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)與難點(diǎn)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)算教具參考資料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)承受的是不對稱的脈動載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，這樣就會造成上沖程電動機(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)。因此也就會造成抽油機(jī)不平衡。（二）抽油機(jī)不

2、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)不平衡會使抽油機(jī)發(fā)生振動，嚴(yán)重時(shí)會造成翻抽油機(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)載荷一起對重物做功，把重物升高儲存位能：則得到電機(jī)在下沖程中做的功為：式中 下沖程中懸點(diǎn)載荷和電機(jī)對平衡系

3、統(tǒng)做的功，即平衡系統(tǒng)儲存的能量； 懸點(diǎn)在下沖程中做的功； 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)對懸點(diǎn)做功： 則得電機(jī)在上沖程中做的功為：式中 懸點(diǎn)在上沖程中做的功； 電機(jī)在上沖程中做的功。根據(jù)第一條平衡原則：即可得到平衡系統(tǒng)在下沖程中應(yīng)儲存的能量為： （3-50）上式說明抽油機(jī)的平衡條件為：平衡系統(tǒng)下沖程中儲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)在上沖程中做的功為：；下沖程做的功為：。則由（350）得理論上需要的平衡功為： (3-51)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

4、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)動了s(m),而平衡重升高的距離sc為：，儲存的能量或稱實(shí)際產(chǎn)生的平衡功為：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：可得游梁平衡重為： 如果抽油機(jī)本身不平衡，設(shè)游梁后臂比前臂重，相當(dāng)于平衡重，則平衡重就可減小，這時(shí)游梁平衡重為： （3-52）2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，曲柄平衡重上升的高度為2R，曲柄自重上升的高度為，抽油機(jī)本身不平衡值上升的高度為，則平衡系統(tǒng)在下沖程中儲存的能量，或?qū)嶋H產(chǎn)生的平衡功為：，令其與需要的平衡功相等：，可得到平衡半徑的

5、計(jì)算公式為： (3-53)圖3-33 曲柄平衡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： （3-54）三、平衡測量與調(diào)整測電動機(jī)上、下沖程的電流峰值和，若，平衡不足，則平衡過重。在兩個電流中有一個小的，一個大的，若時(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)，將一定量的液體提升一定的距離所需要的功率： （3-73）式中 Q 油井產(chǎn)液量，t/d；H泵對液體的有

6、效提升高度，m；NH 抽油機(jī)井的有效功率，kw。泵對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： （3-74）式中 、 分別為回壓和套壓，MPa； 井中液體密度，kg/m3。當(dāng)上式中用相對密度，并且重力加速度取9.8時(shí)，。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： （3-75）式中 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

7、計(jì)算： （3-76）式中 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 動力儀力比，N/mm； 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： （3-77）式中 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，是光桿功率與電動機(jī)功率之比，它表達(dá)了抽油機(jī)工作狀況好壞及功率利用程度。2油井效率，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、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，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)井的總體效益和能量的綜合利用情況。課堂小節(jié) 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)抽油系統(tǒng)效率、水功率、光桿功率、油井效率等的概念及