长环形齿条式抽油机设计开题报告

1、长环形齿条式抽油机设计开题报告本科毕业设计（论文）开题报告题目：长环形齿条式抽油机设计学生姓名：院（系）：机械工程学院专业班级：指导教师：完成时间：20 年月日1. 课题目的和意义石油是一种战略资源，勘探和开采石油具有高投入、高产出的特点，各国都为降低开采石油的成本进行了长期不懈的努力。机械采油法是目前广泛采用的一种方法，其中抽油机是采油系统中的主要设备一，而它的系统效率一般只有在20%到30%之间，因此研制一种新型节能抽油机将会更大的提高油田产量和效率。随着石油开采业的发展，人们发现不同的油田，不同的油井，产量有大有小，而有些不能自流到地面 ，因此也就产生了解决油井生产举升的设备抽油机。抽油

2、机是有杆采油装置中的地面动力传动装置，其作用是通过减速箱，曲柄连杆或其它杆体机构等，将动力机的旋转运动变为抽油杆和抽油泵的往复运动，实现抽油泵的吸油和排油过程，并悬挂抽油杆，承受载重。随着采油设备技术研究的深入，设计和制造水平的提高，抽油机在最初的雏形上得到了长足的发展，其技术发明有数百种，游梁式抽油机和无游梁式抽油机是目前量大面广，使用最为普遍的采油设备。虽然多年来，技术相对成熟，运行可靠的游梁式抽油机得到了广泛应用，至今仍占在役抽油机的绝大多数，但是游梁式抽油机存在着平衡效果差，电动机工作电流波动大，能耗高，冲程长度受限等不足，故一批新型抽油机如液压（气动）式的抽油机，直线电动机抽油机，链

3、条式抽油机，电动机正反转式抽油机等应运而生，这些新型抽油机在节能降耗和加大冲程方面有进步，但可靠性赶不上游梁式抽油机，然而齿条式抽油机节能效果好，可靠性高，改善了这种情况。齿条式抽油机属于无游梁式抽油机范畴，这种新型抽油机采用“齿轮齿条”机构，由小齿轮的单向旋转驱动齿条上下运动，并且带动滑块做上下往复运动，从而实现基本的抽油动作，通过简单的结构和尺寸改变，能实现不同冲程和冲次，并可设计成重型抽油机。这种抽油机可实现长冲程，低冲次抽油，其冲程长度取决于齿条的长度和小齿轮的直径，冲次的大小则可通过合理的设计胶带传动比，减速器的减速比以及齿轮齿条传动比来实现。齿条式抽油机的技术特点：（1） 节能:齿

4、条抽油机的节能效果在25%以上，有的甚至高达40%以上，究其原因，一是齿轮传动本身比其他运动机构具有较高的效率；二是传动系统大大简化，每减少1个传动环节，机械传动效率就能提高一点；三是齿条抽油机原理使得上下冲程电流基本是一条直线；四是抽油机总的系统效率本来就比较低，一般游梁式抽油机的系统效率只有30%左右，而齿条式抽油机能够使系统效率达到40%以上。即使系统效率只提高了10%，节能效果已经相当明显。（2） 工作可靠性高：齿条式抽油机主要工作部分采用齿轮齿条机构，依靠小齿轮的单向旋转即可带动齿条上下运动，实现滑块的自然且冲程长度不变的换向，齿轮齿条比链条的运转可靠性好，传动效率也高，而且承载能力

5、也强，可以设计成负载更大的重型抽油机。齿条式抽油机还采用了胶带抽油机的悬重胶带，所以可靠性好。（3） 运行平稳：齿轮与齿条的啮合运动只有在较短的换向时刻才有加速度，但由于有抽油杆，胶带等弹性变形以及旋转运动件的转动惯量作用，此时速度变化引起的冲击很容易被缓和，不仅使电动机电流基本不波动，而且整个系统能保持较好的运动平稳。此外，该抽油机还解决了链条抽油机在每个冲程变化时链条松边突然变成紧边带来的冲击问题。（4） 质量轻，维护方便：齿条抽油机换向机构本身就是配重，无需很多的配重铁块，因此抽油机的质量也大大减轻。此外，抽油机传动，润滑等部分设计合理，使用维护方便。机身与基座之间设计有蜗轮蜗杆拉拔机构

