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1、新型抽油机简介,主讲 李树臻,第一节 抽油机研究现状,国内外对抽油机的研究从未间断。新的传动原理、设计方案和新的机型不断出现。 国外，以美国为代表的石油设备生产国，抽油机生产制造研究逐步向几个大公司靠拢.。研究主流主要向技术统一化、生产模块化、产品系列化和标准化方向发展。新型抽油机出现较少。 我国，抽油机生产厂家众多，生产能力严重过剩。促使抽油机生产企业为提高技术含量、开发新产品而增加投入。使抽油机的研究力量不断增强，抽油机的研究成果不断涌现。,主要研究方向是：,1 提高冲程，降低冲次； 2 节能抽油机； 3 自动化和智能化控制。,第二节游梁式抽油机节能原理与技术改造,一、梁式抽油机的工作特征
2、 二、抽油机的节能途径分析 三、梁式抽油机的节能改造,一、游梁式抽油机的工作特征,图1常规型游梁式抽油机,1、结构特点,由四连杆机构实现运动的转换，将电机的旋转运动转换为光杆的上下往复直线运动。如图3所示。,图3 游梁式抽油机结构简图,2、运动特征,悬点的运动为周期性的变速运动。在一个抽油循环中，加速度接近余玄规律变化。如图4所示,图4 悬点加速度曲线,3、负荷特征,游梁式抽油机悬点负荷的变化规律可用悬点的示功图表示，如图5、6所示。,图5 静力示功图,图6 动力示功图,4、游梁式抽油机曲柄扭矩的变化规律,（1）作用在曲柄上的负荷扭矩Mp 抽油机曲柄的负荷扭矩变化规律基本上为一条上冲程振幅大、
3、下冲程振幅小的正弦波。但其上冲程的扭矩峰值较标准正弦波超前，而下冲程的负峰值则滞后。这主要是由于抽油机的悬点负荷特点造成的。,（2）曲柄的平衡扭矩M平,曲柄的平衡扭矩曲线几乎为一条标准的正弦曲线。,（3）曲柄净扭矩M,MMpM平,图7 扭矩曲线 1净扭矩 2、负荷扭矩 3、平衡扭矩,曲柄净扭矩M的特点： a、在整个工作循环中，始终是变化的。且脉动值很大。 b、在整个工作循环中出现两次负扭矩。 两个最大扭矩峰值分别出现在上、下冲程静变形结束后的一瞬间,实例,例：某井抽油机机型为CYJ-10-3-48B，P悬max=4 375 kg，P悬min=l 483 kg， P悬均=2 744kg，冲次n=
4、8，冲程S=3m。最大正扭矩26980.44Nm， 最大负扭矩4697.62Nm， 平均扭矩7951.44Nm，平均功率8.59kW，最大加速度1.55ms2。,计算结果表明,a、抽油机扭矩的脉动幅值很大，本例为平均值的339倍。脉动大的结果是载荷峰值大而平均载荷低，现场测试抽油机适配电动机的负荷率在20左右。但为了满足最大负荷的要求，不得不配用大功率电机，即所谓“大马”拉“小车”。在这样的负荷率下，效率再高的电动机的实际效率也只有80左右。,图8 电机负载率与电机效率的关系曲线,b、扭矩脉动大同时使电流脉动大，电流均方根值大，额外增加了电流流经导体的有功损失。也使电机效率降低。 c、脉动大的
5、另一后果是使抽油机机体尺寸加大，振动加大，寿命降低。 d、值得注意的是抽油机存在负扭矩，一个周期中一般出现两次，如图7所示。负扭矩的出现使电动机进入发电状态运行，向电网充电。研究结果表明，这种向电网反充电的工况不但使电能利用率降低，而且由于充电相位不可能与电网相位完全同步，而使充电电能不可能完全转变成为有用电能。,二、抽油机的节能途径分析,1、节能目标 节能的目标是提高效率，降低能耗。提高抽油机井系统效率的首要问题之一是提高地面部分的的效率s，也就是提高整个抽油机系统的效率。,2、节能途径,（1）提高从悬点到电机各部件的传动效率。这方面主要由抽油机的设计、制造、安装、调试、维护、保养等各个技术
