本科毕业设计（论文）-6型单滚筒超长冲程抽油机设计与分析

西安石油大学本科毕业设计（论文）⑦计算大、小齿轮的并加以比较小齿轮的值大设计计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数相差不大，标准值，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数4.4.4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径（2）计算中心距（3）计算齿轮宽度取，4.5轴的设计4.5.1Ⅰ轴的设计及相关键的设计①选择材料40Cr表面淬火，硬部度48~55HRC查表得由公式（4-10）取d1=55mm=2\*GB3②装带轮的轮毂设计及轴上键的设计取毂长L=2d故键长为轴与齿轮相联接的键长为键的型号：A型圆头平键查表得键的尺寸为：12段键b×h=16×10，56段键b×h=20×1212段轴轮槽的深度，轮毂的深度56段轴轮槽的深度，轮毂的深度4.5.2Ⅱ轴的设计及相关键的设计①选择材料40Cr表面淬火，硬部度48~55HRC查表得由公式取d2=105mm=2\*GB3②轴上键的设计轴与齿轮相联接的键长为，键的型号：A型圆头平键查表得键的尺寸为：两段都为b×h=32×18轮槽的深度，轮毂的深度4.5.3Ⅲ轴的设计及相关键的设计①选择材料40Cr表面淬火，硬部度48~55HRC查表得由公式取d3=170mm②轴上键的设计已知Ⅲ轴的输入工程转矩为Nm由参考文献[19],按照计算转距应小于联轴器公称转距的条件，查参考文献[9]得选用TL12型“弹性套柱销联轴器”，其公称转距为63000Nm。半联轴器与轴配合毂孔长度故键长轴与齿轮相联接的键长为键的型号：A型圆头平键查表得键的尺寸为：12段键b×h=40×2267段键b×h=45×2512段轮槽的深度，轮毂的深度67段轮槽的深度，轮毂的深度4.5.4大滚筒轴的设计及相关键的设计①选择材料40Cr表面淬火，硬部度48~55HR由于滚筒轴与输出轴由联轴器连接，所以滚筒轴最小轴径与之相等。取d4=170mm②轴上键的设计键长为键与滚筒相连接的键长为键的型号：A型圆头平键查表得键的尺寸为：12段键b×h=40×2245段键b×h=45×2512段轮槽的深度，轮毂的深度45段轮槽的深度，轮毂的深度4.6轴的校核在确定轴承的支点时，从手册中查取a值。因此，简支梁一端支点到一段齿轮的距离为458mm。第二轴承到另齿轮的距离为137mm。由前面计算可知T3=35788.25～47479.07Nm。4.6.1求低速级大齿轮上的力因已知大齿轮分度圆直径为（4—11）（4—12）4.6.2求轴上的载荷求水平面支座反力：作水平面里的轴的受力简图图4.1水平受力分析知：得：FBRH=6.698KN,FARH=22.392KN做出水平方向的受力图和弯矩图：图4.2水平方向受力图图4.3水平方向力矩图垂直面的支反力：作垂直面里的轴的受力简图图4.4垂直受力分析知：得：=18.404KN,v=61.526KN做出竖直方向的受力图和弯矩图：图4.5垂直方向受力图图4.6垂直方向力矩图4.6.3总弯距的计算4.6.4画出合力矩弯矩图图4.7合力矩图作出输出轴的扭矩图图4.8扭矩图表4.1轴上载荷计算表载荷水平面H垂直面V支反力R弯矩M总弯矩扭矩T4.6.5按弯距扭合成应力校核轴的强度按弯扭合成应力校核轴的强度根据《机械设计》第八版式15-5及所算得数据，以及轴的单项旋转，扭矩应力为脉动循环应力，取。轴的计算应力为：前已选定轴的材料为45钢，调制处理，有资料查得，因此，故安全。4.7机体的设计机体选用铸铁铸造，其结构尺寸如下表。表4.2机体的机构尺寸名称符号减速器型号及尺寸关系mm机座壁厚二级14机盖壁厚二级14机座凸缘厚21机盖凸缘厚21机座底凸缘厚35地脚螺钉直径30地脚螺钉数8轴承旁联结螺栓24联结螺栓的间距150～200轴承旁端盖螺钉20窥视孔盖螺钉12定位销直径16至外壁40,34,36机盖与机座联栓20凸台高h108.46外机壁至轴承座端面距离70大齿轮顶圆与内机壁距离20齿轮端面与内机壁距离204.8减速器轴承的设计4.8.1轴承材料的选择轴承需要耐磨，耐蚀，故选择材料40Cr表面淬火，硬部度48~55HRC。保证各强度要求。4.8.2Ⅰ轴、Ⅱ轴、Ⅲ轴、Ⅳ轴轴承型号的选择Ⅰ轴，Ⅱ轴，Ⅲ轴和Ⅳ轴均选用圆锥滚子轴承（GB/T297—1994）其型号分别为30313、30321、30236、30236型。4.9减速器润滑系统的设计该系统需要润滑的机构主要是减速器中的齿轮和轴承，还有缠绕大盘及卷筒轴的轴承。其中齿轮润滑选30号机械油，轴承润滑选钠基润滑脂通过油杯加到轴承里。4.10滚筒的设计①柔性连续碳纤维抽油杆柔韧性好，最小曲率半径为350mm，此处取滚筒的半径为750m，所使用的碳纤维抽油杆的规格是32mm×4.2mm，设计冲程10～30m。滚筒最多只需能够缠绕6.37圈的碳纤维抽油杆即可，所以需要的筒壁高为：6.37×4.2=26.8mm取50mm中间壁厚取10mm左右壁厚取35mm由于要承受较大的扭矩，所以加长了一段轮毂。具体设计见零件图。②滚筒轴键的校核（4—13）所以安全。滚筒材料：槽钢（YB164-63）4.11支架的设计支架的材料：槽钢（YB164-63）5碳纤维抽油杆性能特点及应用前景中华商务网讯：为了克服普通钢抽油杆质量大、耗能高、失效频繁、活塞效应大、起下作业速度慢、易偏磨的缺点（1）,美国利用独特的航空航天设计和材料技术,经过10多年的努力,于20世纪90年代初研制成功碳纤维复合材料连续抽油杆、专用的油井作业设备和碳纤维复合材料连续抽油杆钢抽油杆的混合抽油杆柱设计软件,并进行了矿场试验。试验结果表明：碳纤维复合材料连续抽油杆是一种很有发展前途的特种抽油杆。

