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1、抽油机的基本结构与参数抽油机的工作原理有杆抽油方法是应用最为广泛的一种人工举升采油方法，位居首要位置。图2.1为有杆抽油系统简图，有杆抽油设备通常由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机，它由动力机、减速箱和四连杆机构组成，二是井下抽油泵，它挂在油管的下端，三是抽油杆柱，它把地面设备的运动和动力传给井下抽油泵。有杆抽油设备的工作原理是动力机通过皮带传动带动减速箱，由四连杆机构把减速箱输出的旋转运动变为驴头的往复运动，用驴头带动光杆和抽油杆做上下往复直线运动。通过抽油杆再将这个运动传给井下抽油泵中的柱塞。抽油泵泵筒的下部装有固定阀(吸入阀)，在柱塞的上部装有游动阀(排出阀)。当抽油杆向上运动、柱塞
2、做上冲程时，固定阀打开，泵从井中吸入原油。同时由于游动阀关闭，柱塞将它上面的油管中原油上举到井口。这就是抽油泵的吸入过程。当抽油杆向下运动，柱塞做下冲程时，固定阀关闭而游动阀打开，柱塞下面的油通过游动阀排到它的上面，这就是抽油泵的排出过程。实际上，游梁式抽油机抽油泵装置，相当于一个特殊结构的单缸单作用柱塞泵，只不过将它的水力部分放到井下成为抽油泵，将它的驱动部分放在地面变为游梁式抽油机，两者用又细又长的活塞杆抽油杆连接起来。有杆抽油系统的地面设备抽油机因其结构简单、制造容易、操作及维修方便、使用可靠，而被广泛使用。图2.1 抽油机简图图2.2 有杆抽油系统简图1吸入凡尔; 2泵筒; 3柱塞;
3、4排出凡尔; 5抽油杆; 6油管;7套管;8三通;9盘根盒;10驴头; 11游梁; 12连杆; 13曲柄; 14减速箱; 15动力机(电动机)抽油机的分类抽油机的种类较多，概括起来可以分为以下几类：按有无游梁可分为游梁式抽油机和无游梁式抽油机；按结构形式可分为常规型游梁抽油机、异相型游梁抽油机、前置型游梁抽油机；按平衡方式可分为曲柄平衡、游梁平衡、复合平衡；按驴头结构形式可分为上翻式、侧转式；按驱动方式可分为电机驱动和内燃机驱动等。尽管抽油机的种类较多，结构形式也各不相同，而且近年来在推广节能型抽油机方面又涌现出多种机型，如被中国汽油天然气集团公司在全国推荐使用的调径变矩游梁平衡抽油机、下偏杠
4、铃游梁复合平衡抽油机、摆杆式游梁平衡抽油机、特型双驴头抽油机、偏轮式游梁抽油机、直线往复式抽油机等，但目前应用较多的仍属游梁式抽油机，本文将着重论述游梁式抽油机。2.3游梁式抽油机的结构游梁式抽油机一般由驴头、游梁、横梁、连杆和曲柄销、曲柄和平衡重、支架、减速器、底座、制动器、动力机及悬绳器总成等几大部分组成。双驴头抽油机是在常规抽油机的基础上演化出来的。它不仅保持了常规抽油机的结构简单、工作可靠、操作及维修方便等优点，还具有运转平稳、附加动载荷小、冲程长、能耗低等优点。双驴头抽油机结构简图见图2.2，它在常规机的游梁后臂上增加了一个具有变径弧形的后驴头，游梁与横梁之间采用柔性连接件进行连接，
5、使之成为具有“变参数四连杆机构”，通过柔性件和驴头圆弧始终相切，从而允许游梁作大摆角摆动，以获得长冲程。抽油机工作时，曲柄通过“特殊连杆”(柔性连接件)拉动游梁而往复摆动。随着曲柄的转动，连杆长度和游梁后臂有效长度均随曲柄转动而变化。由于这种变参数四连杆机构的作用，改变了抽油机扭矩因数的变化规律， 使其悬点载荷作用到曲柄轴的扭矩变化接近正弦规律，达到了与按正弦规律变化的平衡扭矩较好地平衡，使净扭矩接近于恒定状态，降低了减速器输出扭矩的峰值， 避免了负扭矩，从而减小了减速器的额定扭矩及所配的电动机额定功率，进而减小电网的最大负荷及波动量。但在使用中发现游梁或后驴头损坏严重，影响正常生产。游梁式抽
