液压反馈抽稠泵设计

液压反馈抽稠泵设计作者姓名：指导教师：学院名称：东北大学继续教育学院专业名称：机电一体化2011年8月东北大学继续教育学院毕业论文

毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：液压反馈抽稠泵设计基本内容：液压泵反馈抽稠泵的工作原理套装式液压反馈抽稠泵结构套装式液压反馈抽稠泵抽汲原理套装式液压反馈抽稠泵技术性能结论指导教师：年月曰摘要针对普通抽油泵在稠油井中使用时存在抽油杆柱下行困难的问题，提出一种新型液压反馈抽稠油泵。这种抽油泵主要由出油阀、进油阀、大泵筒、小柱塞和柱塞泵筒等组成，具有进排油腔和呼吸腔两个腔室，在抽油机下冲程中抽油杆柱下端产生一个方向向下的液压反馈力，帮助抽油杆柱下行，克服了抽油杆柱下行困难的问题，有效提高抽油泵的有效冲程，延长抽油杆柱寿命。该泵还具有自动卸油、一次管柱注采、正反向洗井和冲砂等多种配套功能，方便于稠油井作业，减轻工人劳动强度。关键词：液压反馈稠油开采抽油泵抽油杆设计AbstractAttheaverageinthedenseoilpumpwellwhenusingexistingsuckerrodcolumndowndifficultquestion,putforwardanewhydraulicfeedbacksmokethedenseoilpump.Thismainlybytheoilpumpvalve,bigpumpcylinder,smallpistonandcylinderpistonpumpandothercomponents,hasfarintothechamberandbreathingchambertwochamberinpumpingunit,thestrokeinsuckerrodcolumnendsproduceadirectiondownthehydraulicforcefeedback,helpsuckerroddownwardcolumn,overcomethesuckerrodcolumndowndifficultissues,effectivelyimprovetheeffectivestrokepump,andextendthelifeofsuckerrodcolumn.Thepumpalsohaveautomaticdischargingoil,astringinjection-production,positiveandnegativetowashwellandtheblastingsupportingfunction,convenienceinoperationofheavyoilWells,reducelaborintensity.Keywords:HydraulicfeedbackMiningofheavyoilpumpSuckerroddesign目录TOC\o"1-5"\h\z毕业设计（论文）任务书I\o"CurrentDocument"摘要IIAbstractIII第一章绪论1\o"CurrentDocument"第二章液压泵反馈抽稠泵的工作原理22.1液压泵反馈抽稠泵工作原理2\o"CurrentDocument"2.2液压反馈抽稠泵的主要性能参数42.2.1液压反馈抽稠泵的压力4\o"CurrentDocument"2.2.2转速52.2.3排量及流量52.2.4泵的功率7第三章套装式液压反馈抽稠泵结构8第四章套装式液压反馈抽稠泵抽汲原理10第五章套装式液压反馈抽稠泵技术性能11\o"CurrentDocument"5.1主要技术参数11\o"CurrentDocument"5.2杆柱下行动力分析11\o"CurrentDocument"5.3辅助性能特点12\o"CurrentDocument"结论14IV参考文献15第一章绪论近些年来，为了弥补老油田含水上升所引起的产量递减，各类稠油油藏相继投人开发。但由于稠油粘度高，有杆泵举升困难。使用普通有杆泵时，光杆下行和泵腔进油困难，造成泵有效冲程短、泵效低、检泵周期短。前几年研制的浸人式抽稠油泵和多功能稠油泵虽然利用下行程液力反馈结构，较好地解决了这一问题，但是它们在下井时必须采用脱接器来实现抽油杆与泵柱塞的对接，增加了作业过程的复杂性。