第四節(jié)抽油機(jī)的平衡、扭矩與功率計(jì)算

1、章節(jié)內(nèi)容游梁式抽油機(jī)的平衡授課類型講授教學(xué)目的重點(diǎn)與難點(diǎn)教具參考資料通過本部分學(xué)習(xí)主要讓學(xué)生掌握游梁式抽油機(jī)平衡原理及條件，不同平衡方式的平衡計(jì)算；掌握抽油系統(tǒng)效率、抽油機(jī)效率、油井效率、水功率、光桿功率等的概念及計(jì)算。重點(diǎn)：平衡條件、 平衡計(jì)算及抽油系統(tǒng)效率、 抽油機(jī)效率、 油井效率、水功率、光桿功率等的概念及計(jì)算。難點(diǎn)：平衡條件及平衡計(jì)算采油工游梁式抽油機(jī)的平衡一、抽油機(jī)平衡原理（一）抽油機(jī)不平衡的原因： 抽油機(jī)在工作過程中懸點(diǎn)承受的是不對(duì)稱的脈動(dòng)載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，這樣就會(huì)造成上沖程電動(dòng)機(jī)做功很大，下沖程電機(jī)做負(fù)功，即懸點(diǎn)拉著電機(jī)旋轉(zhuǎn)。因此也就會(huì)造成抽油機(jī)不平衡。（二）

2、抽油機(jī)不平衡的危害：抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，影響電機(jī)的工作效率，使電機(jī)的功率因數(shù)降低，加大電機(jī)的功率損耗，減小電機(jī)的壽命； 抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生振動(dòng)， 嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成翻抽油機(jī)的惡性事故， 影響抽油機(jī)的壽命。因此抽油機(jī)必須利用平衡裝置調(diào)節(jié)達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。（三）平衡原理1平衡原則及平衡條件抽油機(jī)達(dá)到平衡的原則是：（1）電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等；（2）上、下沖程中電機(jī)的電流峰值相等；（3）上、下沖程中的曲柄軸峰值扭矩相等。抽油平衡原理，如圖3-31 所示：在抽油機(jī)游梁后端加一重物， 在下沖程中電機(jī)和下沖程的懸點(diǎn)載荷一起對(duì)重物做功，把重物升高儲(chǔ)存位能 Aw ：AwAdAmd ,則得到電機(jī)在下沖程中做

3、的功為：AmdAwAd式中Aw 下沖程中懸點(diǎn)載荷和電機(jī)對(duì)平衡系統(tǒng)做的功，即平衡系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量；Ad 懸點(diǎn)在下沖程中做的功；Amd 電機(jī)在下沖程中做的功。在上沖程中平衡系統(tǒng)放出能量，幫助電機(jī)對(duì)懸點(diǎn)做功：AuAw Amu則得電機(jī)在上沖程中做的功為：AmuAuAW式中Au 懸點(diǎn)在上沖程中做的功；Amu 電機(jī)在上沖程中做的功。根據(jù)第一條平衡原則：AmuAmd即 AwAdAuAw可得到平衡系統(tǒng)在下沖程中應(yīng)儲(chǔ)存的能量為：AuAd（ 3-50）Aw2上式說明抽油機(jī)的平衡條件為： 平衡系統(tǒng)下沖程中儲(chǔ)存的能量要等于懸點(diǎn)在上、下沖程中做功之和的一半。2平衡系統(tǒng)要達(dá)到平衡需要的平衡功當(dāng)只考慮靜載荷做功時(shí)，懸點(diǎn)在上沖

4、程中做的功為：Au(WrWL ) s ；下沖程做的功為：AdWr s 。則由（ 3 50）得理論上需要的平衡功為：AwAu Ad(WrWl )s(3-51)22二、游梁式抽油機(jī)的機(jī)械平衡計(jì)算1游梁平衡方式計(jì)算游梁平衡：是將平衡重裝在游梁后端；適用于小型抽油機(jī)，如圖3-31 所示。在下沖程中懸點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)了s(m),而平衡重 Wb 升高的距離 sc 為：sccas ，儲(chǔ)存的能量或稱實(shí)際產(chǎn)生的平衡功為：cAwsWba要達(dá)到平衡，實(shí)際產(chǎn)生的平衡功應(yīng)等于需要的平衡功，即：c sWb(WrWl )sa2可得游梁平衡重為：a(WrWl)Wb2c如果抽油機(jī)本身不平衡，設(shè)游梁后臂比前臂重X uc ，相當(dāng)于平衡重

