抽油机平衡计算本讲稿用

四、抽油机平衡计算问题提出：(1)为什么要研究抽油机平衡问题（或不平衡所带来的后果）。（2）如何计算或检查抽油机的平衡。1从前面的悬点载荷计算，可知：当抽油机不加平衡装置时，

上冲程：悬点承受最大载荷，电动机做功（正功）提升负荷。

下冲程：悬点在抽油杆的自重作用下克服浮力下行，即电动机不仅不需要对外做功，反而是抽油杆带动电动机转动，电动机做负功。

这就造成了抽油机在上下冲程中的不平衡。2抽油机运动不平衡的后果：（1）电动机的负荷不均匀，造成功率的浪费和效率降低。（2）由于由于这种不平衡使抽油机发生振动，容易引起事故，影响抽油机装置的寿命。（3）破坏曲柄旋转适度的均匀性，影响抽油杆和泵的正常工作。所以抽油机必须安装平衡装置。3如何计算或检查抽油机的平衡：1、理论方法：（1）假定安装了一平衡装置后，使得电机上、下冲程中都做正功，并且相等。即安装的平衡装置在下冲程中能够把能量储存起来，而在上冲程中利用储有能量帮助电动机一起做功提升负荷。（2）研究各种平衡方式实质上就是如何研究计算所加的平衡重的方法（或调平衡半径计算方法）2、实际方法：

检查上下冲程扭矩或电流峰值相等作为判断的依据。41）游梁平衡直接确定平衡重2）曲柄平衡则确定平衡半径3）复合平衡一般也是确定平衡半径5（一）平衡原理叙：解决问题的思路：研究各种平衡方式实质上就是如何计算所加的平衡重，假设在抽油机后梁上加一重物，在下冲程中让抽油杆自重和电动机一起对重物做功，则：63）平衡原理

在下冲程中能够把能量储存起来，而在上冲程中利用储有能量帮助电动机一起做功提升负荷，使得电机上、下冲程中都做相等的正功。

下冲程：Amd＝Aw－Ad(AW=Ad+Amd)上冲程：Amu＝Au－AW

(Au＝AW＋Amu)

平衡条件

Amu＝Amd

即Aw－Ad＝Au－Aw3-59抽油杆自重和电机一起对重物作功重物和电机一起对悬点作功7Ad---抽油杆柱对重物所做的功（即悬点在下冲程所做的功）；Amd---电动机在下冲程中对重物作的功；Aw---重物增加的位能（即下冲程中抽油杆自重和电动机对重物所作的功）Au----上冲程悬点作的功（重物和电动机对悬点所作的总功；）Amu----上冲程电动机作的功；