为此，我们提出了一种新型套装式抽稠油泵。这种泵结构新颖，作业简单，无需脱接器，采用了前两种泵能拖动抽油杆下端下行的液压反馈原理。试验表明，该泵抽稠油性能很好，并可大大减轻施工作业难度，作业成功率100%。第二章液压泵反馈抽稠泵的工作原理2.1液压泵反馈抽稠泵工作原理液压泵反馈抽稠泵属于容积式液压机械，它属于利用密封油腔容积的大小变化来工作。因此，抓住密封油腔容积是如何构成及如何变化的问题，就是理解液压反馈抽稠泵的工作原理与特点的关键。如图1所示：图1液压反馈抽稠泵工作原理图图中柱塞装在上部缸体中形成密封油腔容积，柱塞在上部弹簧的作用下始终压紧在其下的偏心、轮上。当马达驱动偏心轮转时，柱塞便在缸体中作往复运动，使得其上部密封油腔的容积大小随之发生周期性的变化。当柱塞外伸，密封油腔由小变大，局部形成真空，油箱中的油液在大气压的作用下，经吸油管顶开左边吸油单向阀进入密封油腔而实现吸油，此时右边排油单向阀在系统管道油液压力的作用下关闭；反之，当柱塞被偏心轮压进缸体时，密封油腔由大变小时，密封油腔中吸满的油液将顶开右边压油单向阀流入系统而实现压油，此时左边吸油单向阀关闭。原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断的吸油和压油。液压反馈抽稠泵排出油液的压力取决于油液流动需要克服的阻力，排出油液的流量取决于密封腔容积变化的大小和速度。由此可见，液压反馈抽稠泵靠密封油腔容积的变化实现吸油和压油，从而将原动机输入的机械功率Ts（T为输入的转矩，3为输入的角速度）转换成液压功率为pq（p为输出压力，q为输出流量）；左右两个单向阀组成配流机构（这里称为阀配流）使吸油和排油过程相互隔开，从而使系统能随负载建立相应的压力。液压反馈抽稠泵是靠密封油腔的容积变化进行工作的，构成液压反馈抽稠泵必须具备以下三个条件：⑴具有一个或若干个密封油腔；⑵密封油腔的容积能产生由小到大和由大到小的变化，以形成吸油和压油构成；⑶具有相应的配流机构以使吸油和排油过程能各自独立完成。泵和传送马达实现进油、排油方式称为配流。2.2液压反馈抽稠泵的主要性能参数液压反馈抽稠泵的性能参数主要有压力、转速、排量、流量、功率、效率和噪声。2.2.1液压反馈抽稠泵的压力液压反馈抽稠泵的压力的常用单位为MPa。⑴额定压力Pn在正常工作条件下，按实验标准规定连续运转所允许的最高压力。额定压力值与泵的结构形式及其零部件的强度、工作寿命和容积效率有关。在液压系统中，安全阀的调定压力要小于泵的额定压力。⑵最高允许压力PmaxPmax是指泵段时间内所允许超载使用得极限压力，它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。⑶工作压力P泵在实际工作时的输出压力，亦即泵出口的压力，泵的输出压力由负载决定。当负载增加，输出压力就增大；负载减小，输出压力就降低。⑷吸入压力Po吸入压力指泵进口处的压力。自吸式泵的吸入压力低于大气压力，一般用于吸入高度衡量。当泵的安装高度太高或吸油阻力过大时，泵的进口压力就将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油腔产生穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构形式有关。2.2.2转速转速的常用单位为r/min。⑴额定转速n。在额定压力下，根据实验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速。⑵最高转速Nmax。为了保证泵可靠工作或运行效率不致过低允许的最低转速。2.2.3排量及流量⑴排量V（m3/r，常用单位为mL/r）在不考虑泄漏的情况下，泵主轴每旋转一周，所排出的液体的体积称为排量，又称为理论排量、几何排量。⑵理论流量q1（m3/s,常用单位为L/min）在不考虑排泄的情况下，泵在单位时间内所排出的液体的体积称为理论流量；工程上又称空载流量。q1=nV式中n泵额定转速（r/min）V泵的排量⑶实际流量q指实际运行时，在不同压力下泵所排出的流量。实际流量低于理论流量，其差值q1=q1-q为泵的泄漏量。⑷额定流量q工n在额定压力、额定转速下，按实验标准规定必须保证的输出流量。