6、环节最优化操作完成，这里不作赘述。 （2）提高电机的实际工作效率1。这是最引起人们重视的关键节能技术环节。 由前面的论述可以得出结论：提高电机的实际工作效率1的方法有： a、 改造电机的结构，使之具有适应脉动负荷的输出特性；设计适应抽油机工作特点的新型节能电机。 b、 改善电机的扭矩负荷，使之尽可能的平稳，使电机处于额定功率附近的高效区内工作，提高电机工作效率。,3、使抽油机曲柄净扭矩的变化平稳的技术途径分析,图7 扭矩曲线 1净扭矩 2、负荷扭矩 3、平衡扭矩,（1）使曲柄负荷扭矩Mp曲线尽可能的接近曲柄平衡扭矩M平曲线的变化规律，使净扭矩M=Mp-M平在每个瞬时趋向均匀。,（2）使平衡扭矩
7、M平变化规律接近于负荷扭矩MP的变化规律,（3）利用高转差率电机配合较大的旋转惯性件削减负荷的脉动幅值。,第三节 节能改造的游梁式抽油机,（一）异相曲柄平衡式抽油机,图14,采用非对称循环机构，使游梁在上下死点时，连杆两个位置之间存在约120的相位夹角。曲柄上冲程的转角增加120，为1920；曲柄下冲程的转角减少120，为1680。这种机构具有“急回特性”： 一是上冲程的曲柄转角大于下冲程的曲柄转角，上冲程时间长，速度慢，加速度就小，从而使上冲程中载荷扭矩曲线的上峰值减小；同时也相应地缩短了下冲程的运行时间，增大下冲程后半段的加速度变化幅度，从而使扭矩曲线的上峰值增大； 二是改变了载荷扭矩曲线
8、的形状，使其波形尽量向正弦波靠近。,（二）偏轮游梁抽油机,图15 偏轮游梁抽油机结构示意图 l悬绳器总成；2吊绳总成；3驴头总成；4游梁总成；5支座总成；6操纵杆总成；7横梁总成；8偏轮总成；9连杆总成；l0曲柄销总成；l1减速箱总成；12刹车总成；13电动机总成；14底座总成；15曲柄总成；16支架总成,偏轮游梁式抽油机(以下简称偏轮机)是为了满足油田和用户的需要，由华北石油管理局第二机械厂研制出的一种新型节能专利产品，该机是在异相游梁式抽油机(以下简称异相机)的基础上发展的一种六连杆机构。偏轮机杆件均为刚性连接，保留了常规机的特点，节能1530。，,与常规机相比，偏轮机结构有3点不同,在游
9、梁尾部装有一个偏轮； 在偏轮与游梁中心支架之间增设推杆； 在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间用轴承连接。,偏轮机利用了变矩节能原理,当曲柄旋转时，依次带动连杆、横梁、偏轮和游梁运动。偏轮相对游梁摆动，摆动规律由推杆确定。正是由于偏轮摆动的作用，使游梁后臂的有效长度和游梁摆动的角速度均随着曲柄转角的变化而变化，游梁后臂的变化规律与悬点载荷的变化规律基本一致，接近正弦规律且与曲柄平衡扭矩相对应，从而使曲柄轴净扭矩波动较小。,（三） 游梁偏置复合平衡,图18 游梁偏置复合平衡简图,不改变常规机的结构，在游梁尾部增加固定偏置平衡装置，其重心相对游梁下偏一个角度，叫做游梁平衡重偏置角，在运行中，游梁偏置平
10、衡重心的运行轨迹是一段圆弧，当平衡重偏置角合适时，悬点载荷最大时，平衡重心处于游梁回转中心的水平线上时，其重力矩最大；当悬点在上死点时，重心靠近游梁回转中心的垂直线，其平衡重力矩最小。利用这一变矩原理与曲柄平衡复合作用，可有效削减悬点载荷峰值扭矩，改善曲柄平衡游梁抽油机的曲柄轴净扭矩曲线的形状和大小，使其波动平缓，且能消除负扭矩，从而减小抽油机的周期载荷系数，提高电动机的工作效率。,图19曲游梁抽油机,随着大小的变化，游梁偏置复合平衡扭矩M平随曲柄转角变化的趋势不同。为了与各种不同杆件长度组合的四连杆游梁机的结构相适应，只需改变的大小，可以根据不同规格型号的游梁机通过复合平衡优化计算来确定。把
11、游梁机改造成游梁偏置复合平衡游梁抽油机实现节能，具有结构简单，制造容易，仅增加一个无运动件的刚性平衡装置，本身无需维护保养，调平衡方便，完全继承了游梁机的全部优点。与曲柄平衡游梁机相比，节电率在15以上。,优点：曲柄、连杆等构件受力减小，可靠性相对提高，程冲相对加大。上冲程终了时,游梁平衡块处于比较低的位置，并且单块重量轻,便于平衡调整。曲柄平衡块的重量减轻,便于现场调整。保留了常规机的优点,是一种比较理想的节能型抽油机。,（五）游梁机加装摆杆,是吉林大安石油机械厂在1998年研制成功的新型游梁式抽油机.目前,在东北各油田已有200多台的用量,受到油田的欢迎和制造厂的重视.,1结构特点,在常规
