游梁式抽油系统

游梁式抽油系统（精选十篇）

游梁式抽油系统 篇1

1 提高游梁式抽油机系统效率的途径

游梁式抽油机具有结构简单、制造容易、维护方便的优良特性, 在国内油田得到了广泛应用。整个游梁式抽油机系统主要由即抽油泵、游梁式抽油机和电动机3部分组成。抽油泵的效率受原油粘度影响较大, 在一般情况下, 原油粘度不会经常变化, 所以, 抽油泵的运行效率由自身和原油粘度决定, 一般情况下是稳定的, 因此, 需根据井下地质情况决定选择合适的抽油泵。游梁式抽油机型号一旦选定, 其运行效率也随之确定, 根据现场和理论计算, 同型号的双驴头抽油机在同负荷下与常规游梁式抽油机相比, 减速箱最大扭矩可下降20%左右, 所以, 尽量选用双驴头抽油机。游梁式抽油机的平衡好坏将大大影响抽油机的运行效率, 所以要充分重视抽油机的平衡度。

游梁式抽油机所用电机的种类很多, 其中, 最为常用的是Y系列普通电机。由于该电机启动转矩小, 而游梁式抽油机需要很大的启动转矩来带动平衡块启动, 为此, 匹配的Y系列普通电机功率比抽油机启动后正常运行所需的功率大2个等级甚至更多, 完成启动后抽油机仅需很少的转矩即可正常运行, 这造成了电机绝大部分工作时间的负载率仅在40%左右, 产生大马拉小车的现象, 使电机效率为60%左右, 功率因数为0.3~0.4。Y系列普通电机最高效率点在80%额定功率附近, 效率最高为90%, 功率因数最高为0.85。当电机轻载运行时, 电机效率和功率因数非常低, 效率最低为30%左右, 功率因数最低为0.2以下。然而游梁式抽油机在正常运转后, 负荷呈周期性变化, 上行程比下行程负荷高, Y系列普通电机不能在这种宽范围负荷下, 始终保持高效率和高功率因数的特性, 造成了游梁式抽油机系统效率普遍偏低。

游梁式抽油机的运行特点是启动转矩大, 在一个周期内负荷变化率大, 为适应游梁式抽油机的运行特点, 所用电机应具有较高的可靠性、较长的使用寿命和较好的软启动性能, 负荷率为10%~100%都具有较高的效率和功率因数, 能够变速运转以实现冲次的改变, 使抽油泵达到较高的充满系数。总之, 要求电机提高运行效率和功率因数的同时, 还可根据出液量的变化选择最佳冲次, 保证泵的充满系数, 从而提高油井产量, 降低泵的磨损次数和维护费用。然而目前在用的各类电机都存在不同程度的问#105#李佃贞, 等:提高游梁式抽油机系统效率分析题, 无法完全满足游梁式抽油机的需要。

1) Y系列普通电机, 启动转矩较小、功率因数低、效率低、不能调整冲次以协调供排关系。

2) 永磁同步电机, 启动冲击大, 存在退磁。随着时间的变化, 效率和功率因数不断下降, 损坏修复难, 冲次调整困难。

3) 变频电机, 抽油机存在发电运行状态, 容易造成变频器损坏。

2 开关磁阻调速电机的主要特点

1) 效率高, 功率因数高, 调速系统效率高。该电机转子不存在铁损和铜损, 系统效率在宽范围内为90%以上, 比目前效率最高的变频电机高5%~10%, 功率因数达0.95以上, 并且在负载为10%~100%时, 均保持很高的效率和功率因数, 比普通电机节电25%以上。

2) 可跟踪油井出液量的变化, 调整抽油机冲次, 使抽油机工作在最佳的工作状态, 冲次为018~810无级可调。开关磁阻调速电机具有记忆识别电机作功变化的单片机, 通过长期鉴别, 判断出充满系数的大小, 给出增加冲次或减少冲次的信号, 保证合理的抽油泵充满度, 减少抽油泵的干磨, 延长检泵周期。

3) 根据需要, 可实现上冲程快、下冲程慢, 或上冲程慢、下冲程快的功能。利用单片机的智能控制和传感器的信号传输, 可根据油井的实际情况, 高可靠性地自动实现上下冲程速度的变化。

4) 控制系统可靠性高, 电机寿命长。该电机控制系统的结构相对于其他电机更加简单, 而且保护功能齐全, 运行过程中发生的各种故障系统会自动保护, 从而提高了控制系统的工作可靠性。另外, 转子无任何形式绕组, 机械强度高;而定子也只有几个集中绕组, 因此, 绝缘程度高、寿命长, 适合露天野外场所使用。

5) 实现了软启动。该系统适合重载启动场合, 高启动转矩, 低启动电流, 启动电流为额定值的30%时, 启动转矩可达其额定值的150%, 可完全满足游梁式抽油机带平衡块启动的需要。

6) 能够采用集中直流供电。采用直流输电和直流供电, 可彻底杜绝窃电现象发生。

3 现场应用及节能效果

开关磁阻调速电机的软启动性能, 可减少抽油机启动时的硬冲击损害, 并通过调整冲次降低泵的干磨次数, 使油井的作业周期延长1倍以上, 每年减少油井维护费á1.5万元。对现场使用的多台开关磁阻调速电机进行了用电测试, 并与原电机用电情况对比后发现, 该电机节电效果明显, 尤其对平衡好的油井, 在运转1个周期范围内, 约有1/3周期时间控制器根本不供电, 电机的运行电流为零, 完全依靠惯性在运转, 电机电流下降幅度大, 平均达15%~30%。如果考虑电网和变压器由于降低运行电流而减少的线损和变损, 节电效果更为明显。

摘要：本文介绍了影响游梁式抽油机系统效率的因素, 找出了提高游梁式抽油机系统效率的途径, 详细介绍了开关磁阻调速电机的特点, 结合该电机的现场应用和节能效果对提高游梁式抽油机系统效率进行了说明。

关键词：游梁式抽油机,系统,效率,开关,调速电动机,节能

参考文献

[1]万仁溥, 罗英俊.机械采油技术[M].北京:石油工业出版社, 1993.

游梁式抽油机基础知识 篇2

（×）

1、盘皮带时，允许戴手套，不能用手推压皮带。

（×）

2、在抽油机上操作时，必须选择安全合适的位置，操作位置距地面超过2.5m时，必须系好安全带，同时防止工具掉落。

（√）

3、抽油机操作施工前，必须检查调整刹车，确保刹车灵活好用。（√）

4、盘车时，操作人员必须相互配合，由技术素质高者控制刹车。

（×）

5、装、卸光杆方卡子时，抽油机刹车必须刹紧，操作者面向抽油机处于安全操作位置，可以手抓光杆。

（√）

6、开机前检查抽油机各部件的固定螺丝、轴承螺丝、驴头销子螺丝、曲柄差动螺栓、平衡块螺栓、曲柄销子螺丝及保险开口销无松动现象；（×）

7、新投井的管线没有必要按设计要求试压。

（×）

8、开机前检查减速箱内机油确保其未变质，油面应在1/3处。

（√）

9、抽油机运转方向调整正常后利用抽油机曲柄平衡块的惯性，分1-2次启动电机，使抽油机正常运转。

（√）

10、抽油机开抽后检查，应听各连接部位、减速箱、电器设备、轴承等有无异常声音，井口有无碰泵声音。

（√）

11、对长停井要及时组织回收电器、抽油机和井口等有关设施。如为报废井则连地面管线也应全部回收。

（√）

12、对安装有水套炉的井，需对管线预热时应提前2-4h将水套炉加够水，点火加温。当无法点火预热时（如无气源）可用水泥车向管线泵热水预热管线。

（×）

13、上行过程中用手背试光杆温度是否正常，光杆过热则调紧盘根盒压帽。

（√）

14、在关井停抽前应录取各项资料，记录在班报表上，对结蜡较严重的井应提前热洗一次。（√）

15、冬季停井后应扫线，扫线后关闭计量站该井进干线及进分离器闸门。

（×）

16、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深在1000m以内，每100m泵深约提8cm防冲距（×）

17、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深大于1000m，每100m泵深约提10cm防冲距。（√）

18、对防冲距不合适的生产井，可根据示功图计算应调整距离。

（√）

19、调防冲距时穿戴劳保用品、选择与光杆直径匹配的备用方卡子总承、钢卷尺、活动扳手、管钳、钢锉、榔头、绝缘手套等。

（×）20、调防冲距时，按“停止”按钮，将驴头停在适当位置：若调大防冲距，则驴头停在便于操作的最大位置，若调小防冲距，则停在接近上死点位置。刹车，侧身切断电源。（×）

