9机械采油设备_抽油机(新)

第一节抽油机教学目的：教学重点、难点：教学重点了解抽油机的分类、规格代号，掌握游梁式抽油机的工作原理，认识各种类型的抽油机。1、抽油机采油的原理；2、游梁式抽油机曲柄轴扭矩计算；第九章机械采油设备教学难点1、游梁式抽油机曲柄轴扭矩计算；一、抽油机采油的原理带动动力设备（电机）减速机构（齿轮减速器）经皮带产生高速旋转运动曲柄轴的低速旋转运动换向机构（四杆机构）抽油泵（往复泵）变为驴头的上下摆动经钢丝绳上下往复直线运动抽油杆机械采油设备—抽油机二、抽油机的分类机械采油设备—抽油机抽油机游梁式抽油机无游梁式抽油机常规型游梁式抽油机前置型游梁式抽油机异相曲柄平衡抽油机链条皮带抽油机液压抽油机摩擦换向抽油机平衡方式：机械平衡气动平衡悬点载荷：轻型（≤30KN）中型重型（≥100KN）冲程长度：短（≤1m）中等（1～3m）长（3～6m）超长（＞6m）最大冲次：低（≤6）中等（6～15）高（＞15）三、游梁抽油机型号和代号CYJ12—3.3—70（H）BCYJ—常规型CYJQ—前置型CYJY—异相型平衡方式代号F—复合平衡Y—游梁平衡B—曲柄平衡Q—气动平衡减速箱齿轮形状代号，H为点啮合双圆弧齿轮，渐开线人字齿轮时省略曲柄轴最大允许扭矩，KN·m光杆最大冲程，m悬点最大允许载荷，12KN游梁式油机系列代号机械采油设备—抽油机四、游梁抽油机结构组成1—悬绳器；2—毛辫子；3—驴头；4—中轴承；5—游梁；6—横梁轴承座；7—横梁；8—下偏杠铃；9—连杆；10—曲柄销；11—平衡块；12—曲柄装置;13—减速器;14—支架；15—底座；16—水泥基础；14514321512111086161379机械采油设备—抽油机1.游梁式抽油机运动分析游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆K，以曲柄R、连杆P和游梁后臂C为三个活动杆件的曲柄摇杆机构。游梁式抽油机运动简图五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机1.游梁式抽油机运动分析（1）游梁式抽油机四杆机构的循环主要有三种形式：对称循环型近似对称循环型非对称循环型对称循环型：当游梁处于上下死点时，曲柄与连杆共线，上、下冲程对应的旋转角度相等（180°）。当曲柄匀速转动时，上、下冲程对应的时间相等。五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机1.游梁式抽油机运动分析（1）游梁式抽油机四杆机构的循环主要有三种形式：对称循环型近似对称循环型非对称循环型非对称循环型：近似对称循环型，θ0≤5°如：常规游梁式抽油机；非对称循环型的行程速比系数更大，θ0=8°～12°如：异相曲柄平衡抽油机。λ--极位夹角θ0—上冲程初始角行程速比系数：1K五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机1.游梁式抽油机运动分析（简化）（2）游梁式抽油机悬点运动规律当曲柄半径R比连杆长度P及游粱后臂长度C小得多时。游粱和连杆的连接点B可看成简谐运动，即：)cos1()cos1(tRRYB以悬点在下死点时的位移为零点，向上为正，则任意时刻悬点位移、速度、加速度分别为：0)cos1(RCASCsinRCAVCcos2RCAAC五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机（2）游梁式抽油机悬点运动规律上冲程：前半程加速（a↑v↑）后半程减速（a↓v↑）上冲程：前半程加速（a↓v↓）后半程减速（a↑v↓）1.游梁式抽油机运动分析（简化）五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机游梁式抽油机悬点运动规律的精确求解（复变矢量法）请参阅《抽油机设计计算与计算机实现》董世民。