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1、目录1 绪 论11.1 国内外抽油机现状11.2 长冲程抽油机的分类21.3 长冲程抽油机的优点31.3.1 长冲程抽油机的优点31.3.2 主要用途41.4 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向61.5 齿轮齿条抽油机61.6 超级电容82 平衡能量计算及平衡装置的设计102.1 平衡能量的计算102.1.1 原始数据102.1.2井深计算102.1.3 电动机上下冲程时功率计算112.2 平衡重计算及平衡装置的设计122.3 电动机的选择122.3.1 起升功率的计算122.3.2 传动装置的总功率132.3.3 确定电动机转速132.4 传动参数的计算152.4.1 计算总传动比152.4
2、.2 分配减速器的各级传动比153 传动装置的设计173.1 齿轮传动设计173.2 齿轮的设计及校核173.2.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数173.2.2 按齿面接触强度设计173.2.3按齿根弯曲强度设计193.2.4几何尺寸计算203.3 轴的设计203.4 轴的校核223.4.1 求低速级大齿轮上的力223.4.2 求轴上的载荷223.4.3 总弯距的计算254齿轮齿条的设计274.1选定齿轮齿条类型，精度等级，材料及齿数。274.2按齿面接触强度设计274.2.1确定公式内的各计算数值274.2.2计算274.3按齿根弯曲强度设计284.3.1确定公式内的各计算数值294.3
3、.2设计计算295超级电容315.1超级电容的论述315.2超级电容的特点316.刹车337.经济性评估348.设计小结359.参考文献36致谢38新型传动抽油机设计与分析摘 要：为了更好的实现抽油机长冲程采油的目的，在满足油田采油工艺要求的前提下，设计了齿轮齿条传动抽油机。该抽油机的动力系统采用KCT系列变频调速电动机,省去了正反转电动机软起动控制器，可以实现传动装置的的频繁正反转，从而提高了了传动的稳定性；并且本抽油机采用超级电容的原理，对其进行了平衡设计，平衡效果较常规抽油机有明显的改善，更加简单的设计和实际中的应用。抽油杆采用抗拉强度高，密度小的碳纤维连续抽油杆，减轻了重量，增加了抽油
4、量，但碳纤维抽油杆不能受到压力作用。与一般抽油机相比，齿轮齿条抽油机具有易安装，直接驱动，采油效率高，适于开采稠油及深井采油（如陕北地区油田），发展该型抽油机对当前老油田高含水井后期的开采减缓产量递减速度，开采稠油、低渗透等油田的“难动用储量”，以及沙漠油田深井及超深井的机械开采等，在人力资源，环保等多方面都是有一定的现实意义的。本抽油机的使用将会使我国许多油田在增加原油产量的同时降低耗能，有着十分重要的意义。关键词：抽油机， 长冲程 ， 齿轮齿条Design and analysis of rack and pinon Pumping UnitAbstract: To better achi
5、ve rack and pinon pumping unit with the purpose of meeting the requirements of oil field technology, the unit uses KCT family transduce varying speed motor, which can be achieved in the frequency of positive and negative without soft-starter motor positive controlto ,then have the stability improvem
6、ent.And the unit using the principle of detailed balance of Super capacitor ,the balance effect compares the conventional unit to have the distinct improvement. Its sucker rod uses carbon fiber continual sucker rod ,which tensile strength is high,the density is small. The apply of the sucker rod inc
7、reased production,as well as reduce weight,but the carbon fiber continual sucker rod can not be pressured. Rack and pinon Pumping Units compare the common pumping unit have the longer stroke,Easy to install ,Direct drive are suitable for the mining heavy crude oil and the deep well extraction benefi
8、t, the rack and pinon Long-Stroke Pumping Unit are also suitable for old oil well with high water content to slow down the produce decrease rate,extract heavy crude oil(such as shanbei oilfield), low permeable sublayer oil wells hardly moved reserves,also for machine extract draw well and ultradeep
