采油工程第3章有杆泵采油(1)汇总

1、l 抽油装置及泵的工作原理抽油装置及泵的工作原理l 抽油机悬点运动规律及悬点载荷抽油机悬点运动规律及悬点载荷l 抽油机平衡、扭矩及功率计算抽油机平衡、扭矩及功率计算l 泵效计算泵效计算l 有杆抽油系统设计有杆抽油系统设计l 有杆抽油系统工况分析有杆抽油系统工况分析l 附录附录A API RP 11LA API RP 11L1.51.5题：题：(1) (1) 只只有有公式，没有列数据表就直接画图；或者只列表没公式，没有列数据表就直接画图；或者只列表没有画图；部分同学取点过少。有画图；部分同学取点过少。(2) (2) 物理量单位错误物理量单位错误。(3) (3) “FEFE”写成写成“PEPE”。

2、1.61.6题：题：(1) (1) 没有将没有将IPRIPR曲线分为曲线分为2 2段计算。段计算。(2) (2) 单位错误。单位错误。(3) (3) 画图时取点太少画图时取点太少。1.91.9题：题：(1) (1) 解题思路错误，由于是油水气三相，解题思路错误，由于是油水气三相，IPRIPR曲线应该分成曲线应该分成三段计算。三段计算。(2) (2) 有的有的同学只计算了采液指数，没有计算采油指数。同学只计算了采液指数，没有计算采油指数。(3) IPR(3) IPR曲线不完整，不封闭。曲线不完整，不封闭。思考题：思考题：(1) (1) 有些有些同学没有做。同学没有做。(2) (2) 推导题思路不

3、对，最后却得到了正确的结果。推导题思路不对，最后却得到了正确的结果。有杆泵采油典型特点：有杆泵采油典型特点： 地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。地面能量通过抽油杆、抽油泵传递给井下流体。(1)(1) 常规有杆泵采油：常规有杆泵采油：抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递抽油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下柱塞泵。给井下柱塞泵。(2)(2) 地面驱动螺杆泵采油：地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋转运动通过抽油井口驱动头的旋转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。杆传递给井下螺杆泵。有杆泵采油分类：有杆泵采油分类： 常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用的采油方式，常规有杆泵采油是目前我国最广泛应用

4、的采油方式，大约有大约有80%80%以上的油井采油采用该举升方式。以上的油井采油采用该举升方式。一、抽油装置一、抽油装置抽油机抽油机抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵其它附件其它附件设设备备组组成成三抽设备三抽设备一、抽油装置一、抽油装置抽油机抽油机抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵其它附件其它附件设设备备组组成成抽油过程介绍抽油过程介绍三抽设备三抽设备 工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。

5、上下摆动。挂在驴头上的悬绳器便带动抽油杆柱作往复运动。( (一一) )抽油机抽油机 有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，有杆深井泵采油的主要地面设备，它将电能转化为机械能，包括包括游梁式抽油机和无游梁式抽油机游梁式抽油机和无游梁式抽油机两种。两种。游梁式抽油机组成游梁式抽油机组成 游梁游梁- -连杆连杆- -曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置曲柄机构、减速箱、动力设备和辅助装置工作原理工作原理游梁式抽油机分类游梁式抽油机分类 后置式和前置式后置式和前置式游梁游梁连杆连杆曲柄机构曲柄机构减速箱减速箱动动力力设设备备辅辅助助装装置置运动规律运动规律不同不同后置式上、后置式上、下冲

6、程的时间基本相等；前下冲程的时间基本相等；前置式上冲程较下冲程慢。置式上冲程较下冲程慢。 后置式抽油机结构简图后置式抽油机结构简图 前置式气动平衡抽油机结构简图前置式气动平衡抽油机结构简图游梁和连杆的游梁和连杆的连接位置连接位置不同。不同。不同点：不同点：平衡方式平衡方式不同不同后置式多采用后置式多采用机械平衡；前置式多采用气动平机械平衡；前置式多采用气动平衡。衡。新型抽油机：新型抽油机：为了节能和加大冲程。为了节能和加大冲程。异相型游梁式抽油机异相型游梁式抽油机异形游梁式抽油机异形游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机双驴头游梁式抽油机链条式抽油机链条式抽油机宽宽带传动抽油机带传动抽油机液压抽油机液

