API抽油机模块化设计及应用

2022-09-11

近几年, 我国机电产品的出口数量大幅上升, 石油机械产品的出口也从无到有, 数量也在逐年不断地增加, 特别是随着国际原油价格的不断提升, 抽油机的出口需求不断加大, 抽油机的出口也成逐年上升的趋势, 在国际贸易中大多数抽油机进口国如印尼、阿根廷、印度以及叙利亚、埃及等中东国家, 他们没有本国的抽油机标准。这些国家在定货时均以API (美国石油学会) 标准为依据, 且大多数为常规型抽油机, 而定货的特点是数量少, 品种多, 交货时间短。为此, 对于一个抽油机生产厂家而言, 要满足这些要求并非易事, 而采用模块化设计符合国际市场需求以及各地使用的特点。

1 API抽油机标准

在国外一些国家执行的抽油机标准为美国石油学会制定的API spec 11E《抽油机规范》, 该标准按照抽油机按照扭矩、载荷、冲程3个参数排列组合, 减速器的额定扭矩作为第一参数, 其数值由6400lbs.in到3648000lbs.in, 共计16个等级;额定载荷的数值由2100lbs至47000lbs, 共计23个等级;光杆最大冲程的数值由16in至300in, 共计19个等级, 三个参数不同数值总计形成77种不同规格的抽油机。由于参数值的分布范围广, 抽油机规格品种多, 给用户或制造厂有足够的选择余地, 以适应各种油井生产的需要。

在机型参数的排列中, 考虑到三个参数不同的排列, 就会发现API抽油机规范中参数搭配上存在交叉、重叠的特点, 这是在考虑油井深度、冲程、冲次、泵径、杆柱等变化出发, 统计和分析了大量油井生产实践资料的基础上定制出来的。

2 抽油机模块化设计理论研究[1,2]

API标准规定的抽油机规格多, 在产品设计以及生产组织上普遍推行标准化、通用化以及系列化。在国外, 抽油机的生产已经基本上被几家大的机械制造公司所垄断, 如美国最早、最大的抽油机制造公司拉夫金 (LUFKIN) 公司。分析美国拉夫金公司的产品目录, 他们所生产的66种型号的抽油机由十三类近100种模块组合而成, 其生产的零部件具有高度的通用性, 也较彻底地解决了零部件的通用和互换问题。由于采用模块化设计方法, 既满足了多品种、小批量的市场需求, 又解决了企业规模化问题, 产品质质量大为提高, 成本大幅下降。

在国内, 抽油机模块化设计的理论研究已经开展了多年, 初步进行常规型和异相型游梁式抽油机模块化设计的研究。但是, 由于我国抽油机生产企业规模较小, 产品市场的覆盖面较少, 需求的种类比较单一, 没有开展模块化设计。随着国际市场不同地域的不断开拓、发展以及油田采油工艺的需求, 抽油机的需求已经向多品种、小批量方向发展, 生产企业要想满足市场的要求, 快速响应市场, 就必须按照新的设计方法组织生产, 而模块化设计方法正能满足这一要求。

3 模块化设计参数的选用

抽油机的主参数模块化设计是以抽油机的主参数优化设计为基础的, 在考虑整机性能优良的同时也要实现部件的标准化、通用化程度高, 使用的模块少。

抽油机结构为四连杆结构, 其结构尺寸决定了整机性能。考虑到上述原因, 在API机型主体参数设计上采用拉夫金已经成熟的参数, 结合国内的SY/T2003《游梁式抽油机》标准, 进行抽油机结构以及零部件的设计。在抽油机重要部件减速器的使用上, API 11E标准规定的减速器齿形为渐开线结构, 国内标准规定减速器齿形为双园弧结构[3], 两者差异较大。但随着国内抽油机出口量的不断加大, 其中采用双圆弧齿形的减速器经过多年的实践, 逐渐被北美地区所接受。结合国内减速器生产厂家的相关技术资料进行设计。

4 产品部件模块的设计应用

根据API抽油机规范所列举的抽油机的型号以及对拉夫金公司抽油机的设计参数特点的分析, 结合北美抽油机的技术使用特点, 对抽油机主要部件进行了合理的模块划分, 达到用较少的模块快速的组合成需要型号的抽油机, 提高抽油机的生产效率, 保证产品质量, 满足市场需求。

根据市场需求以及生产实际从API规范中选定常用抽油机从40至912共计66种进行了选定设计。经过分析将抽油机划分出主要部件模块:底座、支架、游梁、驴头、横梁、连杆、减速器、曲柄、曲柄销总成、中座总成、横梁轴承座总成等。图1为利用模块化设计912-365-192型抽油机三维图。

采用模块化设计理论设计抽油机的理念, 在进行机型的试制过程中对加工部件的工艺装备进行了模块化的设计, 根据生产部件的同异点, 设计不同的加工模块, 在进行部件加工时进行不同模块的组合, 不仅减少了单一固定工装的空间占用, 而且提高加工工作效率, 有效的保证了产品质量。机型经过试制组装运转测试, 整机各项性能指标均符合API规范以及SY/T5044-2003标准要求, 并且产品经用户反映使用状况良好, 到达用户的使用要求。

5 结语

(1) API抽油机采用模块化设计符合国际市场需求以及各地使用的特点。 (2) 采用模块化设计方法, 形成系列产品, 提高零部件的标准化、通用化, 可方便对抽油机整机和零部件的使用管理和维修。 (3) 模块化设计的应用, 能够很好的解决抽油机产品和规格少的局面, 缩短设计开发周期和生产周期, 整体提高抽油机设计以及制造水平。

摘要：通过对目前抽油机国内外的发展状况进行分析, 结合现行使用的抽油机的标准, 提出模块化设计的理念。根据国内生产实际, 融入国外抽油机设计的经验特点, 进行了API抽油机的模块化设计, 并通过实际运用, 验证了抽油机模块化设计理论的可行性。

关键词：抽油机,标准,模块化设计,应用