游梁式抽油机机构的运动学分析

1成人高等教育毕业设计（论文）题目游梁式抽油机机构的运动学分析学生李军联系电话[phone]指导教师张庆兰评阅人张庆兰教学站点西安联合学院专业______机电一体化______完成日期2012.5.202目录游梁式抽油机概述..................................................................................................................................2一、游梁式抽油机基本种类...........................................................................................................2二、游梁式抽油机的工作原理.......................................................................................................2三、常规游梁式抽油机...................................................................................................................4常规游梁式抽油机的运动分析（下图为ppt演示文稿，请双击打开相关内容）..........................5常规游梁式抽油机的悬点载荷计算......................................................................................................5一、抽油机悬点载荷简介...............................................................................................................5二、悬点载荷计算...........................................................................................................................6常规游梁式抽油机减速器扭矩计算......................................................................................................8一、抽油机减速器扭矩计算...........................................................................................................8二、抽油机扭矩特性参数.............................................................................................................11常规游梁式抽油机性能分析................................................................................................................13游梁式抽油机概述随着原油和油气的产出，贮存压力减小。最终在某一点，贮存压力达到小的必需用人工举升的方式才可以产油。游梁式抽油机,是一个借鉴了水井工业的理想应用。自从1925年Trout设计的油泵演变到现今的具有统治地位游梁是人工举升设备。历经多年的发展和完善，主要是提高其可靠性和零件的设计方法上。比如抽油杆材料从木头改变成玻璃钢和塑料加强型。一、游梁式抽油机基本种类（1）传统型传统的曲柄配重型被广泛的接受和认可，是久经考验的油田“战士”。支点前面是负载，后面是配重。（2）前置配重型由于其独特的几何结构和配重特征，低转矩峰值和低动力需求。运行特点是是快速的下冲程，慢速的上冲程。减小重型负载上冲程的加速载荷。降低峰值转矩延长油杆寿命。（3）结构紧凑型紧凑结构的设计防便用于经常移动的工作方式或者城区的应用，很多部件在工厂已经完成安装。（4）气压配重型应用压缩气体替代沉重的铸铁配重块并且可以更精确得控制配重。大大的减轻了系统地重量，运输和安装费用明显降低。气压配重独特的优点在于更大的增大冲程，而对于铸铁配重结构来说将是非常庞大难于实现。（5）游梁配重型配重块安装在游梁的另一端，是一种适合浅井应用的经济型。2游梁式抽油机彩图（从左到右依次为（1）~（5））二、游梁式抽油机的工作原理游梁式抽油机是有杆抽油系统的地面驱动装置，它由动力机、减速器、机架和连杆机构等部分组成。减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动;曲柄轴的低速旋转圆周运动由连杆机构变为驴头悬绳器的上下往复直线运动，从而带动抽油泵进行抽油工作。