6、，井下作业时，机身撤离井口也很方便。近些年来，我国石油装备总水平已有很大的提高，特别是采油工程中，机械采油井数已超过90%以上，其中有杆抽油井又占机械采油井的90%以上。目前抽油机，抽油杆，抽油泵自给率100%，对保持原油总产量稳定，起了决定作用。为了追求开采利益最大化，以最少的投入换来最大的回报，开发节能高效的抽油设备，成为了油田经营者和抽油机设备生产厂家致力追求的目标。因此，对抽油机的结构尺寸进行合理设计是十分必要的。2. 国内外发展现状目前，世界上生产抽油机的国家主要有:美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。全世界生产抽油设备的公司有300多家，其中生产抽油机的公司有150多家。美国生

7、产的抽油机品种最多，技术最先进，应用范围最广泛。其中包括液压抽油机、梅普长冲程抽油机、柔性件传动抽油机等等。美国，加拿大等已相继研制出低矮式抽油机，适合玻璃纤维抽油杆的抽油机，天然气发动机的车装式抽油机，现场快装式抽油机，冲程可调的长冲程抽油机以及最近发展的数字式抽油机。据不完全统计，目前各国大约有近百个品种的抽油机在油田使用。相比之下我国抽油机的构成显得非常单调，仅有前述五个品种。我国抽油机制造业已经有50多年历史，经过了进口修配、仿制试制、设计研制三个阶段。常规式游梁抽油机是油田使用历史最悠久的，使用数量最多的一种抽油机，其总数量在数万台，国内有十几个厂家制造，但其不满足节能要求。目前，我

8、国已经有兰州石油机械厂、兰州通用石油机械厂、宝鸡石油机械厂、第二石油机械厂、第三石油机械厂、第四石油机械厂、江汉石油机械厂、抚顺石油机械厂、大庆总机厂、玉门总机厂、大港总机厂等30多家抽油机制造厂。兰石、兰通等石油机械厂先后获得I商标使用许可证，抽油机出口美国，从而使抽油机打入国际市场，跻身于世界先进行列。我国无游梁式抽油机研制起步较晚，但是近年来发展较快。目前，我国的齿条类抽油机已有很多品种。齿轮齿条式抽油机属石油工业领域的采油设备，是一种油田机械采油用无游梁式抽油机。解决提供一套性能优越的替代产品。它主要由机架、齿轮、齿条、滑轮、配重往返架及控制器几大部分组成，其特征是配重往返架。其主要优

9、点是结构简单、紧凑而合理，传动效率高、承载能力强、可靠度大、使用寿命长、制造安装也较容易、使用、维修方便，是现有抽油机的更新换代产品。曲卷式抽油机是由曲柄连杆机构通过齿条和齿轮带动卷筒、钢丝绳和悬绳器作上下往复运动的抽油机.其实质是游梁抽油机的一种变形，具有耐用度高和可靠性好的特点，提高了采油系统效率,延长了机、杆、泵的使用寿命,是一种理想的高效节能采油机械. 立管型齿条式抽油机，由井口大四通、井口短节、立管、天轮、悬重绳、齿条、抽油杆以及传动机构组成，其结构简单、外形规则，传动路线短、传动部件少，整机故障率低且易于维护，可延长其使用寿命，目前已在大港油田实验使用。还有一种复动轮齿条式抽油机，

10、采用. 复动轮拉杆式抽油机的结构，除具有复动轮式抽油机的优点外，油田修井方便，新结构改善了复动轮受力条件。此外还有胜利石油管理局开发的长环形齿条抽油机。这种新型抽油机采用“齿轮+长环形齿条”机构, 由小齿轮的单向旋转驱动长环形齿条上下运动, 并带动滑块做上下往复运动, 从而实现基本的抽油动作。样机已在胜利油田的现场应用，且结果表明，这种抽油机具有节能效果好、工作可靠性高、运行平稳、质量轻、维护方便等特点, 通过简单的结构和尺寸改变, 能实现不同冲程和冲次, 并可设计成重型抽油机。这种抽油机适应性强, 具有较高的推广应用价值。无论是游梁式还是无游梁式抽油机都有其各自优点。但抽油机的发展趋势主要朝

11、以下几个方向：（1） 大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发，开采油层深度逐年增加，石油含水量也不断增大，采用大泵提液采油工艺和开采稠油等，都要求采用大型抽油机。所以，近年来国外出了许多大载荷抽油机，例如前置式气平衡抽油机最大载荷213KN、气囊平衡抽油机最大载荷227KN等，将来会有更大载荷抽油机出现。（2） 低能耗方向发展为了减少能耗，提高经济效益，近年来研制与应用了许多节能型抽油机。如异相机、双驴头抽油机、摆杆抽油机、摩擦换向抽油机、液压抽油机及各种节能装置和控制装置。（3） 朝着高适应性方向发展现在抽油机应具备较高的适应性，以便拓宽使用范围。例如适应各种自然地理和地质构造条件抽油的需