8结论：上式说明要抽油机运转平衡，在下冲程中需要储存的能量为上下冲程中悬点所作功之和的一半，这是平衡计算的依据。（二）平衡方式叙：为了把下冲程中抽油杆自重作的功和电动机输出的能量储存起来，可以采用不同的形式来储存能量，即所谓不同的平衡方式。目前采用的有气动平衡和机械平衡。9图3－60气动平衡简图1－气缸；2－活塞；3－气包1、气动平衡如图所示，下冲程中通过游梁带动活塞压缩气缸中的气体，把下冲程中作的功储存成为气体的压缩能；上冲程中被压缩的气体膨胀，将储存的压缩能转换成膨胀能帮助电动机做功。气动平衡多采用于大型抽油机。这种平衡方式不仅可以大量节约钢材，而且可以改善抽油机的受力系统，但平衡系统的加工系统的加工制造质量要求高。102、机机械平平衡在上冲冲程中中，以以增加加平衡衡重块块的位位能来来储存存的能能量；；在上上冲程程重平平衡重重降低低位能能来帮帮助电电动机机做功功。机机械平平衡方方式有有三种种：1）游游梁平平衡：：在游游梁尾尾部加加平衡衡重，，适用用于小小型抽抽油机机。2）曲曲柄平平衡（（旋转转平衡衡）：：平衡衡重加加在曲曲柄上上，这这种平平衡方方式便便于调调节平平衡，，并且且避免免在游游梁上上造成成过大大的惯惯性力力，适适用于于大型型抽油油机。。3）复复合平平衡（（混合合平衡衡）：：在游游梁尾尾部和和曲柄柄上都都加有有平衡衡重，，是上上述两两种方方式的的组合合，多多用于于中型型抽油油机。。11（三））平衡衡计算算上冲程程中悬悬点作作的功功：下冲程程中悬悬点作作的功功：（注））：由由于惯惯性载载荷，，在上上下冲冲程中中，所所作的的功等等于零零，所所以在在Au和Ad中没有有考虑虑惯性性力，，若按按四连连杆机机构分分析计计算，，作正正功和和作负负功正正好抵抵消，，所以以为零零。将Au和Ad代入（（3-59）得得：12--------（（5-60）分析：：也可可以写写成其中：：当L、、d、、D、、S改改变后后，Aw的的值也也变化化了，，所以以需要要重新新调节节平衡衡。131、游游梁平平衡下冲程程平衡衡重Wb被抬高高的距距离为为：Sc:S=C:a平衡重重块储储存的的位能能（对对重物物所做做功））图3－－61游游梁梁平衡衡14在平衡衡条件件下：：则：——（（3-61）式中：：wb—达到到平衡衡所需需要加加的平平衡重重量。。当考虑虑抽油油机本本身重重量的的不平平衡时时，则则：15式中：：—抽油油杆本本身的的不平平衡值值，是是折算算到游游梁重重心位位置的的附加加平衡衡力，，可查查抽油油机出出厂说说明书书（具具体计计算见见魏一一书p65）16平衡重重位能能抽油机机不平平衡附附加位位能曲柄重重位能能2、曲曲柄平平衡下冲程程中储储存的的位能能：图3－－62曲曲柄柄平衡衡17式中：：R—曲曲柄平平衡半半径，，m；；wcb—曲柄柄平衡衡块重重量，，N;Rc—曲柄柄本身身的重重心到到曲柄柄轴心心的距距离，，m;Wc—曲柄柄自重重，N;SB—B点点的最最大位位移，，SB=2rr—曲曲柄销销离曲曲柄轴轴心的的距离离称为为曲柄柄半径径，m（取取决于于采用用的悬悬点冲冲程））xμb—抽油油机本本身的的不平平衡值值，是是折算算到尾尾轴承承处的的附加加平衡衡力，，N。。18在平衡衡条件件下：：将代代入上上式，，并进进行整整理可可得，，达到到平衡衡所需需的平平衡半半径的的计算算公式式：——（（3-62）19表达式式说明明：曲曲柄平平衡通通常是是通过过改变变平衡衡半径径R来来调节节平衡衡。[注]：对对某一一型号号的抽抽油机机a、、b、、Wcb、、Wc、Q、xμb均为已已知常常数，，将这这些数数值代代入式式（3-62））就可可得该该型抽抽油机机的计计算公公式。。（见见书P105例题））3、复复合平平衡如图所所示：：复合合平衡衡是上上述两两种平平衡方方式的的组合合，也也可用用同样样的方方法得得到其其计算算公式式：20图3－－63复复合合平衡衡下冲程程储存存的位位能：：而：21在平衡衡条件件下：：（3-63）式中符符号同同前。。