7、压抽油机节能节能加大冲程加大冲程常规型游梁式抽油机常规型游梁式抽油机异型游梁式抽油机异型游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机旋转驴头游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机调径变矩游梁式抽油机链条式抽油机链条式抽油机皮带式抽油机皮带式抽油机链传式抽油机链传式抽油机天轮式抽油机天轮式抽油机直线往复式抽油机直线往复式抽油机游梁式抽油机系列型号表示方法游梁式抽油机系列型号表示方法CYJ 12CYJ 123.33.370(H) F(Y70(H) F(Y，B B，Q)Q)游梁式抽油机系列代号游梁式抽油机系列代号CYJ-CYJ-常规型常规型CYJQ-CYJQ-前置型前置型CYJY-CYJY-异相型异相型悬点最大载荷，

8、悬点最大载荷，10 kN10 kN光杆最大冲程，光杆最大冲程，m m减速箱曲柄轴最大允许扭矩减速箱曲柄轴最大允许扭矩,kN.m,kN.m减速箱齿轮形代号，减速箱齿轮形代号，H H为点啮合双为点啮合双圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮圆弧齿轮，省略渐开线人字齿轮平衡方式代号平衡方式代号F F：复合平衡：复合平衡Y Y：游梁平衡：游梁平衡B B：曲柄平衡：曲柄平衡Q Q：气动平衡：气动平衡(2)(2)抽油泵：抽油泵：机械能转化为流体压能的设备机械能转化为流体压能的设备工作筒工作筒( (外筒和衬套外筒和衬套) )、柱塞及游动阀、柱塞及游动阀( (排出排出阀阀) )和固定阀和固定阀( (吸入阀吸入阀) )按

9、照抽油泵在油管中的按照抽油泵在油管中的固定方式固定方式可分为：管式泵和杆式泵可分为：管式泵和杆式泵主要组成：主要组成：分类：分类：按照抽油泵按照抽油泵性能特点性能特点可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、可分为：常规泵、防砂泵、防气泵、 抽稠泵等等抽稠泵等等工作筒工作筒( (外筒和衬套外筒和衬套) )柱塞柱塞固定阀固定阀( (吸入阀吸入阀) )游动阀游动阀( (排出阀排出阀) )A-A-管式泵管式泵 B-B-杆式泵杆式泵管式泵：管式泵：外筒和衬套在地面组装好接在油管外筒和衬套在地面组装好接在油管下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再下部先下入井内，然后投入固定阀，最后再把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内

10、。把柱塞接在抽油杆柱下端下入泵内。管式泵特点管式泵特点：结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油结构简单、成本低，排量大。但检泵时必须起出油管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。管，修井工作量大，故适用于下泵深度不很大，产量较高的油井。杆式泵：杆式泵：整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱整个泵在地面组装好后接在抽油杆柱的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油的下端整体通过油管下入井内，由预先装在油管预定深度管预定深度( (下泵深度下泵深度) )上的卡簧固定在油管上，上的卡簧固定在油管上，检泵时不需要起油管。检泵时不需要起油管。杆式泵特点：杆式泵特点：结构复杂，制造成本高，排

11、量小，修井工作量小。结构复杂，制造成本高，排量小，修井工作量小。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。杆式泵适用于下泵深度大、产量较小的油井。(3)(3)抽油杆：抽油杆： 能量传递工具。能量传递工具。1-1-外螺纹接头；外螺纹接头；2-2-卸荷槽；卸荷槽；3-3-推承面台肩；推承面台肩；4-4-扳手方径；扳手方径；5-5-凸缘；凸缘；6-6-圆弧过渡区圆弧过渡区抽油杆的杆体直径抽油杆的杆体直径分别为分别为1313、1616、1919、2222、2525、28mm28mm，抽油杆的长度抽油杆的长度一般为一般为8000mm8000mm或或7620mm7620mm，另外，为了调节抽油杆，另外，为了

