游梁式抽油机非圆齿轮传动设计与节能分析

[目的]针对游梁式抽油机存在系统效率低、能耗高、负载波动大的不足,对基于非圆齿轮传动的游梁式抽油机节能设计方案进行研究.[方法]在考虑非圆齿轮传动条件及其与曲柄载荷匹配原则的基础上,选取最优非圆齿轮节曲线,形成非圆齿轮节曲线的节能设计准则.通过仿真分析,获得不同非圆节曲线对应的能耗值,筛选出最低能耗对应的非圆节曲线,并结合CYJY10-4.2-53HB型号游梁式抽油机进行仿真和实验验证.[结果]1)仿真结果得到在同功率电机下耗能降低4.7%,在更小功率电机下耗能降低11%,与实验结果基本一致;2)基于非圆齿轮传动的游梁式抽油机,可大幅度降低抽油机输入轴的扭矩峰值和扭矩波动,降低能耗,实现节能.[结论]从节能和降低负载波动的角度来看,非圆齿轮传动对于圆柱齿轮更有优势.

机采系统优化设计软件应用与评价

为进一步摸索降低游梁式抽油机井单井能耗,提高游梁式抽油机井系统效率的高效途径,开展了机采系统优化设计软件现场应用。通过对比该优化方式与常规优化技术的参数差异,对检泵作业可优化调整的泵径、冲程和冲次等参数进行了深入细致的分析,建立软件模型,得出“大泵径、长冲程、低冲次”的设计理念,通过软件对生产井进行模拟优化。现场优化460口井,平均节电率达到34.18%,游梁式抽油机系统效率升高了11.92个百分点,取得了较好的节能效果,年创经济效益675.08万元,机采系统优化设计软件的应用为检泵井优化设计提供了手段。

抽油机曲柄销的破坏形式分析及弯矩计算

分析了抽油机曲柄销的外载、破坏形式及承受弯矩的计算方法等问题。指出曲柄销承受的弯矩应按弹性基础上的梁计算；曲柄销的损坏一般具有先松动后疲劳破坏的特征；曲柄销的外载主要由连杆拉力和螺纹预紧力造成，设计节能型抽油机时应注意曲柄销上载荷的大小。

基于平均功率法的游梁式抽油机功率曲线法调平衡模型

利用功率曲线数据进行游梁式抽油机调平衡的方法,是对电流法、示功图扭矩法等调平衡方法的补充。随着功率测试的普及,该方法的研究越来越受到重视。分析上、下冲程中曲柄平衡块对曲柄轴做功的平均平衡功率与曲柄平衡块位置的关系,结合平均电动机输出功率变化量与曲柄平衡块对曲柄轴做功的平均平衡功率变化量的关系,依据上、下冲程中平均电动机输出功率相等的平衡准则,建立了曲柄平衡抽油机平均功率法平衡调整量计算模型。结合现场生产状况,对模型进行说明与应用拓展,进一步提高模型的实用性。实例计算结果表明,该模型达到上、下冲程平均电机输出功率相等的要求,同时整个冲程中的电机均方根功率由9.444 4 k W减小到8.423 7 k W,有利于抽油机节能运行。

作用在抽油机曲柄销上的扭矩问题

断口特征分析、现场受力测试和观察表明，抽油机曲柄销在玻坏时承受较大的扭矩。通过数值计算和理论分析，指出连杆大头与曲柄销轴承座装配不当，存在较大应力，以及曲柄销轴承选择不合理，轴承预期寿命偏低，致使轴承运转不良等，是引起曲柄销承受较大扭矩的主要原因。据此认为，改善曲柄销的装配质量和提高轴承的寿命，是防止曲柄销承受较大扭矩，延长其使用寿命的重要途径。

游梁式节能抽油机的原理及性能对比

以双驴头、偏轮式、摆杆式和下偏杠铃式游梁节能抽油机为研究对象,给出了4种抽油机设计结构及节能原理;然后在同一工况下,以偏置式抽油机为参照,对比分析了4种节能抽油机的节能效果.分析结果表明:双驴头抽油机的节电率最高可达32.72%,摆杆式抽油机节电率为23.02%,偏轮式抽油机节电率为22.09%.