21、调防冲距时，卸掉盘根盒上的备用方卡子，不用将光杆上的毛刺锉光。

（√）

22、如遇油井有喷势或光杆密封器关闭不严而出现油气渗漏，则应在计量站将该井放空卸压，并打开井口取样闸门放空。

（√）

23、加盘根时应均衡关闭光杆密封器两翼丝杠，注意让光杆在盘根盒内处于中心位置。（×）

24、更换井口盘根时应穿戴劳保用品，准备与光杆直径匹配的胶皮盘根5-6个，并用钢锯按顺时针方向锯开45°切口。

（×）

25、更换井口盘根时，若井口尚微有喷势宜留下底部2-3个旧盘根不掏出。（√）

26、当示功图反映抽油泵有砂卡现象，应对油井进行洗井冲砂。（√）

27、热水洗井清蜡时，入井液温度需要达到70℃以上。

（×）

28、油井洗井时，应选用对油层没有伤害的洗井液，洗井液量为井筒容积的1-2倍。（×）

29、油井洗井时，同时监测油井出油温度，达到蜡熔点以后继续泵入井内的洗井液量必须小于井筒容积。

（√）30、油井洗井时，准备锅炉车一部，摆放在距井口10m以外便于操作的安全位置。（×）

31、热洗过程中可以停抽。（√）

32、油井清蜡热洗时，起动锅炉车开始加热，待锅炉车出口压力为0.1Mpa时缓慢打开套管闸门。

（√）

33、调整抽油机防冲距时，在光杆上做记号，记下悬绳器上原方卡子所在位置。（×）

34、抽油机井碰泵操作时，松开原方卡子，使悬绳器上升到比防冲距大5-10cm位置重新卡紧。

（√）

35、抽油机井碰泵操作时，松刹车，启动抽油机，使活塞碰击固定凡尔座3-5次。（√）

36、抽油机井操作完毕后，启动抽油机，观察出液正常后方可离开。

（√）

37、抽油机井碰泵时，穿戴劳保用品，准备管钳、活动板手、小榔头、钢锉、绝缘手套、与光杆直径相匹配的方卡子总承等。

（×）

38、憋压操作过程中可以不穿戴劳保用品。

（√）

39、憋压操作需要准备6Mpa压力表（带表接头），活动扳手、丝扣布等工具。（×）40、憋压操作中，待回压上升到5.0Mpa时停抽油机。

（×）

41、憋压操作中，待回压上升到4.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

42、憋压操作中，缓慢关闭回压闸门，观察回压变化。

（×）

43、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察15min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（×）

44、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

45、带压换回压表操作中，应关闭回压表截止阀，缓慢卸松井口原回压表。（×）

46、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根，应用钢锯按顺时针方向锯开55。切口。（√）

47、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根必须与光杆直径匹配。（×）

48、卸旧光杆密封器前，停抽、将驴头停在接近上死点位置。

（×）

49、更换光杆密封器时，应按照顺时针方向掏尽盘根盒内旧盘根，将盘根盒卸离光杆密封器。

（√）50、井口放空时，没喷势的油井，关回压闸门，打开取样闸门放空。（×）

51、关闭放空时，由计量站放空的井，关闭取样闸门，开回压闸门。

（√）

52、更换抽油机井井口盘根时，卸开盘根盒压帽，将压帽、压盖用细绳牢固系在悬绳器上，严禁用管钳别住。

（√）

53、更换光杆密封器时，应将光杆密封器装在井口三通上，盘根盒压帽压盖牢固系在悬绳器上。

（√）

54、更换抽油机传动皮带应准备：活动扳手、撬杠、绝缘手套、试电笔及规格合适的抽油机皮带。

（√）

55、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带后，用撬杠后移电机，调整前顶丝，使皮带松紧合适。

（√）

56、检查抽油机皮带松紧时，用手压法或上翻法检查皮带松紧度。

（×）

57、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“三点一线”。

（√）

58、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠前移电机，取下旧皮带。

（√）

59、更换抽油机传动皮带必须穿戴好劳保用品。（×）60、更换抽油机传动皮带后，启动抽油机，即可离开。（√）61、更换抽油机传动皮带必须准备试电笔。

（√）62、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“四点一线”。

（×）63、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠后移电机，取下旧皮带。

（×）64、选择抽油机减速箱机油时，夏季应选用20#机油。（×）65、更换抽油机减速箱机油，不需要全部放净。（×）66、更换抽油机减速箱机油，应准备一把600mm的管钳。（√）67、启动抽油机前，应先松刹车，戴绝缘手套侧身合闸送电。（×）68、加抽油机减速箱机油时，应将减速箱机油加满。（√）69、清洗抽油机减速箱应将箱底积聚的脏物清洗干净。

（√）70、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，应准备平衡块固定螺栓专用扳手。（×）71、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，不需要安全带。

（×）72、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，可将曲柄停在大于10º的夹角处。

（√）73、抽油机井在运转过程中，上冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（×）74、抽油机井在运转过程中，下冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（√）75、平衡调整完后，待抽油机运转一段时间出油正常后，测电机电流，检查调整效果。（√）76、调整游梁式抽油机冲次时应准备皮带轮和拔轮器。（×）77、调整游梁式抽油机冲次时，不准用撬杠、大锤。（√）78、新装皮带轮内孔应用砂纸进行打磨除锈。

（√）79、安装皮带轮应清洗电机轴头和欲装皮带轮孔涂上润滑脂。（×）80、调整游梁式抽油机冲程时，可将曲柄停在上死点。

（√）81、调整游梁式抽油机冲程时应用铜棒敲击衬套和键，并清洗干净。（×）82、更换曲柄销子总承一般将抽油机曲柄停在左上方45°-60°位置。

（√）83、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙。（×）84、更换曲柄销子总承应准备曲柄销总承一套，衬套两个。

（×）85、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙，否则应调整轴承位置。

（×）86、更换曲柄销子总承只需准备的工具是套筒扳手、撬杠、大锤、活动扳手和锉刀。（√）87、更换游梁式抽油机曲柄销总承时，取下曲柄销总承和衬套后，应清洗曲柄孔并涂上润滑油。

（√）88、无衬套的曲柄销子可以直接装入曲柄孔内。

（×）89、更换游梁式抽油机电动机时，根据新换电动机底座孔距，调整抽油机电机位置。（×）90、更换游梁式抽油机电动机时，应调整滑轨、调整前顶丝使电机皮带轮和减速箱皮带轮端面达到“四点一线”。

（×）91、更换电机时只要牢固连接电机接线盒的电源线以及接地线，装好接线盒即可。（√）92、更换电动机应穿戴劳保用品，准备5t以下吊车一部，扳手、撬杠、大锤、电工工具和绝缘手套等。

（√）93、计算光杆功率公式中Fmax指实测最大负载。（√）94、计算光杆功率公式中S指光杆冲程。

（×）95、更换毛辫子的操作步骤启动抽油机时，应将驴头停在接近上死点位置。

（√）96、更换毛辫子操作前应穿戴劳保用品，准备安全带、管钳、锉刀、榔头、扳手、手钳、撬杠、棕绳，绝缘手套、与光杆直径匹配的备用方卡子总承等。

（×）97、更换毛辫子的操作步骤应首先停抽，但无须检查刹车灵活可靠

（√）98、更换游梁式毛辨子时，将悬绳器两侧的开口销拔出，取出钢丝绳，使悬绳器座在井口方卡子上。（√）99、游梁式抽油机更换毛辫子时应将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口，插入开口销固定。（√）100、更换游梁式抽油机毛辨子时，一人攀上驴头，系好安全带，将悬挂盘保险销拔出，卸松悬挂盘制动盖板的螺帽，撬松悬挂盘后，将保护板转至下垂位置，与地面操作人员配合将旧毛辫子取下，换上新毛辫子把保护板复位，上紧螺帽，装好开口销，解下安全带，将所用工具清理干净后，返回地面。

（×）101、更换游梁式抽油机毛辨子时，将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口后，无须固定（×）102、如果抽油机毛辫子子打扭，可以不处理。

（√）103、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，严禁用管钳对扣。

（×）104、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，可用管钳对扣。

（√）105、抽油杆对扣准备应穿戴劳保用品，准备扳手、管钳、钢锉、钳形电流表，与光杆直径匹配的备用方卡子总承等工具。

（√）106、抽油杆对扣应清除井口周围的油污，平整场地，雨雪天应有防滑措施。

（√）107、抽油杆对扣应在盘根盒上用备用方卡子卡紧光杆，松刹车、盘车、卸去驴头负荷，刹紧刹车。

（×）108、抽油杆对扣应将环形对扣器的主半圆手架（带对扣总承）先提到距盘根盒约30m的光杆上，拧紧对扣器上的蝶形螺帽。

（√）109、抽油杆对扣将副半圆手架配到主半圆手架上，并把搭扣翻转压紧。

（×）

110、抽油杆对扣操作中启动抽油机，将驴头停在接近下死点，悬绳器离盘根盒距离为100cm的位置，刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）111、抽油杆对扣成功后，倒翻搭扣将主、副手架分开，松开蝶形螺帽，撤下主半圆手架。（√）112、更换光杆应检查刹车，确保刹车灵活好用，安排专人在操作过程中负责刹车。（×）113、安装新光杆将准备好的光杆套上盘根盒后穿入悬绳器，松开光杆吊环。

（√）114、更换抽油机光杆时，提出原光杆应停抽油机，将驴头停在便于操作的最大位置，刹紧刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）115、更换抽油机光杆时，提出原光杆应关回压闸门，打开放空闸门放空，直至回压为零，松开盘根压盖,取出盘根，卸下盘根盒。（×）116、更换光杆一般井选用Φ32mm光杆。