12、调节抽油杆柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。柱的长度，还有长度不等的抽油杆短节。接箍接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。普通接箍：普通接箍：连接等直径的抽油杆连接等直径的抽油杆异径接箍：异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆用于连接不同直径的抽油杆特种接箍：特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的磨损。井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力，减少对油管的

13、磨损。扶正器扶正器抽油杆的强度：抽油杆的强度：C C级杆级杆(570MPa)(570MPa)、D D级杆级杆(810MPa)(810MPa)超高强度抽油杆超高强度抽油杆玻璃钢抽油杆玻璃钢抽油杆空心抽油杆空心抽油杆电热抽油杆电热抽油杆连续抽油杆连续抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆柔性抽油杆：如钢丝绳抽油杆特特种种抽抽油油杆杆( (一一) )泵的抽汲过程泵的抽汲过程 抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动抽油杆柱带着柱塞向上运动，柱塞上的游动阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。阀受管内液柱压力和自重作用而关闭。泵吸入的条件：泵吸入的条件： 泵内压力泵内压力( (吸入压力吸入压力) )低于沉没压力。低

14、于沉没压力。（1 1）上冲程）上冲程 泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力泵内压力降低，固定阀在环形空间液柱压力( (沉没压力沉没压力) )与泵内压力之差的作用下被打开。与泵内压力之差的作用下被打开。 泵内吸入液体、井口排出液体。泵内吸入液体、井口排出液体。上冲程上冲程（2 2）下冲程）下冲程 柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。柱塞下行，固定阀在重力作用下关闭。泵排出的条件：泵排出的条件： 泵内压力泵内压力( (排出压力排出压力) )高于柱塞以上的液柱压力。高于柱塞以上的液柱压力。 柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完柱塞上下抽汲一次为一个冲程，在一个冲程内完成进油与排油的过程。成进油

15、与排油的过程。 光杆冲程光杆冲程：光杆从上死点到下死点的距离。光杆从上死点到下死点的距离。 泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压泵内压力增加，当泵内压力大于柱塞以上液柱压力时，游动阀被顶开。力时，游动阀被顶开。 柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵柱塞下部的液体通过游动阀进入柱塞上部，使泵排出液体。排出液体。下冲程下冲程（二（二) )泵的理论排量泵的理论排量 泵的工作过程泵的工作过程是由三个基本环节所组成，即是由三个基本环节所组成，即柱塞在柱塞在泵内让出容积，井内液体进泵泵内让出容积，井内液体进泵和和从泵内排出井内液体。从泵内排出井内液体。 SfVp 在理想情况下，活塞上、下一次进

16、入和排出的液体在理想情况下，活塞上、下一次进入和排出的液体体积都等于柱塞让出的体积：体积都等于柱塞让出的体积： SNfVpm每分钟的排量为：每分钟的排量为： SNkSNfQppt1440每日排量每日排量: :泵的理论排量泵的理论排量冲次：一分钟的时冲次：一分钟的时间内抽油泵吸入与间内抽油泵吸入与排出的周期数。排出的周期数。)cos1 ()cos1 (trrSB一、抽油机悬点运动规律一、抽油机悬点运动规律( (一一) )简化为简谐运动时悬点运动规律简化为简谐运动时悬点运动规律假设条件：假设条件：r/lr/l 0 0、r/br/b 0 0 抽油机四连杆机构简图抽油机四连杆机构简图 游梁和连杆的连接

17、点游梁和连杆的连接点B B的运动可看做的运动可看做简谐运动简谐运动，即认为，即认为B B点的运动规律和点的运动规律和D D点点做圆运动时在垂直中心线上的投影做圆运动时在垂直中心线上的投影(C(C点点) )的运动规律相同。的运动规律相同。则则B B点经过点经过t t时间时间( (曲柄转角曲柄转角)时位移为：时位移为：cosr 抽油机四连杆机构简图抽油机四连杆机构简图)cos1 (trbaSbaSBA 以下死点为坐标零点，以下死点为坐标零点，向上为坐标正方向向上为坐标正方向，则悬点，则悬点A A的位移为：的位移为：trbadtdVWAAcos2A A点的加速度为点的加速度为: :trbadtdSV