⑸瞬时理论流量qtsh由于运动学机理，泵的流量往往具有脉动性，泵某一瞬间所排的理论流量称为瞬时理论流量。⑹流量不均匀系数8q在泵的转速一定时，因流量脉动造成的流量不均匀程度。8q=（5tsh）max-MshLinq12.2.4泵的功率泵的输入功率为机械功率，以泵轴上的转矩T和角速度3的乘积来表示；泵的输出功率为泵的功率，以压力P和流量q的乘积来表示。⑴泵的功率p.兀1液压泵的输入功率是马达的输出功率，亦即实际驱动泵轴所需的机械功率p1=3T=2nnT⑵输出功率po泵的输出功率（KW）用其实际流量q和出口压力p的乘积表示po=pq式中q泵的实际流量（m3/s）；P泵的出口压力（Pa）⑶理论功率Pt如果泵在能量转换过程中没有能量损失，则输入功率与输出功率相等，即为理论功率，用Pt表示Pt=pqt=2nnTt式中Tt---泵的理论转矩。第三章套装式液压反馈抽稠泵结构套装式液压反馈抽稠油泵进油阀安装在小柱塞顶部，出油阀与柱塞泵筒之间通过连接管连接。柱塞泵筒的内表面与小柱塞外表面配合密封，组成短泵筒、长柱塞结构；柱塞泵筒的外表面则与大泵筒内表面配合密封，组成短柱塞、长泵筒结构。这样，两台泵通过适当的联接方式有机地套叠在一起，形成进排油腔和呼吸腔。其中，进排油腔为出油阀与进油阀之间的连接管内腔，为该泵的有效抽油腔室；呼吸腔为大泵筒和小柱塞之间腔室中位于柱塞泵筒下方的部分，该腔室下部有一与油套环形空间相通的连通孔，其压力始终为泵沉没压力。套装式液压反馈抽稠油泵结构示意图如图2所示：图2套装式液压反馈抽稠油泵结构示意图1-出油阀2-进油阀3-大泵筒4-小柱塞5-连接管6-柱塞泵筒为了保证柱塞泵筒在双面密封的情况下能够灵活运动这一设计要点，大泵筒与小柱塞之间采用了适当的联接方式。下井作业时，由大泵筒、小柱塞和进油阀等构成的抽油泵下部分连接在油管下端，随油管下人井内。由柱塞泵筒、连接管和出油阀等构成的抽油泵上部分连接在抽油杆下端，随抽油杆下人井内，碰泵后即可开始抽油。第四章套装式液压反馈抽稠泵抽汲原理上冲程时，抽油杆带着出油阀、连接管和柱塞泵筒上行，出油阀关闭，进排油腔压力降低。当压力降至低于进油阀下方的泵沉没压力时，进油阀开启，井筒内原油通过小柱塞内腔进人进排油腔，实现进排油腔进油。下冲程时，抽油杆带着出油阀、连接管和柱塞泵筒下行，进油阀关闭，进排油腔压力升高。当压力升至高于泵上油管内压力时，出油阀开启，进排油腔内原油排人到泵上油管内，从而实现进排油腔排油。进油和排油过程循环交替进行，便将井内原油连续举升至地面。在泵进油或排油过程中，泵呼吸腔也通过连通孔吸人或呼出原油，但是，它并不向油管内排出原油。第五章套装式液压反馈抽稠泵技术性能5.1主要技术参数套装式抽稠油泵主要技术参数见表1:规格/mm最大冲程/m最大外径/mm上端联接油管螺纹下端联接油管螺纹联，接抽油杆直径/mm（忽％象间炒母44/565.189.52%TBC2%T}iG222.2照2,356。05.11073MTRG226啊2、3表1套装式液压反馈抽稠油泵主要技术参数套装式抽稠油泵的排量为泵进排油腔的容积与抽油机冲次的乘积，即小柱塞的横截面与抽油机冲程和冲次的乘积。5.2杆柱下行动力分析普通有杆泵在下冲程中，杆柱受到的运动阻力主要有油管内原油与杆柱间的摩擦阻力、原油对杆柱的浮力以及柱塞与泵筒之间的摩擦阻力。对于稀油来说，这两项摩擦阻力较小，可以忽略不计，但对于高粘度稠油来说却很大，严重阻碍抽油杆柱下行，甚至使抽油杆无法下行。套装式抽稠油泵中呼吸腔的设计就是为了在下冲程时在抽油杆下端产生一个向下的拉力，拉动抽油杆下行。该拉力是这样产生的：下冲程时，柱塞泵筒及连接管的上端作用着泵上油管内液柱压力，而柱塞泵筒的下端作用着泵沉没压力。这两个压力之间存在很大的压力差，方向向下。这样，在柱塞泵筒及连接管上就产生了一个很大的、指向下方的作用力，拉动抽油杆柱下行，有效解决了抽油杆下行困难的问题。例如：对于排量相当于①56mm普通泵的56/70mm规格套装式抽稠油泵来说，当泵挂深度为1000m、泵沉没度为300m、一稠油密度为0.95g/cm3时，其产生的抽油杆下行动力为9.2kN;对于排量相当于①44mm普通泵的44/56mm规格套装式抽稠油泵来说，当泵挂深度为1500m、泵沉没度为300m、稠油密度为0.95g/cm3时，其产生的抽油杆下行动力为11kN。5.3辅助性能特点(