（×）117、光杆更换完毕后，开抽应先开回压闸门后关取样闸门。

游梁式抽油系统 篇3

(燕山大学机械工程学院，河北 秦皇岛 066004)

引 言

游梁式抽油机皮带传动系统具有如下特点：负载扭矩波动大、双向交变；电动机转速存在波动，特别是超高转差电动机驱动的游梁式抽油系统，电动机转速波动率可达到20%以上。负载扭矩以及电动机转速的大范围波动导致皮带纵向振动加剧，增大了皮带的摩擦功率损失，降低了皮带传动效率[1]。

皮带传动在大、中、小型机械中都有着广泛的应用。皮带在运转过程中，由于受离心力、带轮转速波动及负载扭矩波动等的综合影响，导致皮带弹性体存在振动。皮带传动系统的特性决定了皮带弹性体的振动受到带轮惯性质量的影响。皮带的振动不仅降低了皮带的传动精度和使用寿命，而且降低了带的传动效率[2～7]。为此关于皮带振动的研究引起了国内外学者的广泛关注，并提出了大量的有关带振动问题的模型[8～18]。文献[8～10]建立了带横向振动以及带的纵向振动模型，给出了带的滑移率与带振动的固有频率，分析了各结构参数对滑移因子的影响。文献[11～15]建立了带的动力学模型，提出了带振动及滑移率的测试方法，并分析了预紧力、阻尼等参数对带振动的影响。对于皮带纵向振动的研究文献[9,16]广泛采用以两个带轮转角为广义坐标的两自由度扭转振动力学模型，该模型将皮带简化为无质量的弹簧，两个带轮简化为两个具有转动惯量的圆盘；文献[14,17,18]将皮带简化为质量分布均匀的弹性体，建立了皮带纵向振动的数学模型，但没有考虑带轮转动惯量对皮带纵向振动的影响。鉴于目前皮带纵向振动模型的不足以及皮带纵向振动对游梁式抽油系统动力特性具有显著影响，本文进一步研究了游梁式抽油机皮带纵向振动特性仿真的力学与数学模型。该分析方法对以带传动为基础的机械系统动态特性的设计具有参考价值。

1 皮带纵向振动的力学模型

图1(a)为皮带传动装置示意图。

图1 皮带传动系统力学模型

S1为小带轮包角所对应圆弧的长度(m)；S2为大带轮包角所对应圆弧的长度(m)；R1为小带轮半径(m)；R2为大带轮半径(m)；Lt为皮带切线段长度(m)；L为皮带节线长度(m)；Je1为简化到小带轮处的等效转动惯量(kg·m2)；Je2为简化到大带轮处的等效转动惯量(kg·m2)；me1为简化到皮带上切点A1的等效质量(kg)；me2为简化到皮带上切点C1的等效质量(kg)；E为皮带材料弹性摸量(Pa)；ρ为皮带材料密度(kg/m3)；Med为简化到小皮带轮处的等效驱动力矩(N·m)；Mbf为简化到大皮带轮处的等效阻力矩，即负载扭矩(N·m)；Fed为简化到小皮带轮处的等效驱动力(N)；Fef为简化到大皮带轮处的等效阻力(N)。

其中等效转动惯量和等效质量之间的关系，等效力矩与等效力之间的关系如下：

(1)

(2)

2 皮带纵向振动的数学仿真模型

(3)

其中

(4)

式中a为声音在皮带中的传播速度(m/s)；ω1为小带轮的角速度(rad/s)；f(y,t)为皮带截面y在时刻t所受的分布激振力(N)；ρ为皮带线密度(kg/m)；A为皮带横截面面积(m2)；u*为皮带基础运动(m/s)；Sx为任意时刻t皮带截面X在运动曲线坐标系中的几何位置(m)。

由图1(b)所示的静止坐标系可见，分布力f(y,t)只在等效质点处作用有集中力Fed、Fef，其它截面分布力为零。根据动坐标与静坐标的变换关系，分布激励力f(y,t)为

(5)

Sx为任意时刻t皮带截面X′在静坐标系中的几何位置。由于皮带沿节线做周期性循环运动，而坐标x的取值范围为0≤x≤L，故Sx由下式计算

(6)

集中力Fed取决于小皮带轮处的等效驱动力矩Med；Fef取决于大皮带轮处的等效阻力矩Mef。限于篇幅，等效驱动力矩Med、等效阻力矩Mef的计算方法见文献[1]，本文不再赘述。鉴于本文重点是研究皮带的纵向振动特性，同时根据实际油井等效驱动力矩Med与等效阻力矩Mef的变化规律，将Med和Mef简化为[18]

(7)

式中M0，M1和M2为系数；ω为大皮带轮转动的平均角速度(rad/s)。ω与抽油机悬点冲程次数n之间的关系为

(8)

式中iBox减速箱传动比。

游梁式抽油机工作时，曲柄轴净扭矩周期性波动，即电动机负载扭矩周期性波动，从而导致电动机转速周期性波动，即小皮带轮转速周期性波动。由公式(3)可见，小皮带轮角速度波动是皮带纵向振动的激励，相当于振动理论中基础运动所导致的系统受迫振动。小皮带轮角速度可以展开为傅式级数，为便于讨论小皮带轮角速度波动对皮带纵向振动特性的影响，将小皮带轮角速度简化为

ω1=ω0+K0cos(ωt)

(9)

式中ω0为小带轮平均角速度(rad/s)；K0为小皮带轮角速度波动幅值(rad/s)。

3 自由振动的固有频率与振型函数

系统自由振动方程为

(10)

系统自由振动的通解

u(x,t)=U(x)sin(ωnt+φ)

(11)

式中ωn为系统自由振动的固有频率(rad/s)；φ为任意常数，由系统初始条件决定。

振型函数U(x)为

(12)

式中b=ωn/a；B1，B2，D1和D2为由边界条件决定的待定系数。

皮带纵向振动在两个质点me1和me2处满足连续性条件

(13)

将式(11)和(12)代入上式可得固有频率方程

A1A2-A3+A4=0

(14)

式中 参数A1，A2，A3和A4由下式计算

(15)

式中 参数C1，C2和C3和C4表示为

(16)

方程(14)是关于未知数b的超越代数方程，应用数值法可求得前n个根b1，b2，…，bn以及皮带纵向振动的前n阶固有频率为ωni=abi(i=1，2，…，n)。与ωni对应的第i阶振型函数为：

(17)

式中 系数λ1i，λ2i和λ3i为

(18)

式中 系数ψ1i，ψ2i，ψ3i和ψ4i的表达式为

(19)

式中E1i，E2i，E3i和E4i的表达式为

(20)

4 受迫振动的稳态响应

根据主振型对质量的正交性，可得正则振型函数

(21)

(22)

式中

(23)

式中 参数QNi表达式为

(24)

正则激振力为

pi(t)=Fed(t)UNi(x)|x=0-Fef(t)·UNi(x)|x=L1-

(25)

正则坐标下的运动微分方程

(26)

通过运用振型叠加原理，将皮带弹性体的纵向振动偏微分方程(3)简化为式(26)所示的n个相互独立的无阻尼单自由度系统的受迫振动微分方程。应用四阶龙格库塔法并采用零初始条件分别求正则坐标qi(i=1，2，…，n)的稳态响应。

系统受迫振动的动态响应

(27)

要得到运动坐标下系统受迫振动的动态响应，需通过变换公式。UNi(x)与UNi(y)变换关系如下：

当0≤Sx

(28)

当L1≤Sx

(29)

系统在运动坐标系下受迫振动的动态响应

(30)

式中UNi(y)为阵型函数；qi(t)为模态坐标。

5 仿真实例与结果分析

以下仿真计算的基本参数为：传动带长度L=4 m；带切线段长度Lt=0.97 m；单根皮带线密度ρ=0.37 kg/m；皮带根数z=4；单根皮带横截面积A=1.55×10-4m2；摩擦系数μ=0.6；小带轮半径R1=0.15 m；大带轮半径R2=0.45 m；皮带弹性模量E=2×108Pa；冲次n=6 min-1；减速箱传动比iBox=35；减速箱传动效率ηBox=95%；大皮带轮平均角速度ω=21.99 rad/s。

5.1 系统对转速波动的响应

当ω0=65.97 rad/s，k0=150 rad/s；M0=1 200 N·m；M1=0；M2=0；时，图2和3给出了皮带传动系统对转速波动的动态响应曲线。

图2 皮带某点纵向振动的瞬时位移随时间变化曲线

图3 皮带某点瞬时速度随时间变化曲线

5.2 系统对载荷激励的响应

当M0=-400 N·m；M1=400 N·m；M2=1 500 N·m；ω0=65.97 rad/s，k0=0时，图4～5给出了皮带传动系统对载荷激励的稳态响应曲线。