18、AAsinA A点的速度为点的速度为: :简谐运动时悬点位移、速度、简谐运动时悬点位移、速度、加速度曲线加速度曲线( (二二) )简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律假设条件：假设条件：0r/l1/40r/l1/4 把把B B点绕游梁支点的弧线运动近似地看做点绕游梁支点的弧线运动近似地看做直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑直线运动，则可把抽油机的运动简化为曲柄滑块运动。块运动。 曲柄滑块机构简图曲柄滑块机构简图A A点加速度点加速度: :bardtdVWAA)2cos(cos2A A点位移：点位移：barSA)sin2cos1 (2A A点速度点速度: : b

19、ardtdSVAA)2sin2(sin思考题思考题1 1：试推导简化为曲柄滑块机构时悬点位移计算模型。试推导简化为曲柄滑块机构时悬点位移计算模型。悬点速度变化曲线悬点速度变化曲线 1-1-按简谐运动计算；按简谐运动计算；2-2-精确计精确计算；算；3-3-按曲柄滑块机构计算按曲柄滑块机构计算悬点加速度变化曲线悬点加速度变化曲线1-1-按简谐运动计算；按简谐运动计算；2-2-精确计精确计算；算；3-3-按曲柄滑块机构计算按曲柄滑块机构计算 四种不同类型抽油机在冲程四种不同类型抽油机在冲程5m5m、冲次、冲次4 4次次/min/min时悬点最大速度与加速度时悬点最大速度与加速度 不同抽油机悬点运动

20、规律对比分析不同抽油机悬点运动规律对比分析 ( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷静载荷静载荷动载荷动载荷悬点载荷：光杆载荷、悬绳器处的载荷、悬点载荷：光杆载荷、悬绳器处的载荷、驴头上所受到的力。驴头上所受到的力。PcPt地层地层动液面动液面outPakeintPinPjPpinrpoutlfP)ff(PFghfFplv 22322)(1029. 71SNffopl液柱的惯性力和振动力液柱的惯性力和振动力静载静载荷荷动载荷动载荷杆柱惯性力和振动力杆柱惯性力和振动力抽油杆柱重力抽油杆柱重力抽油杆柱下端面承受的液体抽油杆柱下端面承受的液体作用力作用力泵柱塞与衬套间的摩擦力泵柱塞与衬套间的

21、摩擦力杆管摩擦力杆管摩擦力管液摩擦力管液摩擦力多级抽油杆柱接合处承受的液多级抽油杆柱接合处承受的液体作用力体作用力( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷gLqgLfFrsrrrjrjfPF14094.0eppddFNfFrt3 . 1/FFrltlPcPt地层地层动液面动液面outPakeintP静载荷静载荷动载荷动载荷抽油杆柱惯性力和振动力抽油杆柱惯性力和振动力抽油杆柱重力抽油杆柱重力泵柱塞与衬套间的摩擦力泵柱塞与衬套间的摩擦力抽油杆柱下端面承受液体抽油杆柱下端面承受液体压强所产生的力压强所产生的力多级抽油杆柱接合处承受液多级抽油杆柱接合处承受液体压强所产生的力体压强所产生的力流体

22、通过游动阀孔所产生的力流体通过游动阀孔所产生的力杆管摩擦力杆管摩擦力( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷rmoutlfPF 杆液摩擦力杆液摩擦力22o3p2l2lv)SN(ff1029. 71Fmax222) 1(ln) 1(12mmmmLFrl惯性载荷惯性载荷( (忽略杆液弹性影响忽略杆液弹性影响) )： 抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，抽油机运转时，驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动，因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。因而产生抽油杆柱和液柱的惯性力。( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷ArrWgWI 抽油杆柱抽油杆柱的惯性力：的惯性力：AllWgWI 液

