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1、一种WCYJ16型皮带抽油机的设计计算廖启新徐东升王健摘要：木文设计了一种长冲程、低冲次、大负荷、纯机械传动的皮带抽油机，对其进行 受力分析，设计计算，确定该机的各项技术参数。该机经国内油田推广应用，突 现出优良的使用性能，具有节能、高效、安全、可靠的显著特点，可以适合普通 油井的稀油开采，也可以适合稠油井的稠油开采，可以采取小泵深抽，也可以 替代电泵进行大泵提液，对我国油田晚期原油开采具有重要意义。关键词：油m;皮带抽油机;设计计算;Abstract：Design a long stroke and low speed, heavy load， pure mechanical transmi
2、ssion belt of the pumping unit, its force analysis, design and calculation, the technical parameters of the machine. This machine by the domestic oil field application， highlights the excellent performance, energy saving， high efficiency, significant characteristics of safe， reliable, can be suitabl
3、e for ordinary Wells thin oil mining, can also be suitable for heavy oil Wells of heavy oil exploitation, can take small pump deep pumping, also can undertake large pump solution instead of pumps, late oilfield oil production is of great significance to our country.Keyword：oil field; Belt pumping un
4、it; design calculation;皮带抽油机是一种长冲程、低冲次、大负荷、纯机械传动的地面采油设备，其良 好的采油工艺性能和可靠的机械性能使得该抽油机在我国大部分油W可广泛应 用，它既可以采取小泵深抽，也可以替代电泵进行大泵提液，既可以适合普通 油井的稀油开采，也可以适合稠油井的稠油开采。其完善的配套工艺完全能够满 足各种工况的油井，受到广大油田用户的好评。1设计形式:皮带抽油机型号:WCYJ16。冲程:7.3m。冲次:4min额定悬点负荷：160k N。牵引系统:宽皮带+链条。驱动方式:地驱+顶部滚筒曳引。换向方式:纯机械换向。控制方式:手动，遥控。2. 结构组成WCYJ16型皮
5、带抽油机结构组成如图1所示。3. 设计计算3.1滚筒直径的确定滚筒直径的大小对抽油机的额定扭矩有直接的影响，直接关系到抽油机的耗能， 根据扭矩计算公式M=FR式中:M为扭矩（N-m） , F为力（N），R为力臂（m）。由公式（1）可知，当力（悬点负荷）为一定时，力臂（滚筒半径）越大所需扭 矩越大，力臂越小所需扭矩越小。但是结合木机实际，滚筒直径也不是可以任意 小，一方面要考虑到井U平吋管理操作方便，以免与机架发生干涉，至少要留 400mm的距离。另一方面要考虑到皮带的使用寿命，当滚筒直径越小，皮带弯曲 的曲率越大，皮带的寿命越短，当滚筒直径越大，皮带弯曲的曲率越小，皮带 的寿命越长。特别还要考
6、虑到该机所选用的皮带为重载宽皮带，皮带内由若干根 直径20mm的钢丝绳作为承载件，故根据钢丝绳与滑轮的轮径比经验公式Dd k式中:D为滚筒直径（mm），d为钢丝绳的直径（mm），k为系数:45 （用于室闪 电梯为40,用于野外抽油机推荐为45）。将己知数据代入公式（2），得2）=20*45=900mm。31图1下载原图卜滚筒;2-皮带;3-机架;4-悬绳器;5-被动链轮;6-链条;7.扶正轮;8.平衡箱（配 重）；9.换向器；10.主动链轮；11.减速机；12.电动机；13.控制柜。3.2悬点线速度根据线速度公式V:2SN/6Q式中V为线速度（m/S） , S为冲程（m），N为冲次。将己知数据
7、代入公式（3），得K=2 本 7.3 本 4/60=lm/so3.3皮带长度的计算根据经验公式为丌 /2+4式中L1为皮带长度（m） , S为冲程（m），D为滚简直径（m），4为经验值（m）将己知数据代入公式（4），得Ll=7. 3+0. 9*3. 14/2+4=12. 713m,圆整后为 12. 8m。3.4链轮分度圆直径的确定链轮有主动链轮和被动链轮之分，由于传动比为1,故主动链轮的直径与被动 链轮直径一致，为了方便设计和制造，推荐链轮分度圆直径与滚简直径一致， 即：D链轮=D滚筒=900mm 3.5链条长度的计算12=2(5-0)+/?丌式中L2为链条长度（m），S为冲程（m），D为链轮