图4 皮带某点纵向振动的瞬时位移随时间变化曲线

图5 皮带某点的瞬时速度随时间变化曲线

由图2～5可得以下结论：

(1) 系统转速波动加剧了皮带的纵向振动，影响了皮带的瞬时位移与瞬时速度，皮带的瞬时位移和速度出现剧烈波动；

(2) 与系统转速波动激励的响应相比，外载荷波动激励对皮带纵向振动产生较大的影响，皮带的瞬时位移与瞬时速度不仅出现剧烈波动而且振幅较大。

5.3 系统对转速与载荷激励的响应

图6 带轮振动的瞬时位移随时间变化曲线

图7 带轮瞬时转速随时间变化曲线

图8 主从动带轮的转差随时间变化曲线

当M0=-400 N·m；M1=400 N·m；M2=1 500 N·m；ω0=65.97 rad/s，k0=150 rad/s时，图6和7给出了大小带轮瞬时位移与瞬转速随时间变化曲线，图8给出了传动系统大小带轮的转差随时间变化曲线由以上图可知：

(1) 考虑带轮的惯性质量对皮带纵向振动的影响，带轮的瞬时位移呈周期性波动，小带轮的瞬时振动位移明显大于大带轮的瞬时振动位移；

(2) 带轮的瞬时转速呈周期性波动，小带轮的瞬时速度高于大带轮转化到小带轮处的瞬时等效转速，说明大小带轮之间存在瞬时转差；

(3) 受皮带纵向振动的影响，大小带轮瞬时转差呈现简谐波动；当瞬时转差为负值时，小带轮被拖动；瞬时转差的存在说明皮带传动系统瞬时传动比不恒定，皮带与带轮之间存在滑差。

6 结 论

(1) 考虑带轮惯性质量对皮带纵向振动的影响建立了两坐标系弹性体纵向振动的力学与数学模型。应用坐标变化法求解系统受迫振动的响应，仿真分析了转速波动以及负载扭矩的波动对皮带纵向振动的影响。该分析方法对带轮附件驱动系统的动态特性的设计具有理论与实际意义；

(2) 转速波动激励与载荷波动激励使得皮带纵向振动的瞬时位移与瞬时速度出现周期波动；其振动幅值受到带轮惯性质量的影响；

(3) 带轮瞬时振动位移受其惯性质量的影响，惯性质量越小瞬时振动位移越大；带轮瞬时转差的存在说明皮带瞬时传动比不恒定，皮带与带轮之间存在相对滑动。

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游梁式抽油系统 篇4

1 游梁机能耗现状分析

游梁机采油作业过程中, 电动机带动三角皮带转动, 三角皮带带动游梁机减速箱转动, 减速箱的输出动力经过四连杆结构, 转变成驴头的上下曲线往复运动, 然后通过驴头转换成抽油杆的直线上下往复运动, 抽油杆的每一次上下往复运动为一个冲程, 每个冲程即为一个工作周期。

每个工作周期内, 在抽油杆上升采油的过程中, 为了保证油井有足够的采油压力和克服抽油杆的自重, 游梁机需要对抽油杆提供很大的动力, 因此电动机需要在很高的负载条件下运行;而在抽油杆的下降过程中, 油井内的负压以及抽油杆的自重可以带着抽油杆自行向下降落, 电动机的输出功率非常小, 甚至电动机运行在发电状态。

由此可知, 游梁机的电动机长期在一种负载极不均衡的状态下周期运行, 而为了满足抽油杆上升过程中对转矩的要求, 游梁机选用的电动机相对而言, 都会选择功率等级比游梁机功率大的型号, 但在抽油杆下降过程中, 这时大功率的电动机不需要在较高的负载点运行, 所以就形成了“大马拉小车”的局面;常用的三相异步电动机在轻载甚至空载状态下, 运行效率很低, 因而造成了大量的能源浪费[1]。

2 开关磁阻调速系统工作原理

开关磁阻调速系统 (Switched Reluctance Drive, 简称SRD) 是目前最新的无极调速系统, 由开关磁阻电动机 (Switched Reluctance Motor, 简称SRM) 、控制电路、功率电路及位置传感器四部分组成, 兼具直流、交流两类调速系统的优点。

SRD采用的是“磁阻最小原理”。磁阻最小原理是指磁通总是要沿着磁阻最小的路径闭合, 而具有一定形状的铁芯在移动到最小磁阻位置时, 必使自己的主轴线于磁场的轴线相重合。当铁芯的主轴线与磁场的轴线不重合时, 铁芯与磁场之间会产生一个磁拉力, 使铁芯沿着轴线重合的方向移动。

以12/8极SRM为例, 如图1所示, 12/8极SRM定子有12个极, 转子有8个极, 定转子均为硅钢片叠压而成, 其中定子上有绕组, 转子无绕组。定子绕组每间隔两个极为同一相, 绕组之间串行连接, 共有A、B、C三相。以A相绕组为例 (B、C两相结构与A相相同, 与A相并联在直流电源上) , 当A相绕组轴线OA与转子磁极轴线Oa均不重合时, 闭合开关S1、S2, 对A相绕组通电, A相绕组会产生一个沿OA方向的径向磁场, 该磁场通过定子轭、定子极、气隙、转子极、转子轭等路径闭合, 转子受到气隙中弯曲磁力线的切向磁拉力, 推动转子转动到OA与Oa轴线重合为止, 此时断开开关S1、S2。

顺序对各相按上述步骤通电 (如A-B-C-A或A-C-B-A) , 电动机就可以连续转动, 改变通电的各相顺序以及通电时间, 就可以改变电动机运行的转向、转矩和转速。由此可知, 电动机的转向与各相通电电流方向无关, 与各相通电顺序有关[2]。当开关S1、S2开通时, A相绕组从直流电源吸收能量, 当开关S1、S2断开时, A相绕组中的电流则经过续流二极管D1、D2回馈到直流电源, 因此, SRD的系统效率高, 且高效区宽。

磁阻最小原理使SRD与传统交直流电动机及其调速系统相比, 有如下几个特有的优点。

◇SRD的启动转矩大, 可达额定转矩的150%;启动电流小, 只有额定电流的30%。

◇能够频繁换向, 可达1000次/h。

◇调速范围宽, 高效区宽。

◇空载电流小, 只有额定电流的1%左右。

◇转子无绕组, 结构简单、可靠性高, 不仅减少了绕组热损耗, 同时也节约了制造成本, 简化了制造工艺。

3 SRD应用于游梁机节能分析

目前国内的游梁机绝大部分都是采用三相异步电动机直接接入工频电压的方式运行。

三相异步电动机在空载运行时, 转子转速与同步转速非常接近, 转差率约为0, 转子回路等效电阻近似无穷大, 转子绕组中电流近似为0, 此时转子绕组功率因素没有意义;定子绕组的电流有功分量所占的比重很小, 绝大部分都是用来产生旋转磁场的无功电流分量, 因此电动机空载时的功率因数非常低, 只有0.2左右。

当电动机轻载运行时, 电动机转速高于额定转速, 转差率减小, 转子绕组电势降低, 而转子绕组电阻分量增加, 电抗分量减小, 所以转子绕组阻抗角小于额定负载, 因此轻载时转子的功率因素比额定负载时要高;但轻载时, 定子绕组阻抗的电抗分量增加很大, 定子绕组功率因素很低, 综合定转子的功率因数, 三相异步电动机轻载时的功率因数仍然比较低。

当电动机额定负载运行时, 转差率只有5%左右, 转子回路电阻增大, 因此, 转子绕组阻抗角减小, 转子功率因素能达到0.8~0.9;而定子绕组中, 定子绕组是转子电流和励磁电流之和, 因转子电流相电流远远大于励磁电流, 故定子绕组功率因素也较高, 约在0.8~0.85, 因此额定负载下, 电动机整体的功率因素相对较高[3]。

由上可知, 三相异步电动机功率因素在空载到额定负载范围内, 是随负载的增大而增大的, 只有电动机工作在额定负载点或负载相差不大的工作条件下, 才能取得较高的功率因素, 而游梁机的负载特性非常的不均衡, 一个周期内大部分时间都是在轻载甚至空载的情况下运行, 因此可以推断系统的功率因素平均会在一个很低的范围内。电动机绕组中无功电流增加, 使电动机绕组发热量增加, 增大电能损耗, 降低了系统的工作效率, 且绕组发热也会影响电动机的使用寿命。

三相异步电动机直接接入工频电压运行后, 电动机的转速就只和电压的频率有关, 无法改变, 因此只能通过远程开关对电动机进行最基本的启停控制, 无法通过远程控制器实现自适应调整, 例如若需要更改游梁机的冲程, 只能通过更换电动机皮带轮的大小来调节, 工作难度和强度都很大, 停机时间长, 非常不适用于油田现场的现代化远程控制。

SRD是最新的无极调速系统, 可以根据负载情况及转速的不同分别采用角度位置控制 (APC控制) 、电流斩波控制 (CCC控制) 及电压斩波控制 (PWM控制) 等不同的控制策略, 通过改变电流的幅值、开通角、关断角, 改变电压的幅值及相位等降低电动机定子绕组的无功分量, 提高电动机运行的功率因素和工作效率, 另外SRM的转子无绕组, 消除了转子绕组引起的发热, 减小了的电动机的无功消耗, 同时降低了电动机的运行温度。

图2为22 k W、额定转速750 r的SRD的效率特性MAP图。由图2可以看出, 在45%以上的负载、500 r以上的转速范围内, SRD的输出效率始终可达85%以上。