23、柱液柱的惯性力：的惯性力：rtfrpffff 为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数为油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数 上冲程上冲程: :前半冲程前半冲程加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从加速度为正，即加速度向上，则惯性力向下，从而而增加增加悬点载荷；悬点载荷；后半冲程后半冲程中加速度为负，即加速度向下，则惯性中加速度为负，即加速度向下，则惯性力向上，从而力向上，从而减小减小悬点载荷。悬点载荷。悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的悬点加速度在上、下冲程中大小和方向是变化的。下冲程下冲程: :与上冲程相反，与上冲程相反，前半冲程前半冲程惯性力向上，惯性力向上，减小减小悬

24、点载荷；悬点载荷；后后半冲程半冲程惯性力向下，将惯性力向下，将增大增大悬点载荷。悬点载荷。( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷上冲程上冲程下冲程下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷lrNSWlrNSgWlrSgWIrrrru13021302)1 (2222上冲程：上冲程：14402SNWIrru取取r/l=1/4r/l=1/4时，时，)1 (1790)1 (222lrSNWlrSgWIrrrd下冲程：下冲程：液柱引起的悬点最大惯性载荷液柱引起的悬点最大惯性载荷lrSNWlrSgWIlllu11790)1 (222上冲程：上冲程：下冲程下冲程中液柱不随悬

25、点运动，没有液柱惯性载荷中液柱不随悬点运动，没有液柱惯性载荷悬点最大惯性载荷悬点最大惯性载荷luruuIII上冲程：上冲程：rddII 下冲程：下冲程：( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷振动载荷：振动载荷： 抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和抽油杆柱本身为一弹性体，由于抽油杆柱作变速运动和液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹液柱载荷周期性地作用于抽油杆柱，从而引起抽油杆柱的弹性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与性振动，它所产生的振动载荷亦作用于悬点上。其数值与抽抽油杆柱的长度油杆柱的长度、载荷变化周期载荷变化周期及及抽油机结构抽油机结构

26、有关。有关。 ( (在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍在考虑抽油杆柱弹性时最大载荷计算时介绍) )( (一一) )悬点所承受的载荷悬点所承受的载荷vuiutlrtprjlrmaxFFFFFFFFFvdidrtrlvprjlrminFFFFFFFFFF( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷1.1.计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式计算悬点最大载荷和最小载荷的一般公式最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：最大载荷发生在上冲程，最小载荷发生在下冲程，其值为：2.2.考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算考虑抽油杆柱弹性时悬点最大载荷的计算 初变形期之后，抽油杆柱带着活

27、塞随悬点做变速运动。在此过初变形期之后，抽油杆柱带着活塞随悬点做变速运动。在此过程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上程中，除了液柱和抽油杆柱产生的静载荷之外，还会在抽油杆柱上引起引起动载荷动载荷。初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动初变形期末抽油杆柱运动引起的自由纵振产生的振动载荷载荷初变形期初变形期：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。：从上冲程开始到液柱载荷加载完毕的过程。抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷抽油杆柱做变速运动所产生的惯性载荷动动载载荷荷忽略液柱对抽油杆柱动载荷的影响忽略液柱对抽油杆柱动载荷的影响( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最

28、小载荷抽油杆和油管弹性伸缩示意图抽油杆和油管弹性伸缩示意图22222xuatu抽油杆柱自由纵振产生的振动载荷抽油杆柱自由纵振产生的振动载荷在初变形期末激发起的抽油杆的纵向振动微分方程为在初变形期末激发起的抽油杆的纵向振动微分方程为: :; 00 xu0Lxxu边界条件边界条件; 00tuLxtut0初始条件初始条件抽油杆柱的自由纵振在悬点上引起的振动载荷为抽油杆柱的自由纵振在悬点上引起的振动载荷为: :tnnaVEfxuEfFnnrxrv02020) 12sin() 12() 1(8用分离变量法求解为：用分离变量法求解为：LxntnnVtxunnn212sin) 12sin() 12() 1(

