维普资讯htp/www.cqvip.com CHINA PETROLEUM MACHINERY 2002年第30卷第11期 应用技术 调径变矩节能抽油机平衡方案研究 高长乐董宏宇龚晓明马述俭 (新疆第三机床厂) 摘要研制的调径变矩节能抽油机显著特点是取消了常规抽油机的曲柄平衡,将抽油机的游 梁设计成『形弯游梁体和Ⅰ形吊臂两段,通过改变吊臂上配重质量和其重心运动轨迹综合调整平 衡,可针对悬点載荷峰值W灬出现的不同位置,将配重力矩对应地调到最大,有效地削减峰值 扭矩。这种抽油机平衡率达90%以上,比常规抽油机节电30%,制造成本下降10%,售价低 7%,已在全国各大油田推广应用 关键词抽油机变矩节能平衡 常规游梁式抽油机结构简单、可靠耐用,百余成倍数的关系增加,不易实现小尺寸、长冲程 年来成为抽油机市场的主导机型,但其能耗高、制因而限制了通过增加冲程长度提高泵效的途径。油 造成本高等不足也日益突出。据统计,我国在用抽田的发展现实要求抽油设备与技术的发展方向是: 油机井近9万口,年新机装备量5000余台,年耗长冲程、低冲次、重载、节能,并进一步提高抽油 电总量105亿kW·h,电费开支40余亿元,降低机的可靠性 吨油生产成本已成为采油业的主题。因此,研制 种新型高效节能抽油机并改造老机,具有重大的现 方案设计 实意义 目前,抽油机主要通过改善平衡、增大冲程和 减速器输出轴(曲柄轴)净扭矩曲线是由载 提高泵效来实现节能。抽油机悬点载荷W呈周期荷折算到曲柄轴的扭矩曲线与平衡重折算到曲柄轴 性变化,峰值载荷Wn出现在上冲程抽油杆柱弹的扭矩曲线的矢量和,节电的核心就是要寻找出 性变形结束时。既使是同一台抽油机,在不同的工条趋于平直、均方根扭矩值小的曲柄轴净扭矩曲 况、井况,其峰值的大小及出现的位置也不同。常线。载荷扭矩曲线的形态由变化的悬点载荷和抽油 规抽油机釆用曲柄平衡或以曲柄平衡为主的复合平机连杆机构的传力特性(扭矩因数TF)决定,平 衡,减速器输出轴存在较大的正峰值扭矩和负扭衡扭矩曲线是由平衡方式本身固有的特性决定的。 矩;调平衡需挪动曲柄上数块距地面高、质量大的因此平衡创新可分为三类:第一类是形成一种变化 平衡锤位置,劳动强度和危险性较大,加之油田野的平衡力,使其折算到曲柄轴的扭矩和负载扭矩的 外气候恶劣,致使抽油机因调平衡困难而普遍平衡变化形态“镜像”相仿;第二类是从逆向思维, 不好,造成“大马拉小车”,能耗较高。常规抽油改变负载扭矩曲线的形态,使它向平衡扭矩曲线逼 机长期以来游梁摆角受传统认识的44573°“死近;第三类是前两类的综合(2)。近年来,从平衡 角”束缚,加之杆件长度受实际限制,随着冲程方式入手设计出了许多新型节能抽油机,但大多由 长度的增加,抽油机外形、质量、减速器额定扭矩于结构复杂,导致可靠性降低和不易操作维护而无 国家级重点新产品计划(项目编号:99c04D890000)和国家火炬计划(项目编号:00D231D8901045)项目。 髙长乐,高级工程师,生于1966年,2002年毕业于华中科技大学机械工程专业,获硕士学位,现从事抽油机节能技术研究工作。地 址:(830006)新疆乌鲁木齐市。电话:(0991)5884200转332(办)。 收稿日期:2002-02-24;修改稿收到日期:2002-04-08)石 油 机 械 CHINA PETROLEUM MACHINERY 2002年 第 3O卷 第 11期 ．．应 用 技 术 调 径 变 矩 节 能 抽 油 机 平 衡 方 案 研 究 高 长 乐 董 宏 宇 龚 晓 明 马 述 俭 (新 疆 第 三 机 床 厂 ) 摘 要 研 制 的调 径 变 矩 节 能 抽 油 机 显著 特 点是 取 消 了常 规 抽 油 机 的 曲柄 平 衡 ，将 抽 油 机 的游 梁 设 计 成 厂 形 弯 游 梁 体 和 ，形 吊臂 两 段 ，通 过 改 变 吊臂 上 配 重 质 量 和 其 重 心运 动 轨 迹 综 合 调 整 平 衡 ，可 针 对 悬 点 载 荷 峰 值 W… 出现 的 不 同位 置 ， 将 配 重 力 矩 对 应 地 调 到 最 大 ，有 效 地 削 减 峰 值 扭 矩 。 这 种 抽 油机 平 衡 率 达 90％ 以上 ， 比 常 规 抽 油 机 节 电 30％ ， 制 造 成 本 下 降 10％ ， 售 价 低 7％ ， 已在 全 国各 大 油 田推 广 应 用 。 