12、要；适应各种成份石油抽汲的需要；适应各种类型油井抽汲的需要；适应深井抽汲的需要；适应长冲程的需要；适应节电的需要；适应精确平衡的需要；适应无电源和间歇抽汲的需要；适应优化抽汲的需要。（4） 朝着长冲程无游梁式抽油机方向发展近年来国内、外研制与应用了多种类型的长冲程抽油机，其中包括增大冲程游梁式抽油机、增大冲程无游梁式抽油机和长冲程无游梁式抽油机。实践与理论表明，增大冲程无游梁式抽油机是增大冲程抽油机的发展方向，长冲程无游梁式抽油机是长冲程抽油机的发展方向。（5） 朝着自动化和智能化方向发展近年来，抽油机技术发展显著标志是自动化和智能化。BAK.R提升系统公司、DELIA-x公司、S公司等研制了

13、自动化抽油机，具有保护和报警功能，实时测得油井运动参数，及时显示与记录，并通过综合计算分析，得出最优工况参数，进一步指导抽油机在最优工况抽油。NSCO公司智能抽油机采用微处理机和自适应电子控制器进行控制与监测，具有抽油效率高、节电、功能多、安全可靠、经济性好、适应性强等优点。总而言之，抽油机将朝着节能降耗并具有自动化、智能化、长冲程、大载荷、精确平衡等方向发展。3. 本设计的主要内容本设计需要解决的重点问题就是设计一台齿条式抽油机，使整个抽油机的结构合理，并能够相应地降低能耗，且使其可靠性好。主要包括：（1） 认真查阅、收集相关资料，完成开题报告；（2） 分析目前常规游梁式抽油机的缺点，提出齿

14、条式抽油机的传动方案；（3） 根据提供的原始数据，并查阅相关资料，对抽油机运动学进行分析，得到速度，加速度的计算公式，分析其优越性；（4） 设计齿条式抽油机的机械结构，对主要性能进行校核；（5） 画出装配图及零件图。（6） 翻译英文资料不少于15000个印刷符号。4 所采用的设计方法，手段以及步骤（1） 所采用的是机械产品设计中经常采用的一种方法。目前，齿条式抽油机设计基本上仍采用类比设计。这一设计的优点是可以借鉴国内外已经生产的齿条式抽油机的成熟设计经验，设计工作简单迅速可靠。有两种类比的设计方法：一种是直接类比，即从某种成熟的齿条式抽油机机构尺寸系列中，选取基本参数与设计要求相同或最为接近

15、的一组尺寸，在适当缩小，放大或圆整，作为所设计的齿条式抽油机的相关尺寸；另一种是参数类比，即根据现有的齿条式抽油机的统计数据，选定若干反映机构特征的参数，再通过几何关系求出各部分尺寸。这两种方法没有原则上的差别，都建立在已有产品设计的基础上。还有观察法，它是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。科学的观察具有目的性和计划性、系统性和可重复性。在科学实验和调查研究中，观察法具有如下几个方面的作用：扩大人们的感性认识。启发人们的思维。导致新的发现。此外还有文献研究法，这是根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从

16、而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法。文献研究法被子广泛用于各种学科研究中。其作用有：能了解有关问题的历史和现状，帮助确定研究课题。能形成关于研究对象的一般印象，有助于观察和访问。能得到现实资料的比较资料。有助于了解事物的全貌。还有一个就是定量研究法。在科学研究中，通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋势。（2） 步骤A.调研；B.设计；C.绘图。5 设计进度结合导师的要求和自身的实际情况，决定以下设计进度:（1） 前期工作a) 准备及动员、题目审核。b）选题及上报选题登记表；c）指导教师填写任务书并下发。（

17、2） 中期工作a）熟悉论文题目，查找资料，b）撰写开题报告；c）外文资料翻译；d）确定各部分零件结构和尺寸，对抽油机进行运动分析和动力分析，设计相关零部件，绘制图纸，撰写论文；教师定期指导设计情况，做好毕业设计（论文）工作记录、设计（论文）的质量，对存在的主要问题及时解决。（3） 后期工作准备答辩。参 考 文 献1 肖文生，周小稀，谷玉洪，等.直线电机抽油杆研制J.石油学报，2006 （5）：112-114.2 崔旭明，杨海涛，崔威巍.变径天轮式节能抽油机J.油气田地面工程，2005，24 （12）：60-62.3 杨崇恩.长冲程双链条同步驱动抽油机的方案设计J.石油机械，2001，29 （8）：10-12.4 石油钻采设