要求，選用相同尺寸的密封圈，否則不能保證壓緊度等要求。(5)避免使用舊密封圈。使用新密封圈時(shí)，也要仔細(xì)檢查其

43、表面質(zhì)量，確定無小孔、凸起物、裂痕和凹槽等缺陷并有足夠彈性后再使用。(6)安裝時(shí)，應(yīng)先嚴(yán)格清洗打開的液壓系統(tǒng)各部位,最好使用專用工具，以防金屬銳邊將手指劃傷。(7)更換密封圈時(shí)，要嚴(yán)格檢查密封圈溝槽，清除污物，打磨溝槽底。(8)為防止損壞導(dǎo)致漏油，必須按規(guī)程操作，同時(shí)，不能長時(shí)間超負(fù)荷或?qū)C(jī)器置于比較惡劣的環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)。5 液壓抽油機(jī)載荷分布及平衡分析5.1 懸點(diǎn)載荷 抽油機(jī)通過抽油桿帶動(dòng)井下抽油泵工作時(shí)，在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上作用有三類載荷：（1） 靜載荷：包括抽油桿自重以及油管外靜壓力作用于抽油泵柱塞上的液壓靜載荷。（2） 動(dòng)載荷：由于抽油桿柱和油管內(nèi)的液體不等速運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的桿柱動(dòng)載荷以及作用于

44、柱塞上的液柱動(dòng)載荷。（3） 各種摩擦力產(chǎn)生的載荷：由于油井中影響摩擦力的因素特別復(fù)雜，例如，桿柱與油管的偏心桿柱速度與液體流速在油井的深度方向上的變化，液體粘度在油井深度方向上的變化等因素。到目前為止還沒有一套公認(rèn)的比較可靠的計(jì)算方法，并在通常情況下摩擦力忽略不計(jì)。 在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，靜載荷和動(dòng)載荷是隨之作周期性變化的。因此在抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中，研究靜載荷和動(dòng)載荷是非常必要的。 先設(shè)已知所設(shè)計(jì)的條件為： 井深為2000m，抽油液體密度為；動(dòng)液面深度為：。因此可以由此初步定下泵深度為，并選取抽油桿為高強(qiáng)度桿，采用的泵徑為：。查抽油機(jī)技術(shù)手冊四71頁可得：（1）

45、 抽油桿為二級桿柱，每級桿柱直徑為： （2） 每級桿柱占總下泵深度的百分比為： 5.1.4 懸點(diǎn)靜載荷 在下沖程中，抽油桿自重始終作用于抽油機(jī)驢頭懸點(diǎn)上，是一個(gè)不變的載荷，它可以用下式計(jì)算： 式中 -抽油桿柱自重 l-抽油桿總長 -每米抽油桿自重 查抽油機(jī) 表2-2，4頁得： 每米抽油桿自重為： 所以，該組合抽油桿的等效每米抽油桿自重為： 抽油桿自重為： 其中-井深密度，為 則 作用于柱塞的液柱載荷隨抽油泵泵閥啟閉狀態(tài)下的不同而變化。下沖程時(shí)，柱塞上的游動(dòng)閥是開啟，柱塞上下連通。假如不計(jì)液體通過游動(dòng)閥和柱塞內(nèi)孔的阻力，則柱塞上下的液體壓力相等。因此，柱塞上的液柱載荷等于零。上沖程時(shí)，游動(dòng)閥關(guān)閉

46、而固定閥打開，柱塞上下不再連通。柱塞上面的液體壓力等于油管內(nèi)液柱靜壓力，柱塞下面的液體壓力油管外面液壓柱以下液柱靜壓力。這一壓力差在柱塞上產(chǎn)生液柱靜壓力。壓差在柱塞上產(chǎn)生的液柱載荷（kn）。 其中： -柱塞面積， g-重力加速度， -油井動(dòng)液面深度，m 由于泵徑d=44mm，所以查 抽油機(jī) 55頁表2-3得： 抽油泵柱塞面積為： 所以 =14.82kn 懸點(diǎn)靜載荷：設(shè)為上沖程懸點(diǎn)靜載荷 為下沖程懸點(diǎn)靜載荷 注：上述靜載荷公式?jīng)]有考慮井口回壓和套管壓力的影響。5.1.2 懸點(diǎn)動(dòng)載荷的簡化計(jì)算抽油桿柱動(dòng)載荷為： 液柱動(dòng)載荷為： 式中： -用油管內(nèi)徑計(jì)算的流通面積， -作用于柱塞環(huán)形面上的液柱重量，對于組合桿柱，應(yīng)分段計(jì)算和，然后求和。 式中： -第 i 段桿柱面積， -第 i 段桿柱長度，m -最下部桿柱面積， 查抽油機(jī) 55頁，有： 注意： 當(dāng)沖程最長時(shí)，沖刺最小。查采油技術(shù)手冊 21 頁， 上沖程時(shí)的懸點(diǎn)動(dòng)載荷等于抽油桿動(dòng)載