8、直径（m）将已知数据代入公式（5）得2=2(73-0.9)+0.9*3.14=15.626m3.6链轮转速的计算nl 二 2V2(S/)+/)丌/Z)JT式中nl为链轮转速（rpm） , N为冲次（min） , S为冲程（ni），D为链轮直径（m）将己知数据代入公式（6）得nl=42 （7. 3-0.9） +0. 9*3. 14） /0. 9*3. 14=22. 12rpm,圆整为 23rpm。3.7平衡箱（配重）重量的计算皮带抽油机滚筒的受力分析如图2所示。配重经验公式为Hz=（77max+7?min）/2式中W为配重（kN），Fmax为最大悬点负荷（k N） , Fmin为最小悬点负荷（k
9、 N）,根据WCYJ16型抽油机动态示功图最大悬点负荷和最小悬点负荷算术平均值 统计，一般WCYJ16型抽油机最大悬点负荷为130k N,最小悬点负荷为90k N。将己知数据代入公式（7），得=(160+60)/2=110kN这llOkn （11吨）配重是平衡箱及活动配重块的总重。事实上各口井的井况并不 是完全一致，这只是理论计算的重量，现场安装时，一般先加装80%的配重， 然后启动抽油机，通过观看上下行程时的电流值再作调整。若光杆下行程电流值 小于上行程电流值，则需要继续添加配重块。反之则需减少配重块。若上下行程 电流基本持平，则表明平衡良好。3.8抽油机扭矩的计算3. 8. 1工作原理皮带
10、抽油机在运行过程中是电机通过减速机，减速机通过安装在输出轴上的主 动链轮，主动链轮通过链条，链条通过曲柄销，曲柄销通过换向器（亦称往返 架），换向器对平衡箱起捧上（从下止点捧到上止点）压下（从上止点压到下 止点）作用，再通过皮带经过抽油机顶部滚筒改变方向后连接光杆，从而带动 抽油杆、抽油泵柱塞上下往复运动而抽油。90kNHOkN图2下载原图 3.8.2平衡良好时链轮扭矩的计算通过图2的受力分析可知，当链条通过曲柄销带动换向器向上捧平衡箱时所作 用力F上=110-90=20k N，当链条通过曲柄销带动换向器向下压平衡箱时所作用 的力F下=130-110=20k N,两者都是20k N,由此可见，
11、平衡良好吋，电机在上 下行程中均为平均做功，这对电机运行是十分有利的，均匀做功无冲击载荷， 这也是皮带式抽汕机节能的原因所在。根据扭矩公式（1）M=FR式中:M为扭矩（kN.m），F为作用力（N），R为链轮分度圆半径（m）将F=20kN,链轮分度圆半径0.45m代入公式（1）得A/l=20*0.45=9kN m3.8.3特殊工况下链轮扭矩的计算上述链轮扭矩是在平衡良好的情况的计算值，实际上还要考虑井下工况如积蜡、 沙卡、卡泵等特殊工况，尤其要考虑在安装过程中，当井口侧光杆负荷尚未与皮 带连接的情况下，如何依靠抽油机自身动力将空平衡箱（重4. 17t）举升到上 止点，让皮带与悬绳器能够顺利连接的
12、问题，因此，必须按照平衡箱重量 41.7k N计算链轮的扭矩。M2=41. 7*0. 45=18. 8k N m,圆整为 19k N. m3.9减速箱输出扭矩的计算减速箱输出扭矩即是链轮扭矩除以效率后的数据，即M3 =M2/g经査设计手册，滚子链条效率g为95%，则Af3=19/0.95=20kN.m3.1 0减速机输出轴的转速因链轮中心孔与减速机输出轴同轴，故减速机输出轴的转速与链轮转速相同。即 n2=nl=23rpm 3.1 1选择电动机的容量电动机的容量（功率）选择是否合适，对电动机工作和经济性都有影响，容量 小于工作要求，则不能保证抽汕机正常工作，或使电动机发热烧毁;容量过大， 则电机
13、功率不能充分发挥，甚至大马拉小车，造成能源浪费，因此，电动机的 额定功率应稍大于（或等于）电动机所需功率。（1）减速机输出轴输出功率 根据公式厂1 二納112/9550式中pi为减速机输出轴功率（k W），M3为输出轴扭矩（k Nm），n2为输出轴 转速（rpm）。将已知数据代入公式（8）得P1 =20*23/9550=48.2k W（2）电机容量的计算皮带抽油机动力配置路径是电机通过三角带带动减速机，减速机采用双级圆柱 齿轮传动带动主动链轮，由此查机械设计手册，三角带传动效率为96%，减速 机效率为96%，因此电机功率为：p2=pl/g2式中p2为电机功率（k W），pi为减速机输出功率（k
14、 W），g为效率。将已知数据代入公式（9）得p2=48.2/0.962=52.3kW依照标准，向上选取，最近-挡为55k W。结语上述对皮带抽油机的设计计算，完全遵循机械设计原理和电工学原理。该机之所 以节能是因为釆用了平衡原理，电机功率的选择比同型号传统游梁式抽油机降 低了 20k W。之所以安全可靠是因为采用地面驱动，双级圆柱齿轮传动减速机， 纯机械换向，重载链条，夹心钢丝绳橡胶皮带。之所以皮实是因为采用比同型号 无游梁式抽油机(如w型曳引抽油机)电机功率提高20k W,功率留有较大余量, 不至于一旦遇到积蜡，沙卡等情况就停机。参考文献1 周晓明，等.简析皮带抽油机在河口油区的应用J.内蒙古石油化工，2008, 34 (5) : 27-29.2 GB7588,电梯制造与安装安全规范S.3 廖启新.W型曳引抽油机设计计算J.石油矿场机械，2013，42 (9) :48-50.4 廖大林.W型曳引抽油机设计分析J.石油矿场机械,2009, 38 (9) :42-45.5 廖大林.W型曳引抽油机节电机理研究与应用J.石油机械,2010，386 : 60-62.