6、油机根据原动机安装位置的不同有两种形式：一种是将其放置在抽油机底座尾部，一种是放置在游梁支架下面从而使底座减短。减速器的安装形式也有所不同，一种是直接放在底座，减少了减速器底座，使抽油机整机重量降低，但为了保证曲柄旋转，须在抽油机底座下加较高的基础，另一种是在减速器下加一个底座，抬高减速器，使曲柄可以旋转，底座坐在较低基础上，不需要高基础，安装、维护较方便。图2.3 抽油机结构简图1刹车装置;2电动机;3减速箱皮带轮;4减速箱;5输入轴;6中间轴;7输出轴;8曲柄;9连杆轴;10支架;11曲柄平衡块;12连杆;13横梁轴;14横梁;15游梁平衡块;16游梁;17支架;18驴头;19悬绳器;20
7、底座2.3.1驴头设计驴头用来将游梁前端的往复圆弧运动变为抽油杆的垂直直线往复运动。是以中央轴承为旋转中心的圆弧体，驴头具有一半径弧面，弧面半径等于前臂长。一般驴头用型钢或钢板焊成，我国常用的驴头结构型式有上翻式、侧转式及重力式，国外抽油机驴头常采用上翻式和悬挂式。 图2.4驴头简图2.3.2游梁设计游梁是抽油机主要承载部件之一，它用一个短轴和两个轴承支在抽油机支架上，前端连着驴头，后端通过尾部轴承座与横梁相连，抽油机工作时，游梁以支架轴承为中心，绕中心作上下摇摆运动，担负着抽油机的全部载荷，要有足够的刚度和强度。游梁的结构通常只有两种，一种是箱形结构，用于重型抽油机，它可以用不同规格的板材经
8、切割下料后组焊而成；另一种是H型结构，用于中型及轻型抽油机，通常使用型材制造，因此有些结构尺寸受材料规格限制。2.3.3横梁及连杆设计横梁是连接游梁和连杆的中间部件，动力需经过横梁才能带动游梁作摇摆运动，是把两个连杆的驱动力合为一处而带动游梁转动的桥梁性构件，通常由型钢及钢板焊接成型。图2.5 横梁结构简图连杆是把曲柄的连续圆周运动变为简谐运动的主要构件之一。通常采用上接头、无缝钢管及下接头焊接而成，焊缝应进行探伤检验。图2.6连杆结构简图2.3.4曲柄和平衡重抽油机中的曲柄通常分别装在减速器的输出轴上，并通过曲柄销连接连杆。一般在曲柄上有多个曲柄销孔，用以改变抽油机冲程的长度。图2.7曲柄及
9、平衡重简图由于抽油机上下冲程的载荷不均匀，对减速器输出扭矩影响较大，需加装平衡重来平衡这种不均匀。平衡可分为机械平衡及其动平衡，机械平衡包括曲柄平衡、游梁平衡和复合平衡三种形式。从平衡效果来看，游梁平衡最好，复合平衡次之，曲柄平衡最差；但从安全性来看，则正好相反。据现场使用统计情况来看，轻型抽油机使用游梁平衡，中型抽油机使用曲柄平衡，重型抽油机则较多使用复合平横。 2.3.5支架设计支架是用来支撑游梁的桁架结构，承受悬点载荷和连杆拉力，也要求具有足够的强度和刚度。其结构常有两种，一种是四腿支架，主要由型钢焊接而成，特点是制造方便，刚度大、体积大，运输不方便，国内抽油机多采用这种形式；另一种是三
10、腿支架，一般由工字钢或槽钢组焊成型，它的特点是开度大、运输方便，但制造、安装困难，国外抽油机采用这种形式的较多。图2.8 三腿支架简图2.3.6减速器设计减速器是抽油机中的重要部件，它把动力机高速转动变为低速转动的装置。在抽油机中，传递动力并降低转速，通常采用两级齿轮传动，齿轮采用双圆弧或渐开线人字齿轮或斜齿轮。2.3.7悬绳器总成悬绳器总成由钢丝绳及绳头锁紧装置组成。钢丝绳应选用韧性好不旋转铜丝绳，绳头用锌浇实或钢套直接挤压成型，使用时将钢丝绳挂在驴头套绳轮上，两绳头连接在悬绳器上。2.3.8动力机抽油机上使用的动力机包括电动机及天然气发动机。2.3.9底座底座是抽油机的基础，承担了全部自重