2.游梁式抽油机悬点载荷分析ABCD悬点静载荷随位移变化规律A’B’C’D’考虑惯性载荷后变化规律A’’B’’C’’D’’考虑惯性载荷后变化规律抽油泵工作时，抽油机驴头悬点上作用有6项载荷：1.抽油杆柱自重P杆，方向↓;2.柱塞上的油柱重P油，方向↓;3.活塞下端压力P压，方向↑;4.抽油杆柱和油柱运动过程产生的惯性力，大小与悬点加速度成正比，方向与加速度方向相反；5.抽油杆柱和油柱运动产生的振动载荷，大小和方向变化；6.各运动部件和介质的摩擦力；五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机3.游梁式抽油机的平衡问题五、游梁式抽油机工作原理机械采油设备—抽油机不平衡原因：不平衡的后果：上、下冲程中悬点载荷大不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。上冲程中电动机承受着很大的负荷；下冲程中抽油机带着电动机运转，造成抽油机能耗高和“大马拉小车”。对策：加平衡重，储存下冲程势能。八、其它新型游梁抽油机1低冲次抽油机低冲次抽油机主要应用于现有国内外低产油井的开采，在耗能较小的前提下使大量低产井得到充分开采。该机以常规机为基础模型，应用抽油机专用大传动比三级减速器来减低抽油机冲次，除具有常规型游梁式抽油机优点外，还具有以下优点：⑴冲次低，达到1～2次/分钟；⑵配套电机功率低，与同型号常规机相比电机功率降低2～3个档次，达到节能效果；⑶基础与同型号普通常规型抽油机相同，方便用户使用维护。特点：•低冲次抽油机是针对低渗透油层开发的节能抽油机。冲次降低，更适用于低产井，适合复杂地理环境，降低管理成本，提高了抽油机运转效率。2双驴头抽油机双驴头抽油机通过改变抽油机扭矩因数的变化规律来加强平衡效果，达到节能目的。它是以常规机为基础模型，对其四杆机构进行了关键性的技术变革，采用了特殊曲线型的游梁后臂、游梁与横梁之间采用柔性连接结构，以得到摇杆（游梁后臂）长度、连杆长度随曲柄转角的变化而变化的特殊四杆机构，即变参数四杆机构，形成了一种能适应采油实际工况的新型动力传动的抽油机主结构。该机工作时，依靠其游梁后臂有效长度的有规律变化实现负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态，从而加强抽油机的平衡效果，实现节能意图。3下偏杠铃抽油机主要特点：利用下偏杠铃来平衡和削减抽油机峰值扭矩，可以根据井况合理匹配下偏杠铃的位置和重量，继承了常规游梁式抽油机的全部优点，平衡效果好，性能可靠。4调径变矩抽油机主要特点：游梁实现偏置平衡，结构新颖。调整简单易行。驴头上死点时配重箱接近地面。很容易加减配重箱中小平衡块。平衡性好，针对载荷峰值位置精确调整平衡。调冲程时将游梁与支架锁住，改变了过去调冲程作业安全性差、劳动强度大并需吊车等辅助作业的现状。中小型机采用后置式结构，大型机采用前置式结构。5摆杆式游梁抽油机摆杆式游梁抽油机是一种新型节能产品，现已形成系列。该形式节能抽油机是采用曲柄--摆杆带动摇杆机构作往复直线运动的新结构抽油机，摆杆针对悬点上下冲程载荷大小的变化自行调整力矩，使减速器工作扭矩始终处于最佳状态，达到较游梁抽油机节能约50%的效果，是一种具有广阔发展前景的抽油机。具有以下特点：1．整机运转平稳，噪音小。2．匹配减速器小，较游梁式抽油机扭矩小约50%。3．节能效果显著，与游梁式抽油机相比可降低能耗约50%。4．电动机装机容量小，功率可减小约50%。5．安装容易，使用维护更方便，尤其是调整冲程。6偏轮游梁式抽油机•该抽油机是在异相游梁抽油机基础上发展起来的，在游梁尾部配置一偏轮，以偏轮为中心形成一六连杆机构。通过改变悬点载荷的变化规律、等效后臂的长度和曲柄偏置角使减速器扭矩平缓。该机适用于一般油井，也可适用于特殊油井。