游梁式抽油机的机构动力学及储能块研究

为了完整而系统地研究游梁式抽油机主机构的设计及动力学问题,基于前期研究,提出了该机构的设计思路,并导出了一般安装位置的极限角、极位夹角、行程、压力角等几何参数的计算公式;提出了调节周期性载荷波动的配重物块新定义——储能块,明确了其研究方向;列出了质心不在位置矢量方向上的构件绕质心转动力矩平衡方程;与经典的图解法不同,没有将连杆简化为二力杆,也没有忽略力矩平衡方程的惯性项;基于二次插值算法由载荷的离散值获得任一时刻的载荷;基于四阶龙格-库塔法进行了该机构的动力学仿真,解析法和图解法所得结果相互验证,仿真结果可信。研究结论解决了该机构动力学的主要问题,可实现以曲柄摇杆机构为主机构的机械设计程序化,从而为结构优化设计提供条件;提供了该机构动力学研究的主要方法,可在该机构动力学研究程序化的基础上拓宽其适用范围;该机构动力学研究的图解法能够验证解析法结果。

新型摆动导杆式抽油机方案设计与动力学分析

一种已经获得国家发明专利授权的新型摆动导杆式抽油机由电动机、减速器、曲柄、滑块、摆动导杆、机架和钢绳等构成,通过曲柄上的滑块在导杆导轨上的滑动,带动导杆以机架为支点做上下摆动,从而实现抽油机的上下冲程。由于滑块在导杆导轨上的滑动,使得曲柄对导杆作用力随悬点载荷大小的变化而自行调整,曲柄轴净扭矩始终处于最佳状态,净扭矩曲线非常平缓,载荷不均匀系数CLF趋近于1,大大降低了电动机的装机功率,电动机输出功率均匀性得到了极大的提高。

抽油泵合理沉没度的确定

我国各油田对于抽油泵的沉没度都有各自的推荐值，其中有些是不合理的，以致造成一定的浪费。分别以系统效率和经济效益为目标函数探讨了两种沉没度的优化方案，计算表明，采用优化方法确定的沉没度可较明显地提高系统效率和经济效益。

游梁式抽油机用节能电动机及其控制方法

游梁式抽油机系统效率不高与电动机的选取和电动机运行效率低有较大关系。分析了抽油机用电动机运行效率低和功率因数低的原因，提出了新的电动机设计和控制方法，即将电动机定于绕组设计为两个功率按一定比例分配又可以并联工作的双绕组；根据电动机的电流判断负载情况，使电动机具有与不同负载相匹配的三种功率，从而使电动机能在不同负载的情况下以较高负载率运行，提高了电动机效率和功率团数，达到节能的目的。

几种设计参数对抽油机曲柄销工作性能的影响

以游梁式抽油机曲柄销总成为研究对象,利用Pro/E建立了曲柄销、锥套、曲柄体和螺母垫圈的装配模型,并导入到ANSYS中进行接触分析。分析了在不同曲柄体凸台高度、不同锥套厚度以及不同曲柄销锥面锥度条件下,曲柄销总成各构件之间的受力情况,得出如下结论:在曲柄体悬臂端设置一定高度的凸台有利于提高曲柄销和锥套的接触压力,能有效降低曲柄销在锥套内微动磨损的程度;当锥套厚度在20 mm左右时,不但能有效保护曲柄体悬臂端不被扩孔,而且能获得较高的销与套之间的接触压力;曲柄销锥面锥度为1∶10～1∶11时,可以显著降低曲柄销的等效应力,从而延长曲柄销总成的使用寿命。

基于SIMULINK的游梁抽油机曲柄扭矩分析

建立了抽油机曲柄扭矩的数学模型,考虑了游梁的不平衡重和游梁的惯性矩的影响,分析了游梁对高转差率抽油机和常规抽油机的影响规律。利用MATLAB软件中的动态仿真SIMU-LINK模块,建立了CYJY12-5-73HB型抽油机的仿真模型,实现了游梁不平衡重对抽油机曲柄扭矩的仿真研究。研究结果表明,游梁的不平衡重及其随驴头摆动的惯性矩对曲柄扭矩的影响很小。