游梁式抽油机是机械采油设备中问世最早的抽油机机种，基本结构如图1所示：图1常规游梁式抽油机基本机构图1—刹车装置2一电动机3一减速器皮带轮4一减速器5一动力输入轴6一中间轴7一输出轴8一曲柄9一曲柄销10一支架11一曲柄平衡块12一连杆13一横梁轴14一横梁15一游梁平衡块16一游梁17一支架轴18一驴头19一悬绳器20一底座常规游梁式抽油机型号和主要技术参数：型号APISpec.11E额定悬点载荷减速器扭矩冲程冲次电机功率整机质量CYJ10-2.1-26HB228-213-86100262.11.81.669122217.9CYJ11-2.1-26HB228-246-86110262.11.81.669122217.93CYJ6-2.5-26HB228-133-10060262.52.11.8691218.513.8CYJ8-2.5-26HB228-173-10080262.52.11.869123015.5CYJ10-2.5-26HB228-213-100100262.52.11.869123016.4CYJ10-3-26HB228-213-120100263.02.52.169123017.9CYJ10-2.1-37HB320-213-86100372.11.81.669123017.9CYJ12-2.5-37HB320-256-100120372.52.11.669123718.5CYJ10-3-37HB320-213-120100373.02.52.169123018.1CYJ12-3-37HB320-256-120120373.02.52.169123719.5CYJ10-3-53HB456-213-120100533.02.52.169124521.0CYJ12-3-53HB456-256-120120533.02.52.169124523.0CYJ14-4.2-53HB456-305-168140534.23.63.169125526.6CYJ14-3.6-73HB640-305-144140733.63.12.769125525.0特点：1、所有技术参数完全符合美国石油学会(API)标准11E中的规定。2、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维修方便。3、游梁选用箱式结构或宽翼缘工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大。4、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿轮，加工精度高，承受能力强，使用寿命长。5、中央轴承座和横梁轴承座其轴承选用中宽系列滚子轴承，密封性好、承受能力强；横梁轴承及曲柄销轴承采用调心轴承结构，以降低安装造成的误差和抽油机运转时的振动。6、驴头可选用侧转式、吊挂式、上翻式或自让位结构形式。7、机架采用塔式结构，稳定性好，便于现场安装，大型机机架则采用活动收缩式结构，便于包装运输。8、曲柄平衡重采用齿轮齿条传动，调整轻便、准确。9、刹车采用内涨式或外抱式结构并配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠。10、底座固定备有压板式和地脚螺栓式，可供用户选用。11、吊绳可选用不旋转钢丝绳，避免吊绳打扭现象。12、胶带可选用普通V带或联组窄V带。4三、常规游梁式抽油机在石油采油过程中对常规游梁式抽油机的应用已有上百年的历史，由于其结构简单，平衡性、稳定性突出等特点而被延用至今。我国生产的抽油机按照抽油机承受的悬点额定载荷主要分为2、3、5、8、10、12、14、16等型，每种型式的抽油机又按照不同冲程、曲柄轴额定扭矩分为多种规格的机型。近几年随着计算机应用技术的不断提高，优化设计方法也被广泛应用于抽油机的设计中，使得抽油机设计周期大大缩短，设计精度大大提高，抽油机的规格和类型也更加多样化。目前，国内油田广泛使用、有代表性的常规游梁式抽油机主要是CYJIO系列机型，为了满足系统设计要求（电动机驱动功率37KW~45KW，转速950~980传/分钟的设计要求），在此我们选用CYJIO-3-53HB型抽油机，该型机主要由兰石厂和大庆总机械厂生产，主要技术指标如表1所示：技术参数规定参数悬点最大载荷（kN）100冲程(m)2.1，2.5，333冲次(min-1)6，9，12减速器额定扭矩（kN.m）53动力驱动功率(kw)45平衡方式曲柄平衡曲曲柄异相角(o)0结结构不平衡重(kN)3.5曲柄旋转方向(井口在右侧)逆时针曲柄旋转半径(m)1.150，0.985，0.820电动机转速（转/min）972由公式Pmax=Tmax来确定电动机转速，其中Pmax为驱动功率，为角速度，Tmax代表减速器额定扭矩。表1CYJIO-3-53HB型抽油机技术参数常规游梁式抽油机结构尺寸示意图前臂长:a=3.0m;后臂长:b=2.4m;连杆长:L=3.350m;支架高:H=5.290m;减速器输出轴中心高:G=2.020m;水平中距:I=2.300m;曲柄旋转半径:OR=1.15Om。5常规游梁式抽油机的运动分析（下图为ppt演示文稿，请双击打开相关内容）常规游梁式抽油机的运动分析常规游梁式抽油机的悬点载荷计算一、抽油机悬点载荷简介当游梁式抽油机通过抽油杆的上下往复运动带动井下抽油泵工作时，在抽油机的驴头悬点上作用有下列几类载荷：(1)静载荷包括抽油杆自重以及油管内外的液体静压作用于抽油泵柱塞上的液柱静载荷。(2)动载荷由于抽油杆柱和油管内的液体作非匀速运动而产生的抽油杆柱动载荷以及作用于抽油泵柱塞上的液柱动载荷。(3)各种摩擦阻力产生的载荷包括光杆和盘根盒间的摩擦力、抽油杆和油液间的摩擦力、抽油杆(尤其是接箍)和油管间的摩擦力、油液在杆管所形成的环形空间中的流动阻力、油液通过泵阀和柱塞内孔的局部水力阻力，还有柱塞和泵筒之间的摩擦阻力。6抽油机有杆泵运动1个周期内的4个阶段1—抽油杆;2—油管;3—泵筒有杆泵的具体运行过程：1.电机提供动力给齿轮箱。齿轮箱降低输出角速度同时提高输出转矩。2.曲柄逆时针转动同时带动配重块。曲柄是通过联接杆连接游梁的，游梁提升和沉降活塞。驴头在最低位置的时候，标志着下冲程的止点。可以注意到曲柄和连接杆此时在一条直线上。3.上冲程提升驴头和活塞，随之油背举升。在上止点，所有的铰链在一条直线。这种几种结构局限了连接杆的长度。4.活塞和球阀。球阀是液体流动驱动开闭的。上冲程中，动阀关闭静阀开启。活塞上部的和内部的液体从套管中被提升出去，同时外部液体补充进来。下冲程，动阀开启阀法关闭。液体流入活塞而且没有液体回流油井。二、悬点载荷计算jdjW---悬点静载荷;dW---悬点动载荷;（1）悬点静载荷1.抽油杆自重计算在上下冲程中，抽油杆自重始终作用于抽油机驴头悬点上，是一个不变的载荷，它可以用下列式子计算:'/1000rrrprpWAgLqL'rW-抽油杆自重，kN;pL-抽