关键 词 抽 油机 变 矩 节 能 平 衡 常 规 游 梁 式 抽 油 机 结 构 简单 、 可 靠 耐 用 ，百 余 年 来 成 为 抽 油 机 市 场 的主 导 机 型 ，但 其 能 耗 高 、 制 造 成 本 高 等 不 足 也 日益 突 出 。 据 统 计 ，我 国 在 用 抽 油 机 井 近 9万 口 ，年 新 机 装 备 量 5000余 台 ， 年 耗 电总量 105亿 kW ·h，电费开 支 40余 亿 元 ，降低 吨 油 生 产 成 本 已成 为 采 油 业 的主 题 。 因此 ，研 制 一 种新 型 高 效 节 能抽 油 机 并 改 造 老 机 ，具 有 重 大 的 现 实 意 义 。 目前 ，抽 油 机 主 要 通 过 改 善 平衡 、增 大 冲 程 和 提 高泵 效 来 实 现 节 能 。抽 油 机 悬 点 载 荷 呈 周 期 性 变 化 ，峰 值 载 荷 … 出 现 在 上 冲 程 抽 油 杆 柱 弹 性 变形 结 束 时 。 既使 是 同一 台抽 油 机 ，在 不 同 的工 况 、井 况 ，其 峰值 的 大 小 及 出 现 的 位 置 也 不 同 。 常 规 抽油 机 采 用 曲柄 平 衡 或 以 曲柄 平 衡 为 主 的复 合 平 衡 ，减 速 器 输 出 轴 存 在 较 大 的 正 峰 值 扭 矩 和 负 扭 矩 ；调 平 衡 需 挪 动 曲 柄 上 数 块 距 地 面 高 、质 量 大 的 平 衡 锤 位 置 ，劳 动 强 度 和 危 险 性 较 大 ，加 之 油 田野 外 气 候 恶 劣 ，致 使 抽 油 机 因调 平 衡 困 难 而 普 遍 平 衡 不 好 ，造 成 “大 马 拉 小 车 ”，能 耗 较 高 。 常 规 抽 油 机 长期 以来 游 梁摆 角 受 传 统 认 识 的 44 —57．3一 ‘死 角 ” 束 缚 ，加 之 杆 件 长 度 受 实 际 限 制 ，随 着 冲 程 长 度 的 增 加 ，抽 油 机 外 形 、质 量 、减 速 器 额 定 扭 矩 成倍 数 的关 系 增 加 … ，不 易 实 现 小 尺 寸 、 长 冲 程 ， 因 而 限 制 了通 过 增 加 冲程 长度 提 高 泵 效 的途 径 。油 田的 发 展 现 实 要 求 抽 油 设 备 与 技 术 的 发 展 方 向 是 ： 长 冲 程 、低 冲 次 、重 载 、 节 能 ，并 进 一 步 提 高 抽 油 机 的 可 靠 性 。 方 案 设 计 减 速 器 输 出 轴 (曲 柄 轴 ) 净 扭 矩 曲 线 是 由 载 荷 折 算 到 曲柄 轴 的 扭 矩 曲线 与 平 衡 重 折 算 到 曲 柄 轴 的扭 矩 曲 线 的矢 量 和 ，节 电 的 核 心 就 是 要 寻 找 出一 条 趋 于 平 直 、 均 方 根 扭 矩 值 小 的 曲 柄 轴 净 扭 矩 曲 线 。 载 荷 扭 矩 曲 线 的 形 态 由 变 化 的 悬 点 载荷 和 抽 油 机 连 杆 机 构 的 传 力 特 性 (扭 矩 因数 TF) 决 定 ，平 衡 扭 矩 曲 线 是 由 平 衡 方 式 本 身 固 有 的 特 性 决 定 的 。 因此 平 衡 创 新 可 分 为 三 类 ：第 一 类 是 形 成 一 种 变 化 的平衡 力 ，使其折 算到 曲柄轴 的扭 矩和 负载扭 矩 的 变 化 形 态 “镜 像 ” 相 仿 ； 第 二 类 是 从 逆 向 思 维 ， 改 变 负 载 扭 矩 曲 线 的 形 态 ，使 它 向平 衡 扭 矩 曲 线 逼 近 ；第 三 类 是 前 两 类 的 综 合 。 近 年 来 ， 从 平 衡 方 式 人 手 设 计 出 了许 多 新 型 节 能抽 油 机 ，但 大 多 由 于 结 构 复 杂 ，导 致 可 靠 性 降 低 和不 易 操 作 维 护 而 无 · 国家 级重 点新 产品 计划 (项 目编号 ：99GO4D8900001)和 国家火 炬 计划 (项 目编 号 ：00D231D8901045)项 目。 ·· 高长乐 ，高级工 程 师 ，生 于 1966年 ，2002年 毕业 于华 中科技 大学 机械 工程 专业 ．获 硕士 学位 ，现从 事 抽油 机节 能技术 研究 工作 。地 址 ：(830006)新 疆乌 鲁木 齐市 。电话 ：(0991)5884200转 332 (办 )。 (收稿 日期 ：2002—02—24；修 改稿 收到 日期 ：2002—04—08) 维普资讯 http://www.cqvip.com