11、及载荷。支架、减速器、电动机等部件直接固定在底座上，整个抽油机通过底座固定在水泥基础上。底座的稳定性和连接固定的可靠性是抽油机正常运行的前提。抽油机底座常用型钢及钢板焊接而成，结构常采用T形或形，要有足够强度及刚度。另外，电动机座也常有两种布置方式，一种是直接在底座的主梁上焊接电动机导轨，特点是抽油机运转平稳，但消耗材料较多：另一种是用不同的型钢单独制作电机底座，然后将它焊接或铆接在主座上，这样可以节省材料，比较适合于电动机需要架高的地方。图2.9 底座结构简图2.4游梁式抽油机的基本参数抽油设备的功用就是从一定的井深处抽出一定数量的原油，所以井深和产量就标志着抽油设备的工作范围。为了达到这两
12、个指标，对游梁式抽油机的工作能力提出了四个基本参数。2.4.1驴头悬点(挂抽油杆处)的最大允许载荷。这一载荷包括静载荷和动载荷，它主要取决于抽油杆柱和液柱的重量。实际上，它表明了在一定抽油杆柱和抽油泵泵径组合时的最大下泵深度。目前，悬点的最大允许载荷从58 kN到150280 kN。2.4.2悬点最大冲程长度。它主要决定抽油机的产量以及抽油机的基本尺寸和重量。悬点最大冲程长度从0.3 m到10 m，而应用最广的在6 m以下。2.4.3悬点的最大冲程次数n 它表明抽油机的抽汲工况，泵径一定时，悬点的最大冲程次数和悬点最大冲程长度共同确定了抽油机的最大产量。目前实际应用的悬点的最大冲程次数从24/
13、min。到20/min。因为在每一个冲程内抽油杆应力变化一次，因此提高冲程次数将会加快抽油杆发生疲劳破坏，这样便限制了冲程次数的进一步提高。（4）减速箱曲柄轴最大允许扭矩这个参数和上述三个基本参数存在一定关系，特别是和悬点最大冲程长度成正比，即越大，也越大。同时曲柄轴最大允许扭矩值也决定了减速箱的尺寸和重量，它们是成正比的。2.5游梁式抽油机的标准游梁式抽油机的参数在我国、俄罗斯等国均属国家标准，在美国为汽油学会标准即API规范。它们都是在一定的理论指导下，以各国油田的实际使用资料为依据，经过科学分析与综合后制定出来的，是设计和制造游梁式抽油机的重要依据。上世纪七十年代以前，我国游梁抽油机基本
14、使用原苏联的标准。1975年制订了JBl576-75(游粱抽油机形式和参数), 这是我国游梁式抽油机的第一个标准。以后又经过多次修订，直至目前正在使用中的SY/T50442004使得游梁式抽油机形成规范化、标准化、通用化的系列产品。标准中规定了游梁式抽油机的型式、型号、基本参数、技术要求、试验方法及检验规则、标志、包装和贮存。2.5.1代号CYJ：常规型抽油机； CYJY：异相型抽油机； CYJS：双驴头抽油机； CYJQ：前置型抽油机；2.5.2平衡方式Y：游梁平衡，在游梁上加装平衡块的平衡方式； B：曲柄平衡，在曲柄上加装平衡块的平衡方式，又称旋转平衡方式； F：复合平衡，同时采用游梁和曲
15、柄平衡的平衡方式： Q：气动平衡，用汽缸平衡的平衡方式；2.5.3型号表示法额定悬点载荷为120kN，光杆最大冲程为4.8m，减速器额定扭矩为53kNm，采用点啮合双圆弧齿形，平衡方式为曲柄平衡的双驴头抽油机， 其型号为CYJS12-4.8-53HB。2.5.4基本参数部分游梁式抽油机的基本参数见表2-1 表2-1 抽油机的基本参数表序号规格型号额定悬点载kN最大冲程m最高冲次r/min减速器扭矩kNm13-1.5-13301.5121323-2.1-13302.1121335-2.1-13502.1121346-3-26603.0122658-3-37803.0837610-3-531003.0853710-4.2-531004.2853812-4.8-731204.8873914-5-891405.0889