与常规机型相比具有悬点动负荷小，最大线速度小等特点。7液压抽油机液压抽油机是在常规式游梁抽油机的基础上发展生产的新一代抽油设备，它不仅保持了常规机的优点，还具有运行参数可调，节能，系统效率高等特点，是一种新型节能抽油机。主要特点:1、能耗低。2、调参方便。3、体积小、重量轻、便于安装维修和搬运。4、平衡效果好。5、具有超载和断载保护装置，并能自动停机报警。九、无游梁式抽油机1渐开线天轮抽油机该型抽油机采用左右对称布置的轮式结构，小轮通过后钢丝绳与曲柄销相连，而大轮通过前钢丝绳与光杆相连。大小轮固联在一起，通过钢丝绳的软传动，实现将减速器的旋转运动变为提升光杆的垂直运动。小轮轮廓采用渐开线形状，而大轮轮廓是一圆形，因此在每一抽吸过程中，轮径比始终变化，而这种变化规律正好与悬点载荷的变化规律相吻合，因而降低了减速器输出轴扭矩峰值，改善运动和动力特性，实现节能。修井时可不用吊车，只需移开悬绳器梁。结构特点：渐开线抽油机采用渐开线轮式结构控制悬点和平衡力臂，实现抽油机节能。天轮部件的小轮通过后钢丝绳与曲柄销相连，而大轮通过前钢丝绳与光杆相连。由于大小轮是固联在一起的，因此通过钢丝绳的软传动，实现了将减速器的旋转运动转变为提升光杆的上下垂直运动，天轮的小轮轮廓采用渐开线形状。为方便修井作业，本机两前轮采取左右对称布置，修井时不需进行让井作业，极大地方便了油井的维修。节能原理：由于天轮部件的小轮轮廓是采用渐开线形状，它的向径大小与转角有关，是按一定规律变化的，而大轮轮廓是一圆形，它的向径不与转角的变化而变化，因此在每一抽吸过程中，轮径比始终是变化的，而这种变化规律正好与悬点载荷的变化规律相吻合，因而降低了减速器输出轴扭矩峰值，改善运动和动力特性，实现节能目的。性能特点：结构简单紧凑，整机重量轻。相对常规机，节电率25％左右。•2矮型异相曲柄平衡抽油机矮型异相抽油机是中国石油天然气集团公司推广的机型。采用驴头游梁一体结构，结构简单、紧凑，游梁摆角约90°。在驴头尾部和横梁之间采用尾轴承座传动。该机型传动机构合理，与常规机比较，体积小，比同型号常规机总体高度低一米多，总重量减少近2吨。重量轻、能耗小、效率高。最大扭矩系数下降17%，具有较好的节能效果。•矮异形抽油机性能特点：•1.改善平衡效果，降低电机型号•由于摆角大在同等情况下冲程也就大，游梁前臂就短，载荷产生的扭矩相应下降，平衡重半径可无级调节因此比较节能。•2.消除负扭矩，减少电机功率损失•输出轴静扭矩出现负值，即系统对电机作功，电动机成为发电机，电能反馈回电网又不能利用，变为热能损失掉。由于消除了负扭矩，进而减少了电机功率损失。•3.降低净扭矩波动，提高电机的运行效率•从扭矩曲线可以看出，载荷扭矩曲线变化平稳，电机运行效率可维持在较高水平。•缺点：由于驴头半径比较小，钢丝绳弯曲应力大，易断裂，由于摆角大，连杆水平拉力分力大，支架振前后向振幅大。3摩擦换向式抽油机摩擦换向式抽油机是机电一体化、高效节能产品。适用稠油、稀油及聚合物驱采油各种状况的油井。驱动系统性能安全可靠，起动换向平稳，冲击小，调整简易，冲程、冲次均可实现独立无级调节，调防冲距、调平衡简便。上、下行程速度也可分别控制。4链条皮带式抽油机•主要优点：•1.长冲程，低冲次长冲程。使泵充满系数高，液压冲击小；低冲次使井下设备磨损小，操作成本低。•2.链条皮带传动。采用长寿命重载皮带传递动力，其弹性缓冲作用可减小换向冲击，使抽油杆柱运行平稳。•3.要求扭矩低。由于扭矩臂仅0.46米，极大降低了扭矩要求，可选用小功率电机及小型减速箱，节能10~40%。•4.优化结构设计，安全方便。两套独立刹车系统及自动刹车装置，确保安全；整机封闭设计，整体移位修井，折叠运输，安全方便。•5.可靠性高，无需频繁维修保养。整机设计受力均匀，刚性好。采用耐磨轴承、长寿命皮带、重型链条，确保整机的高可靠性；机械平衡、完善的润滑系统、自动保护装置及整机封闭，使机器无需频繁维修保养。