12、机的曲柄与连杆之间增加一对槽形摆杆称为摆杆式游梁抽油机(以下简称摆杆机)，是一种新型节能抽油机，其特点是将曲柄摇杆机构，与常规机的四连杆机构巧妙地结合在一起。在曲柄外侧增加2个摆杆，摆杆中部有空心槽，内嵌有上、下轨道。曲柄销内侧同常规机一样与曲柄联接，外侧改为安装1个滚轮。当曲柄旋转时，滚轮在轨道上往复运动。促使摆杆上下摆动，带动连杆运动，实现驴头上下冲程。摆杆上部开有3组销轴孔，改变连杆下部夹板与销轴孔的联接位置，实现3种冲程。抽油机前支架上增加l根方形支架轴，两端有可伸缩的轴承盒，它是摆杆摆动的铰接点，如图22所示,图22 摆杆式抽油机结构示意图 l一驴头；2一游梁；3一连杆；4一摆杆平衡
13、重；5一曲柄平衡重；6一滚轮；7-曲柄；8一摆杆,2性能特点,从机构上看是滑块机构与四连杆机构的组合。整机采用复合平衡方式，由摆杆平衡重和曲柄平衡重组成。它既改变了抽油机的运动和动力特性，又改变了平衡方式，其特点如下： (1)具有较大的极位角。采用了槽形摆杆的急回机构，有较大的极位角，12型摆杆机极位角达到28.30，具有“慢提快放”的节能效果。 (2)合理的传动角。摆杆机的下传动角(连杆与摆杆的夹角)，不像常规游梁机变化那样大，12型摆杆机为60093.440，减少了摆杆的受力，降低了减速器的输出轴扭矩。,(3)变化力臂具有变矩节能效果。随着曲柄的转动，滚轮在摆杆中间的轨道上滚动，使得曲柄对
14、摆杆的作用力的力臂随时变化，在上冲程悬点载荷较大时，力臂较长；在下冲程悬点载荷较小时，力臂较短。 (4)较多的能量积蓄。在下冲程时，摆杆上的连杆铰点比滚轮到支承轴中心的力臂长，提起的平衡重积蓄能量多，在上冲程时这部分能量释放出来，电动机消耗的功相对就少。,(5)独特的平衡机理,摆杆机的复合平衡与众不同。第一层平衡是常规机等都有的曲柄平衡，主要是摆杆和滚轮的设计，使曲柄的平衡力矩对连杆而言，在每一个上下冲程循环过程中，虽然平衡锤质量不变，但在摆杆上的平衡半径是变数，其半径大小之差最大值等于2倍曲柄半径。这样上冲程做正功的平衡力矩就大于下冲程做负功的平衡力矩，这是节能原因之一。第二层平衡是在摆杆尾
15、部设计有配重，它所产生的平衡效果相当于游梁平衡，但又优于后者。因为摆杆的摆角远小于游梁摆角，近似l2，摆动惯性影响减少，这是节能原因之二。,摆杆机同常规机相比，在类似工况下节电30以上，其匹配的减速器扭矩和电机功率均可减少12，新开发的油田可大大减少电网投资费用。 摆杆机适合大负荷、长冲程，但不适合高冲次。一方面是由结构决定，滚轮在轨道上往复运动，容易磨损；另一方面冲次太高，摆杆上下摆动过大的惯性在曲柄的旋转时，产生齿轮受力齿面被交替冲击。通过厂内试车，确定摆杆机在最大负荷、最大冲程条件下，最高冲次为 7min-1。 摆杆机平衡的重点在摆杆尾配重上，因为它产生的平衡力矩，直接通过连杆传至游梁。
16、不经过滚轮，可减少磨损，延长寿命。当平衡接近最佳时，减速器扭矩很小。选配电机的功率大小取决于抽油机所需的扭矩和冲次，摆杆机与相应机型的扭矩计算对比值如表2所示,(六)双驴头抽油机(又称异形机),由华北石油管理局第一石油机械厂1993年首先开发成功，目前已形成6-10型、冲程2.56m全系列机型。有3000余台在华北、大港、胜利、大庆等14个油区工作，国内有华北一机厂、胜利总机厂等六个厂家生产。是1993年以来应用最多的新型抽油机。,图23 双驴头抽油机,双驴头抽油机主要特点是,将常规游梁式抽油机连杆与游梁之间的铰链连接改成后驴头与钢丝绳的柔性连接组成变参数的四杆机构，这样可以克服刚性铰接四杆机构，游梁摆角较大时，传动角小、运动性能、动力性能变坏的缺点。实现较大摆角（大于700），减小抽油机尺寸和重量。同时，由于游梁后臂的长度是变化的。通过这种变化，使传动性能与悬点载荷的变化相适应，减小抽油机减速器上的扭矩，提高了抽油机的承载能力，降低了能耗。其结构如图24所示