22[提示示]：：上面面介绍绍的只只是以以上下下冲程程中电电动机机做的的功相相等作作为平平衡标标准进进行计计算的的方法法。在在实际际工作作中都都不便便于按按此标标准检检验和和调整整平衡衡。为为此，，作为为检验验和调调整平平衡时时，大大多采采用上上下冲冲程的的扭矩矩或电电流峰峰值相相等作作为平平衡条条件。。（四））抽油油机平平衡检检验方方法叙：抽抽油机机在生生产过过程中中，不不会一一直是是平衡衡的（（平衡衡是指指一段段时间间内）），因因受地地层情情况（（ps造成L增增加））油油井情情况（（见水水，密密度上上升，，就可可能换换泵））及油油井工工作制制度的的改变变（F、S、n配合合）都都会破破坏抽抽油机机原来来的平平衡，，因而而要定定时检检查，，及时时调整整。231、观观察法法即用眼眼观察察抽油油机启启动是是否顺顺利，，电动动机是是否有有“呜呜呜””的怪怪叫声声，通通常平平衡的的抽油油机比比较容容易启启动，，无怪怪叫声声。2、测测量驴驴头上上下冲冲程的的时间间：Tu=Td平衡T一上上或下下冲程程所用用时间间（相相同或或基本本相同同）；；Tu<Td平衡过过重则则应应减少少平衡衡重或或平衡衡半径径R.Tu>Td平衡过过轻则则应应增大大平衡衡重或或平衡衡半径径R.243、测测量上上、下下冲程程的电电流（（可用用钳形形电流流表来来测量量）抽油机机在平平衡条条件下下工作作时，，上、、下冲冲程的的电流流峰值值应该该相等等。Iu=Id平衡Iu>Id平衡过过轻，，则应应增大大平衡衡重或或增大大平衡衡半径径R.Iu<Id平衡过过重，，则应应减小小平衡衡重或或减小小平衡衡半径径R.实际中中，要要使上上下冲冲程电电流强强度绝绝对相相等是是困难难的，，一般般规定定最小小电流流与最最大电电流之之比大大于或或等于于70%，，即认认为抽抽油机机是平平衡的的。25五、曲曲柄轴轴扭矩矩计算算方法法介绍绍问题提提出：：1、为为何要要研究究曲柄柄轴扭扭矩计计算？？（1））检查查减速速箱是是否在在超扭扭矩条条件下下工作作。（2））可以以检查查计算算电动动机的的功率率及功功率的的利用用情况况。2、如如何计计算扭扭矩叙：抽抽油机机正常常工作作时，，由悬悬点负负荷及及平衡衡重在在曲柄柄轴上上造成成的扭扭矩与与电动动机输输给曲曲柄轴轴的扭扭矩相相平衡衡。因因此，，通过过悬点点负荷荷及平平衡重重来计计算曲曲柄轴轴的扭扭矩。。261、给给出三三种平平衡方方式计计算扭扭矩的的精确确公式式；（（但可可变参参数多多，难难于直直接用用于实实际计计算））见（（3-56a/b/c)2、、给给出出简简化化式式见P124;引引入入了了扭扭矩矩因因数数3、、扭扭矩矩曲曲线线的的绘绘制制与与应应用用上面面谈谈到到的的计计算算方方法法，，用用人人工工计计算算都都较较复复杂杂，，现现在在一一般般是是利利用用计计算算机机计计算算，，并并绘绘制制出出扭扭矩矩曲曲线线，，可可以以直直观观观观察察抽抽油油机机的的平平衡衡状状况况；；应用用：：P126-128274、、最最大大扭扭矩矩计计算算方方法法研研究究虽然然扭扭矩矩曲曲线线是是目目前前用用来来确确定定扭扭矩矩的的最最准准确确的的方方法法，，但但绘绘制制扭扭矩矩曲曲线线仍仍然然比比较较繁繁杂杂。。另外外在在选选择择抽抽油油设设备备和和预预测测新新抽抽汲汲参参数数下下的的最最大大扭扭矩矩时时，，通通常常因因不不能能预预先先测测的的示示功功图图（（或或悬悬点点载载荷荷）），，也也无无法法绘绘制制扭扭矩矩曲曲线线。。所以以，，在在一一般般分分析析中中大大多多采采用用直直接接计计算算的的方方法法。。即最最大大扭扭矩矩计计算算方方法法。。28抽油油机机所所配配的的减减速速箱箱都都有有允允许许的的最最大大扭扭矩矩，，它它既既限限制制油油井井生生产产时时所所采采用用的的最最大大抽抽汲汲系系数数Fp、、S、、n及及L，，同同时时又又限限制制着着为为了了保保证证大大参参数数生生产产所所需需要要的的电电动动机机功功率率，，因因此此了了解解抽抽油油机机在在运运转转过过程程中中产产生生的的最最大大扭扭矩矩，，是是分分析析抽抽油油机机设设备备工工作作状状况况的的重重要要内内容容。。