SRD控制器有着丰富的外围信号接入端, 结合远程监控模块可以方便的实现数字化。通过工图采集和分析可以实时调整SRD的运行转速, 使得油井始终工作在高效区, 实现抽油机整体运行的节能。通过远程监控模块可以非常简便的实现远程启停、远程换向、远程调速等基本功能;还可以实时远程传输电动机及控制器的各种运行参数及警告故障信息, 方便实现远程监控。因此SRD用于游梁机可以非常简单的实现抽油设备的远程控制。

为验证SRD相比于与三相异步电动机的节能效果, 在东营胜利油田某油井上进行了现场对比试验。油井原采用的是额定功率22 k W三相异步电动机, 额定电压660 V, 额定转速600 r/min, 采用工频电源直接接入电动机的运行方式;对比试验采用的SRM为额定功率22 k W, 额定电压660 V, 额定转速750 r/min。对比数据见表1。

由表1试验对比数据可以看出, SRM相比于三相异步电动机在各电气测试项目中均有优势:有功功率每小时节电1.02 k W, 节电率为15.27%;无功功率每小时节电高达20.32 kvar, 节电率高达81.78%, 无功经济当量按0.03 k W/kvar计算, 可得综合节电率达21.96%;功率因素也由较低的0.259提高到了0.780, 达到了预期的试验目标。因此将SRM代替传统的三相异步电动机应用于游梁机, 不仅节省了大量的电能, 同时大幅度的减少了电动机运行的无功电流, 增加了电网输出的有功功率, 提高了油田电网的利用率, 减少了线路能量损耗, 电网设备的容量在额定范围内得到更加充分的利用, 节约了巨大的电网建设和运行维护的成本。

4 结论

通过以上的论述, 可以得出, 相比于三相异步电动机, SRD应用于游梁机有以下几个方面的优势:

1) SRD有着很宽的高效区, 更适合应对游梁机难以克服的负载不均衡的缺点, 可取得很好的节能效果。

2) SRD工作过程中, 无功电流较小, 可以节约油田电网大量的建设和维护成本。

3) SRD有着很宽的调试范围, 可以在不停机的工作条件下对游梁机进行冲程调节, 冲程调节范围很宽, 且可以调节在冲程范围内的任意点上。

4) SRM转子无绕组, 有着更高的可靠性, 更易于维护, 同时无转子绕组发热。

以实测的22 k WSRD为例, 一台游梁机每年大约可以节约电能约14 000 k W, 按目前工业用电电价标准, 每年仅电费就可节约1.5万元人民币左右;如若改造大型游梁机, 应会取得更大的节能效果。因此, 将SRD应用在游梁机中, 具有广阔的市场前景和巨大的经济效益。

参考文献

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常规游梁式抽油机安全操作规程 篇5

一、启动前的准备工作

(1)改好流程，检查出油管线是否畅通，冬天提前2-4小时预热水套炉。

(2)检查光杆卡子是否紧固牢靠，光杆盘根盒盘根松紧是否合适，润滑油是否足够，悬绳器滑轮是否正常。

(3)检查减速箱油量是否适量（应在两丝堵之间），检查曲轴、游梁、支架各轴承润滑脂是否足够。

(4)检查刹车是否灵活完整，应无自锁现象。

(5)检查皮带有无油污及损坏情况，并校对其松紧度。

(6)检查各部位固定螺丝、轴承螺丝、驴头销子螺丝、平衡块螺丝等无松动现象，并检查曲柄销子有无脱出及保险销有无松动现象。

(7)检查曲柄轴、减速箱皮带轮、电机皮带轮、刹车的键有无松动现象。

(8)检查保险丝是否插牢、启动开关有无异样，电器设备接地装置是否良好，保险丝（熔断丝）是否符合规定。

(9)检查电机三相绕阻的直流电阻是否平衡，绝缘电阻是否过到安全值。

(10)检查和排除抽油机周围妨碍运转的物体。

二、启动操作

1、先松刹车。

2、盘皮带轮，对于新井或长期停产油井，重新开抽前人工盘动眼带轮，观察有无卡碰现象。

3、按启动电钮或推动手柄。启动电机时，先使曲柄平衡块作2-3次摆动，以利于曲柄平衡块惯性启动抽油机。

三、启动后的检查工作

1、检查联接部位、减速箱、电动机、轴承等各部位有无不正常的声音。

2、检查各部位有无振动现象。

3、检查减速箱及各轴承部位有无漏油现象。

4、检查曲柄销子、平衡块有无松动、脱出，驴头上下运动 时井内有无碰击等现象。

5、检查回压、套压是否正常，井口是否出油，方卡子是否 松脱，悬绳器毛辫子是否打扭，盘根盒是否损坏或发热，三相 电流是否平衡等。

6、检查光杆是否发热，各轴承发热温升不高于2 0℃，电机 外壳温度不超过6 5℃。

7、经检查一切确认后，操作人员方可离开。

8、每间隔2-4小时应巡回检查一次，如发现有不正常现象，立即停抽，进行检查处理，将处理结果填入报表，情况严重时，应及时将情况汇报队里。

四、停机操作

1、按停止电钮，让抽油机停止工作，刹紧刹车。

2、根据油井情况，让驴头停在适当的位置。出砂井驴头停在上死点；油气比高、结蜡严重、稠油井停在下死点；一般井驴头停在冲程1/3-1/2这时曲柄在右上方位置（井口在左前方时），开抽时容易启动。若停抽时问长，按关井操作规程进行。

五、注意事项

1、启动抽油机时应注意的事项

(1)启动时抽油机附近禁止站人，尤其注意不准站在曲柄放置扫击范围之内，防止伤人。

(2)盘皮带时只能用手压着皮带盘，禁止用手抓皮带盘动，以免把手带进皮带轮槽挤伤手指。

(3)必须当曲柄摆放方向和抽油机转动方向一致时才可启动。

(4)连续启动3-4次仍不能启动时，禁止启动。

2、新安装的抽油机开抽后应注意事项

(1)第一周内应加强巡回检查，每两小时检查一次。

(2)按下列要求对各部螺丝进行拧紧：

1)第一天运转4小时后应拧紧作业一次。

2)三天内每天拧紧作业一次。

3)第一个月内应半月拧紧作业一次。

游梁式抽油机游梁随动平衡仿真分析 篇6

游梁式抽油机四杆机构的结构特点以及工作过程中附加载荷的影响,使得抽油机在平衡后曲柄净扭矩变化依然较大,负扭矩现象严重,因而导致抽油机系统效率低下能耗增大[1,2]。据统计,我国各大油田抽油机用电量约占油田总用电量的70% ,成为油田采油成本的重要影响因素; 国内一般地区有杆泵抽油系统总效率平均只有12% ~ 23% ,先进地区也不到30%[3,4]。由此可见,提高抽油机系统工作效率,降低抽油机能耗是当前亟待解决的问题。

由于游梁式抽油机的皮实耐用,游梁式抽油机依然是油田主力采油机械和投产机型。然而,在抽油机实际运行过程中平衡率较低,致使电力资源浪费,增大内能消耗,降低系统效率[5]。因此,对游梁式抽油机进行节能改造,提高抽油机平衡率,实现抽油机节能运行具有更重要的意义。

目前,抽油机随动平衡研究大都以变距平衡为目标,且将随动平衡机构加在游梁上,利用电动机驱动或借助抽油机自身的运动提供动力。定性研究发现,曲柄平衡的游梁式抽油机采用随动平衡机构的复合平衡后,曲柄轴最大扭矩、最小扭矩的绝对值以及均方根扭矩均有所减小,具有较大的节能空间[6,7]。随着现代计算机技术的发展,虚拟样机技术在多学科领域得到了广泛应用[8,9],为研究抽油机游梁随动平衡提供了新的分析手段和解决方案。本文利用虚拟样机技术进行抽油机游梁随动平衡仿真分析,为抽油机游梁随动平衡的改造和实现提供了理论分析依据。

1 主要结构及随动平衡原理

良好的平衡状态有利于抽油机节能。由于驴头悬点运动特性和游梁式抽油机的几何结构关系,导致抽油机悬点载荷在上、下冲程中变化不均衡。游梁式抽油机的常规平衡总体分为曲柄平衡和游梁平衡,这两类平衡虽然在抽油机工作过程中发挥了较好的平衡作用,但它们所提供的平衡重的安装方式是固定不动的,平衡重所提供的载荷不能因悬点载荷特性的改变而改变。基于此,对传统游梁式抽油机进行改造。改造后的游梁随动平衡抽油机主要结构形式如图1 所示: 在抽油机支架上加一个固定轴,平衡机构的连杆一端与其相连,连杆的另一端连接摆杆,摆杆由固定在游梁尾部的支座来支撑,摆杆能绕着该支座转动,摆杆末端连接随动平衡重。这些是在原始抽油机上做的主要改动。

