维普资htp:w. http://www.cqvip.com 62 钻采工艺 2003年 钻采机 调径变矩型节能抽油机工作性能仿真研究* 刘富1,刘清友2,王海兰2 (1新疆采油工艺研究院2西南石油学院) 摘要:介绍新型调径变矩节能型抽油机的结构特点和工作原理,建立了该抽油机的几何学、运动学模型及 工作性能仿真模型,在此基础上开发了调径变矩型抽油机的工作性能仿真软件,从而实现了对该抽油机运动规律、 曲柄轴输出扭矩和抽油机平衡效果等工作性能的仿真分析计。弄清了该抽油机的工作原理和节能机理,为进 步实现对该抽油机的结构优化合理配置抽油机、提高抽油系统工作效率和开发新型高性能抽油机提供了理论依 据和科学方法。 关键词:调径变矩;节能抽油机;模型建立;仿真研究 中分类号:TE8331文献标识码:A文章编号:1006-768X(2003)01-062-03 目前,我国各大油田机械采油系统的能耗费用速箱运动时,四杆机构开始工作。不同时刻,悬点载 已经成为影响采油成本的主要因素之一抽油机作荷不同,作用到减速箱曲柄轴上的扭矩不同,由于曲 为整个抽油系统的重要设备之一,提高其工作效率柄转角变化时,游梁转角也不断变化,导致平衡配重 降低能耗对整个抽油系统效率的提高和油田开发成箱的平衡半径也随之改变,游梁平衡重作用到曲柄 本的降低有着举足轻重的作用,因此,世界各国都在上的扭矩随转角改变而改变,适时地改变了作用在 开展节能抽油机的方面的研究和新产品开发工作。曲柄轴上的扭矩,从而使抽油机处于最佳动态平衡 调径变矩型节能抽油机是我国自行研制并具有效果。另一方面,调节游梁后臂与吊臂的夹角,可以 自主知识产权的新型节能抽油机,该抽油机具有低增大或减小游梁平衡半径的变化范围,更好地适应 成本采购低成本改造、低费用运行低强度操作、高油井生产情况,实现良好的动态平衡。 效能产出的四低一高特点,比现有游梁式抽油机吨 油耗电、年维护费分别下降30%、66%,使用1台该 节能抽油机,年节约资金可达4.6万元。该机采用 调径变矩装置和调冲程自锁机构等技术,动态平衡 率达90%以上,运动特性良好,可靠性高,操作过程 简便、安全,可有效提高泵效和使用寿命。由于该抽 油机经济与社会效益显著,技术处于国内领先水平, 12 已经广泛地应用于国内油田。 调径变矩型抽油机 结构特点及工作原理 调径变矩型抽油机的结构特点是在普通游梁式1驴头;2游梁3连杆横4支架5游梁支承;6吊臂;7围栏8底 抽油机的基础上采用特殊的调径装置,即在游梁后座;9电动机;10减速器;11曲柄;12工作平台;13连杆:14悬绳器 臂末端增加一吊臂装置,吊臂与游梁后臂用销连接,调径变矩型抽油机模型的建立及分析 其夹角可调,因而称之为调径变矩型抽油机,结构如 图1所示。吊臂末端设有配重箱,通过增减配重块, 由图2可见,该抽油机实质上就是在游梁式抽 使抽油机达到良好的平衡效果。增减平衡配重块操油机基础上改造而成的,根据游梁式抽油机几何模 作简单方便,节省了大量人力、物力。当电机带动减型的建立方法,建立了该抽油机几何模型,假设曲柄 中国石油天然气集团公司资助项目(项目编号2000621-3) 收稿日期:2002-08-29;修回日期:2002-12-05 作者简介:刘富教授级高级工程师现任新疆采油工艺研究院院长,西南石油学院在读博士,长期从事石油开采、工艺、装备、技术及管理 工作。地址:(63700)四川南充西南石油学院机电工程学院。· 62 · 钻 采 工 艺 2003正 调 径变矩型节能抽油机 工作性能仿真研 究* 刘 富 ，刘清友2，王海兰2 (1新疆采油工艺研究院 2西南石油学院) 摘 要 ：介绍 新型调径变 矩节能型抽油 机的结构 特点 和工 作原 理 ，建立 了该抽 油 机 的几何学 、运动 学模 型及 工作性 能仿真模 型 ，在此基 础上开发 了调径变矩型抽 油机的工作性 能仿真软件 ，从 而实 现 了对 该抽 油机运 动规律 、 曲柄轴输出扭矩和抽油机平衡效果等工作性能的仿真分析计算。