crfpc抽油杆的结构碳纤维复合材料或称碳纤维增强塑料连续抽油杆(carbonfilberreinforcedplasticcontinuoussuckerrod)简称为crfpc抽油杆,呈带状,可缠绕到滚筒上,它的横截面为矩形。增强材料：心部为碳纤维；上下表面覆盖玻璃纤维布,以提高crfpc抽油杆的横向强度；左右两侧面和棱角覆盖芳纶纤维布或玻璃纤维布,以提高抽油杆的耐磨性能。基体为乙烯树脂,采用拉挤工艺生产。

cfrpc抽油杆的性能特点及应用前景

优点：(1)密度小,可以降低光杆载荷和减速器的扭矩,节电。crfpc抽油杆的密度为159g/cm3,约为钢抽油杆的五分之一。crfpc抽油杆钢抽油杆的混合抽油杆柱的质量比钢抽油杆柱轻50%以上,因此,可以大大降低光杆载荷和减速器的扭矩,达到节电的目的。可使抽油机的型号降低1~2个规格,减少设备投资。(2)弹性好,优化设计混合抽油杆柱,可以增加原油产量。crfpc抽油杆的弹性模量e=116×105mpa,利用混合抽油杆柱设计软件,优化设计抽油系统,可实现超冲程,增加原油产量。(3)耐腐蚀,延长了检泵周期。(4)降低了抽油杆的失效频率和活塞效应。crfpc抽油杆的中间没有接箍,减少了接箍引起的失效和活塞效应。(5)crfpc抽油杆与油管的摩擦力较小,降低了油管的磨损和光杆载荷。(6)抽油杆起下作业速度快,减轻作业工人的劳动强度。混合抽油杆柱的起下作业速度约比钢抽油杆柱快60%。(7)扩大了有杆泵抽油系统的应用范围。利用美国普通的640型抽油机和抽油泵,泵挂深度为1493m,利用crfpc抽油杆,通过优化设计,日产液量可达191t,因此可部份代替电潜泵,用于大泵强采。此外,crfpc抽油杆还可用于深井、超深井和腐蚀井。

缺点：(1)crfpc抽油杆的两端部与钢接头连接部位的疲劳强度较低,是薄弱环节。(2)目前最高工作温度仅为60℃。(3)不能承受压应力,耐磨性能较差。(4)价格较贵,美国crfpc抽油杆的价格接近222ｍｍ玻璃钢抽油杆,比222ｍｍ钢制抽油杆贵1倍。