29、8),(0020坐标原点选坐标原点选在悬点在悬点( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷 随随 的变化的变化vFt0悬点的的振动载荷是悬点的的振动载荷是 的周期函数。的周期函数。t0vaEfFrvmax所以，最大振动载荷发生在所以，最大振动载荷发生在 处，实际上由于处，实际上由于存在阻尼，振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在存在阻尼，振动将会随时间衰减，故最大振动载荷发生在 处，即：处，即：.25,20t20taLtm02抽油杆柱的惯性载荷抽油杆柱的惯性载荷 惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆惯性载荷的大小取决于抽油杆柱的质量、悬点加速度及其在杆柱上的分布。

30、悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。柱上的分布。悬点加速度的变化决定于抽油机的几何结构。tSacos220简谐运动时，悬点加速度为：简谐运动时，悬点加速度为：)(cos22axtSax抽油杆柱距悬点抽油杆柱距悬点x x处的加速度为：处的加速度为： 初变形期之后抽油杆柱随悬点做变速运动，必然会由于强迫运初变形期之后抽油杆柱随悬点做变速运动，必然会由于强迫运动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。为了使问题简化，动而在抽油杆柱内产生附加的动载荷。为了使问题简化，把强迫运把强迫运动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯动产生的动载荷只考虑为抽油杆柱随悬点做加速度运动而产生的惯性载荷性

31、载荷。( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷dxaxtSgqdFri)(cos22aLttsaEfdxaxtgSqFrrLi20sinsin2)(cos2在在x x处单元体上的惯性力将为：处单元体上的惯性力将为：积分后可得任一时间作用在整个抽油杆柱积分后可得任一时间作用在整个抽油杆柱L L上的总惯性力：上的总惯性力：( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷sinsin2) 12sin() 12() 1(8000202aLttttSaEftnnaEfWWFFWWPrnnrlrivlrsin)(sin200maxtaLtSaEfaEfWWPrrlr悬点最大载荷悬点最大载荷

32、 初变形期后，悬点载荷初变形期后，悬点载荷P P是抽油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、是抽油杆柱载荷、液柱载荷、及振动、惯性载荷叠加而成，即惯性载荷叠加而成，即: :t t0 0为初变形期经历的时间为初变形期经历的时间 取最大振动载荷出现的时间为悬点出现最大载荷的时间取最大振动载荷出现的时间为悬点出现最大载荷的时间, ,则得到计则得到计算悬点最大载荷的公式：算悬点最大载荷的公式：aLt02( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷0sin2sin2tssrr)sin(2maxaLSaEfWWPrrlra.a.油管下端固定油管下端固定 在油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞对悬点的相对运在

33、油管下端固定的情况下，初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度等于悬点运动速度，即动速度等于悬点运动速度，即油管下端固定时悬点最大载荷为：油管下端固定时悬点最大载荷为：b.b.油管下端未固定油管下端未固定初变形期末悬点运动速度：初变形期末悬点运动速度：sin2S初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度，并且：初变形期末柱塞对悬点的相对运动速度将小于悬点运动速度，并且：sin2.Ssin)1 ()sin(2maxaLSaEfWWPrlr油管下端未固定时悬点最大载荷为：油管下端未固定时悬点最大载荷为：( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷3.3.计算悬点最大载荷的其它公式计算悬

34、点最大载荷的其它公式1371maxSNWWPlrI179012maxSNWWPlrII)1 (17902maxlrSNbWWPrlIII)17901 (2maxSNWWPrlIV)17901)(2maxSNWWPlrV一般井深及低冲数油井一般井深及低冲数油井简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷简谐运动、杆柱和液柱惯性载荷( (二二) )悬点最大和最小载荷悬点最大和最小载荷一、抽油机平衡计算一、抽油机平衡计算不平衡原因不平衡原因 不平衡造成的后果不平衡造成的后果 上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下

35、冲程中所做的上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。功不相等。上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成运转，造成功率的浪费功率的浪费，降低电动机的效率和寿命；，降低电动机的效率和寿命； 由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响抽油装置抽油装置的寿命。的寿命。 破坏曲柄旋转速度的破坏曲柄旋转速度的均匀性均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。，影响抽油杆和泵正常工作。( (一一) )平衡原理平衡原理 在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存