16型异相游梁异相曲柄复合平衡抽油机

为了满足深井油区中后期开发的需要 ,研制成功CYJY16— 5 4— 89HF/B型异相游梁异相曲柄复合平衡抽油机。抽油机结构设计采用异相曲柄平衡和异相游梁平衡 ;游梁平衡重重心到游梁旋转中心连线与游梁后臂的夹角λ =2 2° ,游梁平衡重质量 6 5 0 0kg ,游梁平衡重最大平衡力臂 4 2 15mm ,最小平衡力臂 2 6 6 6mm ;曲柄偏置角τ =- 7° ,曲柄平衡重最大平衡扭矩 2 0 3kN·m ,游梁平衡重的平衡效应占总平衡效应 (曲柄水平时 )的 37%。

抽油机曲柄销疲劳计算分析

根据游梁式抽油机曲柄销的实际工作情况 ,按悬臂梁和弹性基础梁模型对其进行了疲劳强度计算的分析对比 ,比较结果可以看出 ,现有曲柄销结构按弹性基础梁模型计算 ,其疲劳强度达不到无限寿命 ,以 CYJ10 - 3- 53B型抽油机为例曲柄销的疲劳安全系数明显偏小。最后提出了提高曲柄销疲劳寿命的几种方法。

抽油机曲柄销总成接触有限元分析

利用三维建模软件Pro/E与有限元分析软件Ansys的无缝连接,在Pro/E中建立了抽油机曲柄销、锥套、曲柄体和螺母垫片的装配实体模型,并导入Ansys中进行接触分析,得到各实体之间的接触应力分布情况。分析结果表明:曲柄销所受最大等效应力发生在曲柄销锥面中部;锥面小端的最大应力大于除锥面中部外的其他部位。与传统的力学模型计算结果相比,更能有效地解释曲柄销失效主要发生在锥面中部、螺纹根部和锥面小端这一实际情况,并提出了一些设计和加工曲柄销的改进意见。

CYJY12-4.8-73HB型偏置抽油机支架的改进设计

介绍了抽油机改进设计的状况;论述了CYJY12-4.8-73HB型偏置抽油机支架结构改进设计的具体过程;并利用ANSYS分析软件对改进后的支架进行了典型工况的应力及位移有限元分析。在此基础上,对支架进行了刚度、静强度、疲劳强度和稳定性校核计算。结果表明:支架经过改进设计之后,不仅结构趋于合理,安全可靠,而且重量下降了13.50%,对提高抽油机的设计质量降低制造成本都具主要意义。

扇形驴头抽油机的研制

在游梁式抽油机的基础上，通过将摇杆改成由大小两个扇面组成的扇形驴头，将连杆改成柔性传动件，研制出了扇形长冲程抽油机。工业试验结果表明，这种无游梁抽油机的动力性能明显优于游梁式抽油机：最大悬点加速度降低15．9％，最大扭矩因数降11．15％，平衡率提高35．2％，节能效果良好。另外，这种抽油机兼有游梁式抽油机结构简单、工作可靠、维护方便等优点。

抽油机曲柄销的接触强度分析

计算了在极限弯矩作用下曲柄销紧固螺栓上的预紧力,根据各载荷的影响,利用理论计算的方法得到了曲柄销锥面上的应力分布情况.同时在有限元分析软件ANSYS中建立了抽油机曲柄销、锥套、曲柄体和螺母垫片、紧固螺母的实体装配模型,并在ANSYS软件中进行了接触分析,得到了各实体的应力分布情况.将两者对比分析,有限元计算的结果与理论力学模型计算结果相吻合.根据此结果对曲柄销的转动力矩进行了计算,分析了曲柄销出现转动的原因.

基于模块化的采油机械设计

以模块化设计理论为基础，按总体功能将游梁式抽油机分解成一些具有特定功能的模块。在给出设计分类层次后，提出用Ｃ＋＋语言实现面向对象的知识表达，并以游梁式抽油机的梁为例，给出模块设计过程中知识的表达和组织结构图，以及模块定义的数据结构和类定义的数据结构。最后给出游梁式抽油机模块化设计的部分结果。

抽油机曲柄销失效分析及联接设计

分析了游梁式抽油机曲柄销所受载荷及失效形式。指出曲柄销失效的主要原因是曲柄销和锥套的过盈配合面之间出现了松压现象，这种松压现象是由曲柄销受灾变载荷作用所引起，且失效主要发生在曲柄销锥面中部台阶、螺纹根部及锥面小端三处，破坏形式则以弯曲疲劳破坏为主，螺纹根部的破坏具有扭转破坏的特征。提出了曲柄销与曲柄联接的设计准则及螺纹预紧力矩的计算公式。