整个随动平衡机构利用抽油机自身的运动提供动力: 上冲程时,支座随游梁后臂向下摆动,连杆和摆杆的夹角变小,随动平衡重相对于游梁作逆时针转动,随动平衡重随着悬点的运动逐步释放势能对悬点载荷做功; 下冲程时,正好相反,连杆和摆杆的夹角变大,随动平衡重相对于游梁作顺时针转动,悬点载荷对随动平衡重做功,随动平衡重随着悬点的运动逐步增加势能。此即为游梁式抽油机随动平衡的工作原理,与其它形式的平衡区别在于平衡重势能的增加和释放过程不是按标准的三角函数曲线变化的。

2 抽油机虚拟样机

2. 1 仿真基本数据

对CYJY3 - 1. 5 - 7HB抽油机与改造后的游梁随动平衡抽油机进行仿真分析,根据具体的井况条件,建立虚拟的抽油机井仿真系统。

井况数据如下:

泵挂深度L = 500 m,动液面深度H = 300 m,沉没度h = 200 m,抽油泵泵径D = 38 mm,抽油杆直径d = 16 mm,抽油杆密度 ρ杆= 7 850 kg / m3,油液密度ρ油= 960 kg / m3,抽油杆柱的弹性模数E = 2. 11 × 1011N / m2,重力加速度g = 9. 8 m/s2。

抽油机的结构参数如下:

抽油机前臂长1 750 mm,后臂长1 360 mm,连杆长1 690 mm,基杆长2 588 mm,曲柄半径505 mm,抽油机冲次为6 min- 1。

为虚拟样机仿真计算方便,需对泵挂深度为500 m的抽油杆柱的折算刚度进行分析,过程如下。

抽油杆形变

式中ΔP———上下冲程抽油机悬点载荷最大差值,N。

等效弹簧形变量

结合式( 1) 和( 2) 可以得到抽油杆柱的折算刚度为

式中f杆———抽油杆横截面积/m2。

2. 2 抽油机虚拟样机的建立

在虚拟样机仿真分析过程中,抽油机悬点载荷的加载比较复杂,为仿真分析计算方便,对抽油机上、下悬点载荷进行计算分析[10],上冲程载荷为

下冲程载荷为

分析式(4)和(5),抽油机的悬点载荷可以分解为杆液重力、上顶力、杆柱浮力、惯性载荷及振动载荷。其中液重力、上顶力、杆柱浮力是定值,其余载荷随着抽油机的运动而改变。根据沉没上顶力上、下冲程变化特性,拟合的沉没上顶力曲线如图2所示。

同理,液柱质量拟合曲线如图3 所示。

根据抽油机悬点载荷分析,作用在抽油机悬点杆柱等效质量块上的力学仿真模型如图4 所示。

在Solidworks环境下分别建立改造前后的游梁式抽油机实体模型,并将此模型导入ADAMS环境中。由于抽油杆柱具有弹性,在ADAMS环境中将其以折算弹簧和等效质量块组合代替,折算弹簧的刚度即为上文所计算的折算刚度,如图5 所示。

抽油机随动平衡改造后的虚拟样机仿真分析模型如图6 所示。除了随动平衡机构中的回转副及平衡质量外,其余在约束、驱动以及载荷过程与改造前的过程一致。

3 仿真结果分析

3. 1 抽油机悬点动力学仿真结果分析

进行改造前后抽油机虚拟样机仿真分析,设置总运行时长为100 s( 10 个周期) ,仿真步数1 000步。得到抽油机悬点运动规律如图7 所示。

取作用在抽油机光杆上的载荷,得到抽油机的动力示功图如图8 所示。

3.2抽油机改造前后结果对比分析

(1)最大平衡扭矩分析

在抽油机上、下冲程扭矩峰值相等的平衡条件下,对改造前后的抽油机进行平衡扭矩分析。改造前通过调整曲柄平衡重峰值扭矩及改造后通过调整随动平衡重质量达到上述平衡条件,得到改造前后抽油机曲柄扭矩曲线如图9 所示。

从上图中可以看出,抽油机经过游梁随动平衡后,平衡效果得到了改善,曲柄轴净扭矩峰值由1. 41 k N·m降低到1. 38 k N·m,峰值降低率为2. 3% 。同时从曲柄净扭矩曲线可以进一步看出,改造后,净扭矩曲线的负值得到了较大改善,使得曲柄轴扭矩曲线变化趋于平缓,有利提高电动机工作效率及节能。

( 2) 均方根扭矩分析

分析抽油机改造前后曲柄净扭矩曲线,改造前后曲柄净扭矩曲线扭矩均方根值分别为887. 53 N·m和847. 44 N·m,改造后曲柄净扭矩均方根值降低了4. 52% ,达到了降低抽油机电动机装机功率的目的,有利于节能。

( 3) 有功节电率分析

抽油机工作时,由于负扭矩存在而导致倒发电现象,但所发电不能被电网吸收而习惯上在计算抽油机电动机有功功率时把负功率以0 值计算,结合功率计算公式,抽油机电动机有功功率计算方法为

结合改造前后净扭矩曲线及曲柄角速度,改造前抽油机有功功率平均值P均= 454. 6 W,改造后有功功率平均值P'均= 447. 6 W,因此有功功率节电率为

( 4) 平衡重分析

抽油机进行随动平衡改造后,由于没有采用曲柄平衡重,所用的游梁平衡重为140 kg,而改造前曲柄平衡重质量为540 kg。由此可以看出,抽油机经过游梁随动平衡改造后,从平衡重质量角度出发,降低了平衡重的耗材。

4 结论

通过本文的研究,提出了一种抽油机游梁随动平衡的改造方案和仿真分析计算方法。建立了抽油机游梁随动平衡改造前后的三维虚拟样机仿真分析模型,通过对抽油机的悬点载荷特性分析,实现了在虚拟样机仿真环境下对抽油机井悬点载荷仿真分析计算模型。结合对改造前后虚拟样机的仿真分析结果,获得了抽油机经游梁随动平衡改造后,曲柄净扭矩峰值降低率为2. 3% ,均方根扭矩值降低了4. 52% ,同时抽油机有功功率降低了1. 53% 的结论。因此通过本文的研究,游梁式抽油机经过游梁平衡后对于改善抽油机的运行状态及节能均有较好的效果,为实施和改造抽油机随动平衡提供了设计方案和分析方法。

参考文献

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[8]石海军,钱林方,徐亚栋,等.某火炮协调器多学科一体化设计优化[J].中国机械工程,2013,24(11):1459-1463.

[9]阮登芳,李强军,张绪勇,等.重型汽车变速器后置副变速器换挡同步时间分析[J].中国机械工程,2013,24(22):3105-3109.

游梁式抽油机平衡调节探讨 篇7

1 目前状况及问题的提出

就目前各个采油厂的游梁式抽油机平衡调整方法来讲, 主要可为三种。

1.1 用撬杠进行调整, 该操作方法是目前各采油区一直延用的方法, 该操作方法的弊端为

操作人员站在离地面高度在3000~3500mm上, 宽度为150mm的曲柄上平面上, 用撬杠进行1cm、1cm的撬动锁块螺线的螺杆操作 (采油区生产现场使用的游梁式抽油机, 长时间风吹日晒, 使曲柄上平面锈蚀严重, 使用撬杠移动配重块十分困难, 特别是在夏、冬两个季节, 由于天气恶劣, 操作人员失足跌落的可能性很大) 十分危险。

1.2 用吊车进行垂直摆动调整, 该操作方法是目前各采油区为减轻

操作人员工作量, 提高安全操作系数, 从而利用机械设备进行游梁式抽油机电动机平衡率调整的方法。

该操作方法的弊端为:

很多采油区井点分散, 战线远, 车辆单位也因工作量大, 车辆少, 不能随叫随到, 经常出现采油区人员上报工作量后, 第二天吊车因另有安排, 采油区人员需待命。可人们等了一整天, 结果却是吊车没有了。在操作员中, 由于使用了吊装设备, 需在另外安排一名司索随时监护吊车的使用。

(1) 现场管理人员不能够根据自已的可控制时间及生产井的现场状况, 随时进行调整操作。

(2) 车辆成本费用较高。

(3) 生产单位不能保证有足够多的吊车来运作。

这种调整方式并没有降低风险, 因为抽油机井不会因为有了吊车, 惯性载荷消失, 也不会降低操作人员的工作量, 因增加了吊装设备, 从而无形中增加了危险点源。

1.3 有专用平台, 用摇把进行调整, 该操作方法多用于培训教学使用, 如在生产现场应用, 需另外安设操作平台。

该操作方法的弊端为:

(1) 由于抽油机停机后的连杆位置决定了不能够将配重块调整到理想位置。

(2) 所需平台要提早预制, 且在现场操作时, 需要在抽油机停机后左右摆设, 停井时间太多, 延误开井时率。

(3) 加之拉运平台的车辆劳务费用及搬运、安装平台时占有的人工较多。

综上所述这些方法与采油区的现场实际操作情况不符。

2 基础研究

为消除以上所述调整游梁式抽油机电动机平衡率方法的弊端, 我们结合现场使用的14型游梁式抽油机曲柄上平面的齿条, 研制成功了该工具。

该工具由两部分组成:

(1) 齿轮部分为内圆头普通平键孔圆柱齿轮。

(2) 圆头普通平键形的齿轮固定螺丝。

该工具是利用了齿轮齿条传动的工作原理, 将抽油机的曲柄变为从齿轮, 所研制的调整工具为主齿轮, 形成一种平面齿轮传动。

将该工具安装后, 利用抽油机减速箱为操作平台, 操作人员站在两曲柄内侧的减速箱上, 使用钣手或套筒, 即可进行方便灵活地进行操作, 将配重块调整到理想位置。

3 现场应用情况描述

以中原油田采油一厂油藏经营管理五区为例

以油藏经营管理五区2013年以来的五个月采用游梁式抽油机调整平衡专用工具所调平衡井数为例:

自油藏经营管理五区2013年采用游梁式抽油机调整平衡专用工具以来, 五个多月来共调整游梁式抽油机平衡八口井次, 减少产量损失1.08吨, 以每吨原油5000元计。五个月直接创效0.5400万元, 如采取原有方法进行调整, 每口井需报八吨吊车一台, 台班费用为640元。随用东风小卡一辆, 台班费用为300元。每口井需车辆劳务为940元, 八口井共需车辆劳务0.7520万元, 其他消耗560元, 五个月来, 共计挽回劳务费用0.80万元。制作该工具只需花费870元, 五个月来共计创效0.5400+0.8080-870=1.26万元。五个月来的投入产出比为1:15。

4 结论

(1) 与以往的游梁式抽油机调整平衡方法及工具相比, 操作简捷、方便灵活。

(2) 大大降低了操作者劳动强度, 提高了工作效率。

(3) 给在现有基础上操作者提供了较大的操作平台, 最大可能地避免了操作者高空坠落地可能性, 保证了操作人员的安全。

(4) 缩短了停机时率:以往的操作方法调整一口抽油机的平衡, 在设备保养良好, 操作人员配合默契的情况下, 需费时90~120min, 使用该工具后, 如38-71井一样的设备状况, 也只需要40min。也就是说, 每口井可缩短停机时间1小时, 有效地提高了开井时率。

参考文献

[1]焦念友.“抽油机专用变频调速控制技术及装置”达到国际先进水平[J].中国石油大学学报 (自然科学版) , 2007, (04)

游梁式抽油机的事故树浅析 篇8

游梁式抽油机存在着十大危险。这十大危险是: (1) 平衡块旋转危险; (2) 皮带传动危险; (3) 减速箱高处作业危险; (4) 电机漏电危险; (5) 操作台高处作业危险; (6) 电机电缆漏电危险; (7) 节电控制箱漏电危险; (8) 刹车失灵危险; (9) 毛辫子悬绳器危险; (10) 攀梯危险。

1 事故树分析

其中顶事件为游梁式抽油机无法工作。各基本事件之间用或门连接, 具体树形结构如图1。

一级事故树包含七个事件, 每一个事件又可以继续向下构造事故树。其中电动机失效, 包含一个中间事件 (雨水渗漏) 和三个基本事件, 雨水渗漏又包括两个基本事件。该部分事故树如图2。

该部分事故树包含5个基本事件, 按顺序依次为:

X1—密封件损坏;X2—设计缺陷;X3—载荷过重;X4—抽油机不平衡;X5—电压不稳

传动系统的失效, 包括两个基本事件和一个不再展开讨论的事件, 三个事件之间用或门连接, 具体事故树如图3。

未展开事件为:

A1—皮带张紧装置损坏

两个基本事件为:X6—皮带打滑;X7—疲劳断裂

曲柄连杆是抽油机所有设备中, 极易出现失效的一个部件, 其中所涉及到的失效类型较多, 关系比较复杂, 此处通过事故树来对各种失效部件和形式进行一个结构显示, 具体如图4。

事故树中所涉及到的未展开事件为:A2—平衡块损坏;A3—曲柄销疲劳断裂;A3—曲柄销磨损

基本事件为:X8—选材不当;X9—载荷过重X10—载荷过重;X11—抽油机不平衡;X12—连杆疲劳

减速箱是游梁式抽油机的一个重要部件, 在实际使用过程中, 也非常容易出现各类失效形式。常见的有轴故障、轴端漏油、齿轮损坏和轴承损坏。各中间事件之间通过或门连接。各中间事件又可以继续进行分解, 该部分共包括16个基本事件, 具体如图5。

上述事故树中, 涉及到的失效部件较多, 失效类型繁杂, 因此, 基本事件也较多, 依次为:X13—抽油机有冲击现象;X14—材质不均;X15—加工质量差;X16—轴的刚性不够;X17—整机平衡不足;X18—齿轮与轴配合松弛;X19—齿轮精度不高;X20—壳体变形;X21—密封件损坏;X22—抽油机有冲击现象;X23—强度不足;X24—热处理不当;X25—润滑不良;X26—齿轮精度低;X27—抽油机有冲击;X28—装配不合理

游梁式抽油机是一个整体设备, 其中的任何一个设备均有可能出现故障, 而且一旦出现故障, 会影响整个抽油机的工作, 给采油工作带来不便。支架损坏包括支架弯曲和底座损坏。支架弯曲主要是支架后退弯曲, 其原因有加工装配误差、焊接残余应力、压杆失稳。底座损坏包括底座疲劳开裂和底座变形。底座疲劳开裂的主要原因是基础不良或焊接残余应力。具体该部分的事故树如图6

事故树中的各基本事件依次为:X29—载荷过重;X30—焊接有缺陷;X31—底座变形;X32—选材不当;X33—压杆失稳;X34—载荷过重横梁和尾轴组合损坏, 主要有轴承滚子破碎和与游梁联结的螺栓断裂。尾轴承有调心作用, 由于受了大作用力, 如果润滑不足或强度不足, 都容易使滚子破碎。联结螺栓断裂主要是由于加工装配误差、焊接残余应力等引起的, 详细事故树如图7。

事故树中的基本事件依次为:X35—抽油机有冲击;X36—设计不合理;X37—装配不合格;X38—选材不当;X39—润滑不好;X40—载荷过重;X41—疲劳断裂;X42—载荷过重;X43—焊接有缺陷。整个游梁式抽油机事故树的建立, 是以搜集大量事故资料和现场考察为基础的, 可以说具有很高的参考价值, 方便工作人员在日常工作中, 使用、维护和排除游梁式抽油机提供一定的指导作用。

2 故障树的定性分析

本文对游梁式抽油机进行了事故树分析, 所建立的事故树是在详细分析游梁式抽油机各种故障类型基础之上的。可以在实际中, 指导日常使用、维护抽油机提供一定的依据, 同时事故树分析也是对游梁式抽油机进行可靠性分析的一个基础。从整个事故树来看, 顶事件为游梁式抽油机无法工作。第二层中间事件有电动机失效、传动系统失效、曲柄和连杆组合机构失效、减速箱失效、支架损坏、横梁尾轴损坏和驴头损坏, 共计七个事件。紧接着第三层事故树, 对每一个二层中间事件进行了事故树分析, 建立了第三层事故树, 从各个角度分析了游梁式出现故障的可能性, 为进一步研究危险性应对措施提供了基础。

整个事故树共包括43个基本事件, 基本涵盖了游梁式抽油机所有的失效类型, 特别是四层事故树的建立, 对实际生产的安全进行具有很强的指导意义。

摘要：游梁式抽油机在将电能转换为上下往复直线运动拉动深井泵抽油的运行过程中, 存在着漏电危险、旋转运动碰伤危险和机械伤害危险等;在维修作业过程中存在着机械伤害危险、触电危险、高空坠落危险、高空落物危险和皮带挤手危险等。

关键词：游梁式抽油机,危险

参考文献

[1]陈颖峰, 甄玉杰.游梁式抽油机节能技术电气控制系统[J].仪表技术与传感器, 2007-07-15.

游梁式抽油机曲柄销结构改进 篇9

1 损坏原因和工作原理

(1) 损坏原因。常见的曲柄销松动原因主要有:曲柄销出厂时就未能上紧, 从而导致越用越松, 进而发生滚键或曲柄销损坏;曲柄销的防松措施不够;曲柄销的锥度不够等。

(2) 结构和工作原理。优化后曲柄销的结构如图1所示。

如图1所示曲柄销, 用于连接游梁式抽油机的曲柄和连杆, 其结构及工作原理如下:借助于轴承与抽油机的连杆相连接的曲柄销, 曲柄销与连杆连接端设置轴承挡板, 轴承挡板借助于螺栓固定连接在曲柄销端部, 曲柄销另外一端加工成锥形, 锥形段借助于锥孔套和键与曲柄相连接, 曲柄销穿过曲柄的一端上设置螺纹, 并设有锁紧螺母, 螺母通过平垫靠紧在曲柄上, 其关键改进在于:所述锁紧螺母的外侧设置压板, 如图所示的压板和曲柄销之间借助于螺栓固定连接, 压板与曲柄销之间设置三个螺栓, 螺栓穿过设于压板上的通孔与曲柄销端部沿其轴线方向设置的螺纹孔配合, 压板面向锁紧螺母的一面上设置三个定位柱与设置在锁紧螺母 (如图3) 上的定位孔相配合, 三个螺栓将压板固定在曲柄销端部, 三个螺栓在曲柄销端部呈三角形分布, 而压板上设置的定位柱与锁紧螺母上的定位孔相配合, 限制锁紧螺母松脱, 从而防止曲柄销脱落的情况出现, 有效提高抽油机使用效率和使用寿命。