弄清了该抽油机的工作原理和节能机理 ，为进一 步实现 对该抽油机 的结构优化 、合理配 置抽 油机 、提高抽 油 系统工 作效 率 和开发新 型 高性 能抽 油机提 供 了理论 依 据和科 学方法 。 关 键词 ：调径 变矩 ；节 能抽油机 ；模型建 立 ；仿 真研 究 中图分类号 ：TE833．1 文献标识码 ：A 文章 编号 ：1006—768X(2003)01—062—03 目前 ，我 国各大油 田机械采油 系统 的能耗 费用 已经成 为影响采油成本的主要 因素之一。抽油机作 为整个抽油系统的重要设备之一 ，提高其工作效率 、 降低能耗对整个抽油系统效率 的提高和油田开发成 本的降低有着举足轻重的作用 ，因此 ，世界各 国都在 开展节能抽油机的方面的研究和新产品开发工作 。 调径变矩型节能抽油机是我国 自行研制并具有 自主知识产权的新 型节能抽油机 ，该抽 油机具有低 成本采购 、低成本改造 、低费用运行 、低强度操作 、高 效能产出的四低 一高特点 ，比现有游 梁式 抽油机吨 油耗电 、年维护费分别下降 30％、66％，使 用 1台该 节能抽油机 ，年节 约资金可达 4．6万元 。该机采用 调径变矩装置和调 冲程 自锁机构等技术 ，动态平衡 率达 90％以上 ，运动特性 良好 ，可靠性高 ，操作过程 简便 、安全 ，可有效提高泵效和使用寿命。由于该抽 油机经济与社会效益显著 ，技术处于国内领先水平 ， 已经广泛地应用于国内油 田。 调径变矩 型抽 油机 结构 特点及 工作原理 调径变矩型抽油机的结构特点是在普通游梁式 抽油机的基础上采用 特殊的调径装置 ，即在游 梁后 臂末端增加一吊臂装置 ，吊臂与游梁后臂用销连接 ， 其 夹角可调 ，因而称之为调径变矩型抽油机 ，结构如 图 1所示。吊臂末端设有配重箱，通过增减配重块， 使抽油机达到 良好的平衡效果 。增减平衡配重块操 作简单方便 ，节省了大量人力 、物力 。当电机带动减 速箱运动时 ，四杆机构开始工作。不同时刻 ，悬点载 荷不同 ，作用到减速箱曲柄轴上的扭矩不 同，由于曲 柄转角变化时 ，游梁转角也不断变化 ，导致平衡配重 箱 的平衡半径也随之改变 ，游梁平衡重作用到曲柄 上的扭矩随转角改变而改变 ，适 时地改变 了作用在 曲柄轴上的扭矩 ，从而使抽 油机处 于最佳动态平衡 效果。另一方面 ，调节游梁后臂与 吊臂的夹角 ，可 以 增大或减小游梁平衡 半径的变化范 围，更好地适应 油井生产情况 ，实现 良好的动态平衡 。 图 1 调径变矩型抽 油机结构示 意图 1驴头 ；2游梁 ；3连杆横梁 ；4支架 ；5游梁支 承 ；6吊臂 ；7围栏 ；8底 座 ；9电动机 ；10减速器 ；11曲柄 ；12工作平 台；13连杆 ；14悬绳器 调径变矩型抽油机模型的建立及分析 由图 2可见 ，该抽油机 实质上就是在游梁式抽 油机基础上改造而成 的，根据游梁式抽油机几何模 型的建立方法 ，建立 了该抽油机几何模型 ，假设曲柄 - g-中国石 油天然 气集团公 司资助项 目(项 目编号 2000621—3) 收稿 日期 ：2O02—08—29；修 回日期 ：2002—12—05 作者简介 ：刘富 ，教授级高级 工程师 ，现任新疆采油工艺研究 院院长 ，西南石 油学院在读博士 ，长期从事石 油开采 、工艺 、装备 、技术及 管理 工作 。地址 ：(637001)~llJl南充西南石 油学院机电工程学院。 维普资讯 http://www.cqvip.com