下下面面介介绍绍在在实实际际工工作作中中所所采采用用的的扭扭矩矩计计算算法法————扭扭矩矩近近似似计计算算法法。。29（一一））计计算算曲曲柄柄轴轴扭扭矩矩基基本本公公式式近似似计计算算是是把把抽抽油油杆杆的的四四连连杆杆运运动动简简化化为为简简谐谐运运动动，，略略去去抽抽油油机机几几何何特特性性的的影影响响，，另另外外还还忽忽略略了了游游梁梁平平衡衡块块所所产产生生的的惯惯性性力力，，此此时时计计算算曲曲柄柄轴轴扭扭矩矩的的公公式式为为：：30式中中：：M---曲曲柄柄轴轴扭扭矩矩，，NmS---光光杆杆冲冲程程，，mp---悬悬点点负负荷荷，，NΦ---曲曲柄柄转转角角。。3-6431Ce---平平衡衡值值，，表表示示被被平平衡衡重重平平衡衡了了的的悬悬点点负负荷荷。。其其理理论论需需要要值值Ce（（即即是是为为了了保保持持平平衡衡，，理理论论上上需需要要的的平平衡衡值值））实际际需需要要值值Ce,抽抽油油机机工工作作时时，，为为了了达达到到平平衡衡所所需需要要的的平平衡衡值值。。32（二二））计计算算最最大大扭扭矩矩的的近近似似公公式式假定定悬悬点点最最大大载载荷荷发发生生在在ΦΦ=90°，，即即p90°°=pmax，则则由由公公式式（（3-64））可可得得：：例题题：：见见书书P107。。其中33六、电动动机的选选择和功功率计算算叙：抽油油机的动动力：绝大多数数：电动动机正在少量量试用：：天然气气发动机机多数油田田都是以以抽油井井为主，，用于抽抽油的电电能消耗耗就很大大。因此此抽油装装置的电电动机的的选择，，一方面面直接关关系到电电能的利利用效率率，另外外一方面面将关系系到能否否充分发发挥抽油油设备和和油层生生产能力力的问题题。34游梁式抽抽油装置置的特点点：（1）负负荷是脉脉冲的，，而且变变化大；；（2）启启动条件件困难，，要求有有大的启启动转矩矩。（3）所所用的电电动机功功率不太太大，一一般不超超过40千瓦，，小的只只有几千千瓦，但但总的数数量大。。（4）在在露天工工作，要要求电动动机维护护简单，，工作可可靠。35类型不确确定：为了满满足以上上要求，，目前抽抽油机所所用电动动机都是是封闭式式鼠笼型型异步电电动机。。该电动机机特点：：构造简简单，坚坚固，易易于修理理。电动机选选择的内内容：1）确定定适合于于抽油机机工作特特点的类类型。2）确定适合合于各型型抽油机机工作能能力的电电动机的的容量（（即功率率）。（下面就就着重讨讨论2））问题。。）361、电动动机功率率与传到到减速箱箱曲柄轴轴的扭矩矩关系式式为：式中：M—电动动机传给给曲柄轴轴上的扭扭矩，N·m;Nr—电电动机功功率，KW;η—传传动效率率，ηη=ηη1×η2η1—皮带轮轮传动效效率η2—减速箱箱传动效效率n—曲曲柄转速速（冲数数）（减减速箱输输出轴上上的转速速），转转/分。。——（3-67）——（3-67‘）372、计算算电动机机功率实际应用用时，一一般是利利用抽油油机等值值扭矩来来计算功功率。原因：在在交变载载荷作用用下曲柄柄扭矩在在整个工工作过程程中是变变化的，，而只是是在上下下冲程的的某一瞬瞬时达到到最大值值。因此此，电动动机选择择不能根根据瞬时时最大扭扭矩来计计算，否否则电动动机在大大部分时时间不能能满载工工作，其其效率和和功率因因素都不不高，电电能的利利用就不不充分，，而应该该用等值值扭矩来来计算功功率。38等值扭矩矩：以一一个不变变化的固固定扭矩矩，代替替变化的的实际扭扭矩，使使其电动动机的发发热条件件相同（（消耗的的电量相相同），，则此固固定扭矩矩，即为为实际变变化的扭扭矩的等等值扭矩矩。式中：Nr—需要的的电动机机功率（（即需要要选用的的电动机机额定功功率），，千瓦（（KW））Me—曲曲柄轴上上的等值值扭矩。。其余