应用前景：crfpc抽油杆适用于高含水油井、深井、超深井和腐蚀井的原油开采。目前我国约有抽油井8万口,原油平均含水在80%以上,泵挂深度2000ｍ以深的井数占总井数的15%以上,腐蚀井的井数也占总井数的15%以上。因此,crfpc抽油杆在我国有广阔的应用前景。6经济性评估与常规抽油机相比本抽油机有以下优点：1.它的实际冲程长度减少的比率较小，有利于提高采油效率和降低采油，长冲程抽油机具有一定的节电效果，其节电率一般都在10%~40%之间。2.抽油泵的冲程长，可达10~30m，冲次低，使其寿命提高。3.排量稳定，动载荷小，事故少，运转平稳，抗疲劳性好，平衡效果好具有较好的适应性能。4.重量轻，具有更好的技术-经济指标。5.用碳纤维代替了一部分钢制抽油杆，与后者相比碳纤维杆耐腐蚀强度高，抗疲劳性好,重量轻的优点。但碳纤维杆只能受拉力不能受压。综上所述可见，长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此，发展长冲程抽油机对当前老油田高含水井后期的开采减缓产量递减速度，开采稠油、低渗透等油田的“难动用储量”，以及沙漠油田深井及超深井的机械开采等，都是有一定的现实意义的。近几年来，我国油井数量急剧增多，用常规游梁抽油机开发稠油，采油量、泵效、耗能、采油成本等各项技术—经济指标较差，因而阻碍了常规游梁抽油机的技术发展。为更经济、更合理地开发我国稠油资源，必须大力开发我国的无游梁长冲程抽油机。我国东部油田大部分已进入三期采油，低压油井增多，西部油田大部分为沙漠深井、超深井，鄂尔多斯盆地也多为低渗油井，这些井的陆续增多使长冲程抽油机显得尤为重要，另外本抽油机还适用于稠油的开采。目前我国的长冲程抽油机还不能完全满足我国油田开采的需要，长冲程抽油机正处于发展阶段，品种与规格不全，使用数量不多。因此需要大力发展新型长冲程抽油机。本抽油机有很好的市场前景！7设计小结本次设计的主要任务是6型单滚筒式超长冲程抽油机动力与减速系统设计。通过这次毕业设计，巩固和加强了以前所学过的理论知识，对传动装置的设计有了较深刻的认识和了解，同时对整体机械设计的基本方法也有了进一步的了解。具体工作情况总结为以下几点：1由于抽油机的冲程为10～30m，为一变量，抽油机必须可以实现无级变速，又因为超长冲程抽油机抽油时滚筒要正反转交替进行。为了稳定方面，我选用KCT系列变频调速电机，此电机可以实现50～1500r/min之间转速的调节，并且可以实现频繁的正反转，为了速度稳定期间，再在电机出口加上一个变频调速器，稳定输出速度。2传动装置的设计采用二级直齿圆柱齿轮传动。减速器结构选用展开式，因为根据要求输出轴的转速为3～4.25r/min，载荷为60KN，所以其承载能力和速度均符合要求、传动比恒定我选取带传动比i=4，高速及传动比i1=7.4、低速机传动比为4.77。外阔尺寸稍大、因为选用KCT系列电机后又采用了变频调速器调节速度，所以工作可靠、效率高、寿命长,基本符合要求。传动过程为纯机械传动,主要装置的强度经过校核，可达到要求。3计算时，先算出井深为1400m，平衡重为30KN，平衡重高度定位20米,确定选用KCT200L2-1000变频调速电机。滚筒半径根据参考文献[3]取半径为750mm，平衡重部分滚筒半径一般为钢丝绳直径的16~40倍，配重上的钢丝绳根据配重载荷选用6×19型，直径为12.5mm，所以平衡重重部分滚筒的半径为400mm。滚筒轴和键经校核全部达到要求。然后计算出带轮的尺寸及V带的型号及尺寸，经计算得大带轮半径为400mm，小带轮为100mm，选用C型带，带长为3150mm。然后计算减速器具体数值。最后对输出轴进行强度校核，满足要求。参考文献[1]龚溎义.机械设计课程设计指导书.2版.北京：高等教育出版社，1990.4.[2]龚溎义.机械设计课程设计图册.3版.北京：高等教育出版社,1985.5.[3]濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006.5.[4]周开勤.机械设计零件手册[M].5版.北京：高等教育出版社,2001.[5]李继志.石油钻采机械概论[M].2版.东营：中国石油大学出版社,2009.12.[6]甘永立.几何量公差与检测[M].8版.上海：上海科学技术出版社,2008.1.[7]韩成才.石油钻采设备[M].西安：陕西科学技术出版社.1999年.[8]沈瑞林.对发展长冲程抽油机的几点看法[J].石油机械，1990，18（7）：43-48.[9]张晓东，贾国超.关于我国抽油机发展的几点思考[J].石油矿场机械，2008,37（1）：24-27.[10]空昭瑞.国内抽油机的发展趋向[J].石油机械，1995,23（2）：49-54.[11]张连山.国外抽油机的技术发展[J].石油机械,1999,27（4）：54-56.[12]张连山.国外抽油机发展趋势[J].国外石油机械,1996，7（3）：28-35.[13]张连山.我国抽油机的发展趋势[J].钻采工艺，1996，19（6）：41-47.[14]张连山.长冲程抽油机的现状与发展[J].石油机械，1997,25（6）：49-51.[15]张连山.长冲程抽油机集锦与发展研究[J].钻采工艺，1998,21（6）43-46.[16]D.Dollens，R.Becker.节省资金，减少故障的超长冲程抽油机[J].石油技术杂志，1998：16-17.[17]D.Dollens等.省钱耐用的超长冲程抽油机[J].国外石油机械,1997,8（7）：41-42.[18]刘剑辉，杨松，马键强.新型双滚筒长冲程抽油机设计[J].石油矿场机械,2009，38（12），56～58.[19]刘鸿文材料力学Ⅰ.4版[M].北京：高等教育出版社.2004.1.[20]刘鸿文材料力学Ⅱ.4版[M].北京：高等教育出版社.2004.1.[21]YO-YO.pumpingunittakes32-ftstrokes[Z].PetroleumEquipment1956.[22]LuoYingli，CuiXueshen，ZhaoHaisen，ZhangDeqin，LuoYu.Amultifunctionenergysavingdevicewith