36、的能量来在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等的正功。 所以，为了使抽油机平衡，在所以，为了使抽油机平衡，在下冲程中需要储存的能量下冲程中需要储存的能量或或上上冲程中需要释放的能量冲程中需要释放的能量应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和应该是悬点载荷在上下冲程中所做功之和的一半。的一半。下冲程：下冲程：dwmdAAA上冲程：上冲程：wumuAAA平衡条件：平衡条件：mumdAA2duwAAA( (二二) )平衡方式平衡方式气动平衡气动平衡机械平衡机械平衡游梁平衡：游梁平衡：游梁

37、尾部加平衡重；游梁尾部加平衡重；曲柄平衡曲柄平衡( (旋转平衡旋转平衡) )：平衡块加在曲柄上；平衡块加在曲柄上；复合平衡复合平衡( (混合平衡混合平衡) )：游梁尾部和曲柄上都有平衡重。游梁尾部和曲柄上都有平衡重。(1) (1) 气包内的气体压缩与膨胀气包内的气体压缩与膨胀(2) (2) 多用于大型抽油机；多用于大型抽油机；(3) (3) 节约钢材；节约钢材；(4) (4) 改善抽油机受力状况；改善抽油机受力状况；(5) (5) 加工质量要求高加工质量要求高( (如气包的密封性等如气包的密封性等) )。( (三三) ) 平衡计算平衡计算1)1)复合平衡复合平衡cbcccbbuccblrWWR

38、WrbcWXWrbaWWR2平衡半径公式平衡半径公式: :复合平衡复合平衡sWWAAAlrduw22bars222lrwWWbarAucbcccbwXWbcrWRRWA2222)2)曲柄平衡曲柄平衡平衡半径公式：平衡半径公式：cbcccbubcblrWWRWXrWrbaWWR2曲柄平衡曲柄平衡3)3)游梁平衡游梁平衡ucrbXcaWWW)2(1达到平衡所需要的游梁平衡块重达到平衡所需要的游梁平衡块重: : 游梁平衡游梁平衡( (四四) )抽油机平衡检验方法抽油机平衡检验方法1)1)测量驴头上、下冲程的时间测量驴头上、下冲程的时间平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。平衡条件下上、下冲程所用的

39、时间基本相等。如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。2)2)测量上、下冲程中的电流测量上、下冲程中的电流平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。（1 1）抽油机悬点运动规律：位移、速度、加速度）抽油机悬点运动规律：位移、速度、加速度l 简化为简谐运动时悬点运动规律简化为简谐运动时悬点运动规律l 简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律简化为曲柄滑块机构时悬点运动规律l 真实运动规律（抽油机的类型）真实运动规律（抽油机的类型

40、）（2 2）抽油机悬点载荷计算）抽油机悬点载荷计算l 从受力分析的角度讲上下冲程的悬点载荷，与书本上的写法从受力分析的角度讲上下冲程的悬点载荷，与书本上的写法有所不同，需要大家对照理解有所不同，需要大家对照理解l 特别是特别是 要理解清楚。要理解清楚。（3 3）抽油机平衡：为什么要平衡？如何平衡？生产中如何检）抽油机平衡：为什么要平衡？如何平衡？生产中如何检验平衡？验平衡？llrrWWWW、抽油机结构不平衡值抽油机结构不平衡值B B：等于连杆与曲柄销脱开时，为了保持游梁处等于连杆与曲柄销脱开时，为了保持游梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。于水平位置而需要加在光杆上的力。( (方向向下为正方向

41、向下为正) )抽油机几何尺寸与曲销受力图抽油机几何尺寸与曲销受力图( (一一) )计算扭矩的基本公式计算扭矩的基本公式 抽油过程中减速箱输出轴抽油过程中减速箱输出轴( (曲柄轴曲柄轴) )的扭矩的扭矩M M等于等于曲柄半径曲柄半径与作用与作用在曲柄销处的在曲柄销处的切线力切线力T T的乘积，即：的乘积，即：rTM sinrWsinsinrgaaccosWbcBPbaMcAbcom复合平衡抽油机：复合平衡抽油机：sinrWsinsinrBPbaMccr曲柄平衡抽油机：曲柄平衡抽油机：sinsinrgaaccosWbcBPbaMAbwb游梁平衡抽油机：游梁平衡抽油机：不同平衡方式的抽油机扭矩精确计