5、，則平衡重就可減小，這時(shí)游梁平衡重為：a(WrWl) X uc（ 3-52）Wb2c2曲柄平衡方式計(jì)算曲柄平衡 :是指平衡重裝在曲柄上，適用于大型抽油機(jī)。如圖3-33 所示。在下沖程中，曲柄平衡重Wcb 上升的高度為2R，曲柄自重 Wc 上升的高度為2Rc ，抽油機(jī)本身不平衡值X ub 上升的高度為 2r ，則平衡系統(tǒng)在下沖程中儲(chǔ)存的能量，或?qū)嶋H產(chǎn)生的平衡功為：Aw2RWcb2RcWc2rX ub ，令其與需要的平衡功相等：2RWcb2RcWc2rX ub (WrWl ) s ，2可得到平衡半徑的計(jì)算公式為：R (WrWl)sRcWcrX ub(3-53)22WcbWcbWcb圖 3-33曲柄

6、平衡3復(fù)合平衡方式計(jì)算復(fù)合平衡：是以上兩種平衡方式的組合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如圖 3-34 所示，適用于中型抽油機(jī)。同理可導(dǎo)出平衡半徑的計(jì)算公式：R (Wr Wl )sRcWc(X ucWb ) cr（3-54）22WcbWcbbWcb三、平衡測量與調(diào)整測電動(dòng)機(jī)上、下沖程的電流峰值I u和I d，若 I I，平衡不足， I I，則udud平衡過重。在兩個(gè)電流中有一個(gè)小的，一個(gè)大的，若I小/I大0.8 時(shí)就認(rèn)為是平衡了，否則就要重新計(jì)算平衡半徑或平衡重，重新調(diào)整平衡。四、抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率（一）抽油機(jī)井的有用功率有用功率或稱有效功率，也稱為水力功率NH , ：是指在一定時(shí)間內(nèi)，將一

7、定量的液體提升一定的距離所需要的功率：N HQHg（3-73）86400式中Q 油井產(chǎn)液量， t/d；H 泵對(duì)液體的有效提升高度，m；NH 抽油機(jī)井的有效功率，kw。泵對(duì)液體的有效提升高度計(jì)算如下：1如果忽略沉沒壓力和回壓的影響，有效提升高度等于下泵深度：H=L 。2考慮沉沒壓力和回壓的影響時(shí)，為了計(jì)算簡單，忽略氣柱重力和進(jìn)泵阻力的影響，并認(rèn)為環(huán)空中和油管中的液體密度相同，有效提升高度為：H L fPBPC106（3-74）lg式中PB 、 PC 分別為回壓和套壓， MPa；l 井中液體密度， kg/m3。當(dāng)上式中用相對(duì)密度 l ，并且重力加速度取9.8 時(shí)，H L f 102(PBPC) /

8、l 。3考慮環(huán)形空間中與油管中的液體密度不同時(shí)，有效提升高度為：H L fPB PC106hSlo（3-75）l gl式中hS 泵的沉沒度， m。（二）光桿功率光桿功率：即是抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷做功的功率，是提升液體和克服井下消耗所需要的功率?？捎檬竟D的面積計(jì)算：AsnC（ 3-76）N p600l式中N p 光桿功率， kw ；A 示功圖載荷線包圍的面積， cm2；S 光桿沖程， m；n 沖數(shù)， r/min ；C 動(dòng)力儀力比， N/mm；l 示功圖上沖程長度， mm；由于計(jì)算示功圖麻煩，常近似地按理論靜載荷計(jì)算懸點(diǎn)做功：Wlsn（ 3-77）N p4610式中Wl 轉(zhuǎn)移載荷， N；s 光桿沖程， m；n沖數(shù)， r/min ；（三）抽油機(jī)井的效率1抽油機(jī)的效率Np p ，是光桿功率與電動(dòng)機(jī)功率之比，它表達(dá)了抽油機(jī)工作狀況好壞及N r功率利用程度。2油井效率H N H ，是有效功率與光桿功率之比， 主要表達(dá)了抽油泵工作狀況的好壞N p及功率利用情況。 即懸點(diǎn)做的功，除了提升液體做有效功外， 還要克服井下摩擦、桿柱振動(dòng)、漏失等機(jī)械損失、水力損失和容積損失做無效功。3抽油機(jī)井系統(tǒng)效率t N H ，為本抽油機(jī)井輸出功率與輸入功率之比， 表達(dá)了該抽油機(jī)井的總體效N r益和能量的綜合利用情況。通過學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握抽油機(jī)不同平衡方式的平衡計(jì)算方法。掌握有關(guān)課抽