连杆与曲柄连接端设置连杆轴承座, 连杆轴承座与曲柄销之间设置密封圈, 并在连杆轴承座另一端设置端盖, 端盖借助于螺栓固定连接在连杆轴承套端部, 其中端盖与连杆轴承座形成密闭空腔可以作为盛放用于润滑轴承的润滑油的油杯。此外, 通过反复验证将曲柄销及锥套锥度由原来的1:8改为1:10, 有效的防止曲柄销脱落和滚键发生。

(3) 新结构使用效果。新结构的曲柄销自2009年在国内外各大油田应用至今, 发现新结构的曲柄销松动率明显降低, 其安全性较以往的曲柄销更加可靠、皮实、耐用。使用范围已从曲游梁抽油机逐渐扩展到了整个游梁式抽油机, 技术日趋成熟。

2 结论

(1) 在曲柄销端部设置一带有定位柱特殊压板, 带定位柱的面与锁紧螺母上的孔配合, 且压板通过三个螺栓固定在曲柄销端部, 所以限制了螺母在抽油机使用过程中松动的问题, 防止曲柄销脱落问题的出现, 提高抽油机使用效率和使用寿命。

(2) 将曲柄销及锥套锥度由原来的1:8改为1:10, 有效防止曲柄销脱落和滚键发生, 从而提高曲柄销的可靠性和使用寿命。

参考文献

[1]郭明, 陈亚晓, 党兴军, 等.抽油机曲柄销螺帽防退器的研制和应用[J].中国石油和化工标准与质量, 2014年09期:161.

游梁式抽油机常见故障及处理措施 篇10

要想具体分析游梁式抽油机的常见故障, 首先需要全面了解其工作原理和主要的设备组成, 以及其工作特点。游梁抽油机又被称为“磕头机”, 是目前采油厂中将原油从井下举升到地面的主要设备之一。其组件主要包括有杆抽油设备, 它分为三个主要的组成部分:第一是地面驱动设备就是常说的抽油机;第二是井下的抽油泵, 通常情况下人员用眼直接观察不到, 因为它悬挂在油井油管的下端;第三是抽油杆, 其是主要的连动装置, 将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。游梁式抽油机的基本工作原来就是由电动机提供足够的动力, 先经过减速传动系统减速, 在经过执行系统带动抽油杆, 从而由油杆带动抽油泵柱塞作上下往复移动, 最终实现将原油从井下举升到地面的目的。

2 游梁式抽油机的故障

通过对我厂目前在使用的游梁式抽油机进行为期一个季度的故障及故障隐患统计, 按照从电动机到井口的顺序, 常见的故障主要是:电动机的故障、传动带的故障、减速箱的故障、曲柄连杆组合装置的故障、横梁尾轴组合部件的故障、游梁中央轴承座组合部件件的故障、机架故障和其他部件故障等。也就是说游梁式抽油机的故障出现在整个作业的全过程, 所有部件都有可能出现故障, 但经过数据分析, 发现其出现的概率并不相同, 其中, 电动机、传动带、减速箱的故障在常见故障中出现概率比较大, 是主要的故障发生部位。需要重点预防、处理和解决。

3 游梁式抽油机故障的原因及处理措施

通过对游梁式抽油机的工作原理的掌握, 我们清楚的认识到游梁式抽油机是由多个设备组成的集体合作的工作模式, 加上对采油厂使用的游梁式抽油机常见故障的统计, 我们对每一种故障进行分析原因, 并提出相应的处理措施, 希望达到无故障工作的目标。

3.1 电动机故障的原因及处理

比如, 如果电动机出现通电后不转动, 无异响, 也无异味和冒烟的故障, 可能原因是电源未通 (至少两相未通) 、熔丝熔断 (至少两相熔断) 、过流继电器调得过小、控制设备接线错误等。其主要解决方法是针对上述可能产生的原因, 逐一排查, 首先认真检查电源回路开关, 熔丝、接线盒处是否有断点, 修复, 同时检查熔丝型号、熔断原因, 及时换新熔丝, 调节继电器整定值与电动机配合, 改正接线。总之, 由于游梁式抽油机的恶劣的工作环境, 导致电动机故障频发。归结来看, 导致游梁式抽油机电动机故障的主要原因有, 第一抽油机不平衡、载荷过重、由于雨水渗漏而造成线圈潮湿, 进而使电动机烧毁。因此, 对电动机故障的宏观解决方法为:首先, 定期检查抽油机电动机的电流情况, 检查平衡情况, 发现问题及时调整, 同时, 上下电流的负荷平衡率都要超过80%, 如果出现载荷过重时要及时检查和处理:防止雨水渗漏。

3.2 传动带故障的原因及处理

传动带故障也是游梁式抽油机经常出项的故障, 但其一般出现在使用时间较长的抽油机中使用的普通三角皮带上, 通过分析统计其发生的主要原因为皮带磨损和疲劳断裂。针对传动带的这种故障, 主要采用定时检查皮带的松紧程度, 防止出现打滑, 同时积极引进应用新技术新材料, 比如新型抽油机采用的窄V联动三角皮带, 它不仅材料新, 强度高, 而且传动性能和使用寿命都要比普通三角皮带有很大的提升。

3.3 减速箱故障的原因及处理

减速箱出现故障的概率是仅次于电动机和传动, 在游梁式抽油机中居于第三位, 常见的故障主要有输入轴窜动、输出轴断裂、输出轴滚键、齿损坏、箱体开裂轴承损害等。下面具体分析每种故障的原因然后提出相应的解决措施。其中输入轴窜动主要是由于整机平衡不良、轴的刚度不足、齿轮精度不高、轴上轮和轴的配合松弛导致的;而输出轴断裂是由于材质不均、加工的工艺不够、抽油机的冲击现象导致的;输出轴滚键故障主要是由于键的加工、质量不是很合格, 出现次品, 或者差和剪切的强度不足;齿轮损坏是减速箱故障出现概率最高的原因, 其主要分为齿断裂和齿磨损两个故障, 两者的故障出现原因不同, 要分别分析, 针对处理。其中, 齿断裂的故障出现主要是因为齿的热处理不当、齿轮的强度不够, 以及抽油机本身的冲击现象导致的。而齿磨损故障出现主要是由于齿轮精度差和润滑不良导致的。综合来看, 每种具体原因, 有的是润滑不够导致的, 有的是质量不过关导致的。因此处理措施主要为:定期对减速箱的润滑情况检查, 及时加润滑剂, 严格加强配件采购关, 严格保证加工质量差和材质质量, 减少因为人为原因导致的的故障。

3.4 曲柄连杆组合装置和中央轴承组合装置故障原因及处理

曲柄连杆组合装置出现故障经常和中央轴承的故障同时出现, 主要是由于其工作的承接性非常强。其中曲柄连杆组合装置的故障, 主要分为曲柄销轴与锥套松动, 这种故障产生的主要原因是组合装置的锥面接触不良和曲柄销螺母松动造成转动曲柄销的磨损。中央轴承座组合件的常见故障表现为, 中央轴承滚珠的破碎, 其产生的主要原始润滑不良或者强度不足;而轴承座的开裂和游梁的开裂, 主要原因是因为游梁没有焊透。对于组合装置的故障解决方法主要是加强设备的日常维护保养, 作业人员及安检人员必须加强对设备各部分构件的检查, 及时发现螺母等松动情况, 并加以紧固处理。在实际操作中尤其要注意对抽油机的润滑部位检查, 做到换油与加油及时、适量。

3.5 其余部件故障的原因及处理

在其余另部件的常见故障中, 以刹车失灵、驴头损坏、吊绳损坏最为常见。其中, 刹车失灵故障出现的主要是因为弹簧的损坏以及连杆过短或过长等;驴头出现故障, 主要是驴头销子的断裂和驴头的开裂, 其出现的原因主要是因为焊接的残余应力或者没有焊透等工艺问题;吊绳的故障主要是指铅头的脱落和吊绳的断股, 其产生原因主要是应力过大造成的。对于这些部件故障的处理主要是要做到, 及时检查, 及时发现问题, 及时整改, 日常作业要注意负荷的变化, 严格禁止超负荷工作。

4 结束语

游梁式抽油机在采油厂作业中具有十分重要的意义, 因此通过研究分析游梁式抽油机常见故障及处理措施, 不仅能减少其出故障率, 而且能提高抽油的效率, 从而为采油厂的增产增效打下基础, 有利用公司的经济效益提升, 而且能保证作业人员的安全。

参考文献

[1]丛峰.杨建国.丛林.张奇.浅析游梁式抽油机故障及解决方法[J].中国设备工程, 2009, (06) .[1]丛峰.杨建国.丛林.张奇.浅析游梁式抽油机故障及解决方法[J].中国设备工程, 2009, (06) .

[2]王晓方.赵元.游粱式抽油机曲柄销损坏机理分析[J].中国制造业信息化, 2008, (09) .[2]王晓方.赵元.游粱式抽油机曲柄销损坏机理分析[J].中国制造业信息化, 2008, (09) .

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