42、算相关式不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式思考题思考题2 2：上述公式的推导。：上述公式的推导。根据根据O处的处的力矩平衡计算力矩平衡计算sinsinrbaPMTFp简化条件：简化条件：忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。sin)(maxcbcomMWacBPTFM复合平衡抽油机复合平衡抽油机: :扭矩因数：扭矩因数：悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式sinrWsinsinrbagaaccosWacBPsinrWs

43、insinrgaaccosWbcBPbaMcAbcAbcomsin)(maxcbcomMWacBPTFM复合平衡抽油机复合平衡抽油机: :sin)(maxccrMBPTFM曲柄平衡抽油机：曲柄平衡抽油机：)(bwbWacBPTFM游梁平衡抽油机：游梁平衡抽油机：不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式( (二二) )扭矩因数计算扭矩因数计算sinsinrbaPMTFp 抽油机几何尺寸与曲销受力图抽油机几何尺寸与曲销受力图bLkrrkLb2)cos(2cos022221)(3600( (三三) )悬点位移与曲柄转角的关系悬点位移与曲柄转角的关系扭矩曲线扭矩曲线

44、b驴头在下死点位置时的驴头在下死点位置时的 角角t驴头在上死点位置时的驴头在上死点位置时的 角角随随角而变的角而变的b b和和K K之间的夹角之间的夹角tbbPR冲程百分数：冲程百分数：抽油机运动规律抽油机运动规律实测示功图实测示功图悬点载荷与曲悬点载荷与曲柄转角的关系柄转角的关系扭矩因素与曲扭矩因素与曲柄转角的关系柄转角的关系濮濮1-31-3井扭矩曲线井扭矩曲线1.1.净扭矩；净扭矩；2.2.油井负荷扭矩；油井负荷扭矩；3.3.曲柄平衡扭矩曲柄平衡扭矩“背面冲突背面冲突”：抽油过程中曲柄轴上出现负扭矩现象时，减速抽油过程中曲柄轴上出现负扭矩现象时，减速箱的主动轮变为从动轮的现象。箱的主动轮变

45、为从动轮的现象。( (四四) )扭矩曲线的应用扭矩曲线的应用1.1.检查是否超扭矩及判断是否发生检查是否超扭矩及判断是否发生“背面冲突背面冲突”2.2.判断及计算平衡判断及计算平衡maxmaxduMM平衡条件：平衡条件：3.3.功率分析功率分析)()(MN减速箱输出的瞬时功率减速箱输出的瞬时功率: : 202021)(21dMdNNr减速箱的平均输出功率：减速箱的平均输出功率：电动机输出的平均功率：电动机输出的平均功率：cyjrmoNN电动机输入的平均功率：电动机输入的平均功率：mmomiNN4.4.效率分析效率分析电机、皮带传动、减速箱的效率分析。电机、皮带传动、减速箱的效率分析。)(4)(

46、2minmaxmaxmaxPPSCPSMeI( (五五) )最大扭矩计算公式最大扭矩计算公式2.2.计算最大扭矩的近似公式计算最大扭矩的近似公式(1) (1) 抽油机悬点运动简化为简谐运动抽油机悬点运动简化为简谐运动(2) (2) 忽略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响忽略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响(3) (3) 最大峰值扭矩发生在曲柄转角为最大峰值扭矩发生在曲柄转角为9090 时时简化条件：简化条件：1.1.根据扭矩曲线计算最大扭矩根据扭矩曲线计算最大扭矩)(4)(2minmaxmaxmaxPPSCPSMeI有效平衡值有效平衡值 ：抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的平：抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。eC在平衡条件下：在平衡条件下：2)(minmaxPPCerRWRWabWacBCcccbbe/ )(3.3.计算最大扭矩的经验公式计算最大扭矩的经验公式苏联拉玛扎诺夫于苏联拉玛扎诺夫于19571957年提出：年提出：)(236.030