第四节抽油机的平衡、扭矩与功率计算

1、章节内容游梁式抽油机的平衡授课类型讲授教学目的重点与难点教具参考资料通过本部分学习主要让学生掌握游梁式抽油机平衡原理及条件，不同平衡方式的平衡计算；掌握抽油系统效率、抽油机效率、油井效率、水功率、光杆功率等的概念及计算。重点：平衡条件、 平衡计算及抽油系统效率、 抽油机效率、 油井效率、水功率、光杆功率等的概念及计算。难点：平衡条件及平衡计算采油工游梁式抽油机的平衡一、抽油机平衡原理（一）抽油机不平衡的原因： 抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。因此也就会造成抽油机不平衡。（二）

2、抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命； 抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动， 严重时会造成翻抽油机的恶性事故， 影响抽油机的寿命。因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。（三）平衡原理1平衡原则及平衡条件抽油机达到平衡的原则是：（1）电动机在上下冲程中做功相等；（2）上、下冲程中电机的电流峰值相等；（3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。抽油平衡原理，如图3-31 所示：在抽油机游梁后端加一重物， 在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重物做功，把重物升高储存位能 Aw ：AwAdAmd ,则得到电机在下冲程中做

3、的功为：AmdAwAd式中Aw 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；Ad 悬点在下冲程中做的功；Amd 电机在下冲程中做的功。在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功：AuAw Amu则得电机在上冲程中做的功为：AmuAuAW式中Au 悬点在上冲程中做的功；Amu 电机在上冲程中做的功。根据第一条平衡原则：AmuAmd即 AwAdAuAw可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：AuAd（ 3-50）Aw2上式说明抽油机的平衡条件为： 平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。2平衡系统要达到平衡需要的平衡功当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲

4、程中做的功为：Au(WrWL ) s ；下冲程做的功为：AdWr s 。则由（ 3 50）得理论上需要的平衡功为：AwAu Ad(WrWl )s(3-51)22二、游梁式抽油机的机械平衡计算1游梁平衡方式计算游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端；适用于小型抽油机，如图3-31 所示。在下冲程中悬点向下运动了s(m),而平衡重 Wb 升高的距离 sc 为：sccas ，储存的能量或称实际产生的平衡功为：cAwsWba要达到平衡，实际产生的平衡功应等于需要的平衡功，即：c sWb(WrWl )sa2可得游梁平衡重为：a(WrWl)Wb2c如果抽油机本身不平衡，设游梁后臂比前臂重X uc ，相当于平衡重

5、，则平衡重就可减小，这时游梁平衡重为：a(WrWl) X uc（ 3-52）Wb2c2曲柄平衡方式计算曲柄平衡 :是指平衡重装在曲柄上，适用于大型抽油机。如图3-33 所示。在下冲程中，曲柄平衡重Wcb 上升的高度为2R，曲柄自重 Wc 上升的高度为2Rc ，抽油机本身不平衡值X ub 上升的高度为 2r ，则平衡系统在下冲程中储存的能量，或实际产生的平衡功为：Aw2RWcb2RcWc2rX ub ，令其与需要的平衡功相等：2RWcb2RcWc2rX ub (WrWl ) s ，2可得到平衡半径的计算公式为：R (WrWl)sRcWcrX ub(3-53)22WcbWcbWcb图 3-33曲柄

6、平衡3复合平衡方式计算复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如图 3-34 所示，适用于中型抽油机。同理可导出平衡半径的计算公式：R (Wr Wl )sRcWc(X ucWb ) cr（3-54）22WcbWcbbWcb三、平衡测量与调整测电动机上、下冲程的电流峰值I u和I d，若 I I，平衡不足， I I，则udud平衡过重。在两个电流中有一个小的，一个大的，若I小/I大0.8 时就认为是平衡了，否则就要重新计算平衡半径或平衡重，重新调整平衡。四、抽油机井的系统效率（一）抽油机井的有用功率有用功率或称有效功率，也称为水力功率NH , ：是指在一定时间内，将一

7、定量的液体提升一定的距离所需要的功率：N HQHg（3-73）86400式中Q 油井产液量， t/d；H 泵对液体的有效提升高度，m；NH 抽油机井的有效功率，kw。泵对液体的有效提升高度计算如下：1如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L 。2考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为：H L fPBPC106（3-74）lg式中PB 、 PC 分别为回压和套压， MPa；l 井中液体密度， kg/m3。当上式中用相对密度 l ，并且重力加速度取9.8 时，H L f 102(PBPC) /

8、l 。3考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：H L fPB PC106hSlo（3-75）l gl式中hS 泵的沉没度， m。（二）光杆功率光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。可用示功图的面积计算：AsnC（ 3-76）N p600l式中N p 光杆功率， kw ；A 示功图载荷线包围的面积， cm2；S 光杆冲程， m；n 冲数， r/min ；C 动力仪力比， N/mm；l 示功图上冲程长度， mm；由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：Wlsn（ 3-77）N p4610式中Wl 转移载荷， N；s 光杆冲程， m；n冲数， r/min ；（三）抽油机井的效率1抽油机的效率Np p ，是光杆功率与电动机功率之比，它表达了抽油机工作状况好坏及N r功率利用程度。2油井效率H N H ，是有效功率与光杆功率之比， 主要表达了抽油泵工作状况的好坏N p及功率利用情况。 即悬点做的功，除了提升液体做有效功外， 还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。3抽油机井系统效率t N H ，为本抽油机井输出功率与输入功率之比， 表达了该抽油机井的总体效N r益和能量的综合利用情况。通过学习使学生掌握抽油机不同平衡方式的平衡计算方法。掌握有关课抽