9、well in desert.In human resources, environmental protection and so on，are all have certain practical significance .the family pumping unit will be able to cause many oil fields of our country to reduce the energy consumption and increase crude oil output . So , it is very important.Key words： pumpin
10、g unit; longer-stroke;rack and pinon351 绪 论1.1 国内外抽油机现状近年来，各国正在研究具有较好的抽油性能、提高石油产量、降低采油成本、提高经济效益的长冲程抽油机，但是在这些产品研发成功后在使用的过程中受到了很多限制，还是不能很好的满足市场的需求。目前，各国使用得最多的仍是游梁式抽油机，这类抽油机只适合于短冲程，在抽油的过程中电机的负荷分布不均匀，导致现在有很多问题在采油的过程中无法解决。我国现有原油生产井达7万多口，由于各主干油田大都进入生产后期，地层油的压力降低，绝大多数油井主要靠机械采油方式生产。在机械采油中又以有杆抽油装置采油为主，据统计我国达
11、90%以上。目前我国各大油田使用的绝大多数都是游梁式的有杆抽油装置，游梁式抽油机是最古老、应用最广泛的一种型式，工作可靠、坚实，使用和维修方便，并且在常规型基础上发展了多种型式，但是游梁式抽油机在实际的生产使用中存在着很多的问题：其一，体积重量大，冲程越长该问题越突出，以至于很难进一步提高其冲程。其二，随着油井深度的逐渐增加，特别是稠油、高含蜡油井的数量不断增多，由于冲程短不能保证原油产量；目前我国以四连杆机构为基础的冲程游梁式抽油机的超长冲程可达六米多，其体积、重量及制造成本已经相当大了，再加上冲程长度，已经是非常困难了；而这一冲程，对于深井、稠油井、高含蜡油井，已经显得远远不够了，很难适应
12、油田生产的需要。其三，在上、下运动的冲程中电机负荷不均匀，即向上运动时电机的负荷很高，向下运动时电机的负荷则相对较低，甚至是负值载荷，因而造成能量的浪费。为此人们采取了多种平衡方式，如游梁平衡、曲柄平衡、复合平衡、气压平衡等，在不同程度对抽油机的载荷分布有所改善，但由于其并没从本质上改变游梁式抽油机的四连杆机构，因此不可能从根本上解决抽油机功率分配不均的问题。其四，采用一根根用螺纹连接起来的刚性的抽油杆将地面动力传到井下，因此，在井下抽油设备下放安装、取出维修时的操作难度非常大，作业时间长，成本高，且容易发生脱扣事故。其五，游梁式抽油机的冲程、冲数只能有级调节，不能及时适应油井工艺参数的变化，
13、大大限制了其使用范围。目前，胜利油田河口采油厂工艺技术人员通过研制开发抽油机井逆变器变屏群控调速技术，提高促进油井群控技术的发展和降低了成本，实现了油井精细化控制与管理，提高了工作效率；但是从电的使用上来说，虽然在原来的基础上电能节约了30%，可仍还是电量消费了很大的资本；体积庞大，占据了空间，不便于搬迁。天津中成机械制造公司自主研发成功国内最大型抽油机C1280D427240一次试车成功，C1280D427240根据国内外深井、大负载、高产井的开采需求研制的特大型抽油机，整机长14.8米、宽3.5米、高11.9米，悬点最大载荷19吨，最大冲程长度6.07米，减速器额定扭矩达147千牛米，总重
14、近50吨，但是体积庞大、冲程的长度远远不能满足市场的需求、耗电量比较的大、成本价格比较的高。美国研制了Kincaid冲程倍增抽油机，也称为低矮型抽油机，当游粱前端从下死点运动到上死点时，行程为068513.1，此外驴头在杠杆作用下还可绕自己的支点旋转90度，驴头转动行程也为0.685 m，抽油机的实际冲程为1.37 m，冲程增加1倍，但是冲程很短，还是不适合深井和稠油井。全俄石油机械设计研究院研制了一种特殊结构的增大冲程游梁抽油机，把游梁支座改成为一个弧面钢带，在支架上有一个上固定点，在游梁上有一个下转动点，可使游梁在摆动过程中，支点还可以向上或向下运动一个附加行程，抽油机实际冲程长度为游梁摆
15、动行程与支点上下运动行程之和，当驴头上下移动行程为3米时，支点上下运动行程为1米，抽油机实际冲程长度也只有4米,该抽油机采用电动机、胶带、减速器、曲柄、连杆机构驱动游粱，但是抽油机的机械运动和零件损耗很大。1.2 长冲程抽油机的分类纵观国外各种长冲程抽油机.大致可分为增人冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机砚种类型。1.增大冲程游梁抽油机利用各种机构或元件的运动特性和工作原理增大游梁抽油机的冲程长度，称为增大冲程游梁抽油机。这里应当指出；利用抽油杆的超冲程也能增大抽油泵冲程长度；利用增大冲程机构直接与抽油泵组合，也能增大抽油泵冲程长度，抽油机的冲程长度.不改变。这两种增大冲程的方法均不属于增大冲程抽油机。国外增大冲程抽油机有美国Kincaid冲程倍增抽油机；英国增大冲程游梁抽油机;原苏联增大冲程游梁抽油机；美国Lufkin公司游头抽油机等。2.增大冲程无游梁抽油机利用各种机构或元件的运动特性和工作原理增人无游梁抽油机的冲程长度，称为增大冲程无游梁抽油机。例如:美国Lowjack低矮型增大冲程无游梁抽油机等。3.长冲程无游梁抽油机长冲程
