石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机课件

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1、 第二节第二节 链条抽油机链条抽油机 为为了了减减轻轻游游梁梁式式抽抽油油机机重重量量、减减小小动动载载、加加大大冲冲程，设计了程，设计了无游梁抽油机无游梁抽油机，有：有： 链条式：链条式：用轨迹链条带动抽油杆往复运动，抽油。用轨迹链条带动抽油杆往复运动，抽油。 液压式：液压式：用油缸驱动抽油杆往复运动，抽油。用油缸驱动抽油杆往复运动，抽油。 顶顶部部电电机机驱驱动动式式（新新）：用用电电机机正正反反转转，带带动动抽抽油杆往复运动，抽油。油杆往复运动，抽油。 直直线线电电机机驱驱动动抽抽油油机机（最最新新）：往往复复运运动动的的电电机机带动抽油杆往复运动，抽油。带动抽油杆往复运动，抽油。 （第

2、第5 5次课）次课）石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机导轮导轮配重箱配重箱活塞活塞外配重外配重箱箱导向轮导向轮抽油杆抽油杆图图A A 链式液压抽油机系统原理链式液压抽油机系统原理天车轮天车轮活塞杆活塞杆.链式液压抽油机系统工作原理链式液压抽油机系统工作原理石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 .链式液压抽油机系统链式液压抽油机系统工作原理工作原理 活塞杆上端连接导轮，活塞杆上端连接导轮，绕过导轮的链条一端固定绕过导轮的链条一端固定在机架的上端，另一端过在机架的上端，另一端过天车轮与抽油杆连接。天车轮与抽油杆连接。 当活塞向上，抽油泵下当活塞向上，抽油泵下冲程，内、外配重抬高储冲程

3、，内、外配重抬高储能。能。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 当活塞向下，抽油泵上当活塞向下，抽油泵上冲程，配重帮助升举，抽冲程，配重帮助升举，抽油杆链条增程机构实现长油杆链条增程机构实现长冲程。冲程。 双重力平衡箱，一个通双重力平衡箱，一个通过导轮与活塞杆端部的导过导轮与活塞杆端部的导轮链条连接；另一个外重轮链条连接；另一个外重力平衡箱通过力平衡箱通过2 2个导轮用个导轮用链条连接，安装在机架外链条连接，安装在机架外侧。侧。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机滚珠丝杠滚珠丝杠平衡箱平衡箱滚珠螺母滚珠螺母负荷皮带负荷皮带悬绳器悬绳器机架机架底座底座皮带铰接头皮带铰接头电动机电动机

4、皮带传动皮带传动滚筒滚筒顶部护罩顶部护罩图图B B 螺旋传动电机换向抽油机结构简图螺旋传动电机换向抽油机结构简图.螺旋传动电机换向螺旋传动电机换向抽油机抽油机石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 .螺旋传动电机换向螺旋传动电机换向抽油机传动原理抽油机传动原理 螺旋传动电机换向抽油机螺旋传动电机换向抽油机的的传动分为两部分传动分为两部分： 一部分是，立式电机通过一部分是，立式电机通过皮带传动，直接驱动螺旋丝皮带传动，直接驱动螺旋丝杠转动。杠转动。滚珠螺母与平衡箱滚珠螺母与平衡箱固定在一起，螺旋丝杠转动固定在一起，螺旋丝杠转动时滚珠螺母会带动平衡箱沿时滚珠螺母会带动平衡箱沿螺旋丝杠做直线运动

5、。将电螺旋丝杠做直线运动。将电机的旋转运动转化为平衡箱机的旋转运动转化为平衡箱的直线运动。的直线运动。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 另一部分是，采另一部分是，采用皮带滚筒形式，负用皮带滚筒形式，负荷皮带的一端与平衡荷皮带的一端与平衡箱铰接在一起，另一箱铰接在一起，另一端绕过设在抽油机顶端绕过设在抽油机顶部的滚筒通过悬绳器部的滚筒通过悬绳器挂接抽油光杆，使平挂接抽油光杆，使平衡箱的直线运动传递衡箱的直线运动传递给抽油光杆。给抽油光杆。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机33光杆卡子及光杆；光杆卡子及光杆；44机架；机架；55柔性联接柔性联接系统；系统；66上部传感器；上部传感

6、器；77天轮系统；天轮系统；88电机电机次级次级上部固定与调节装上部固定与调节装置；置；99电机次级电机次级；1010上部减震器及刹车系统；上部减震器及刹车系统；1111电机电机初级初级及配重；及配重；1212下部减震器下部减震器图图C C 直线电机抽油机结直线电机抽油机结构示意构示意.直线电机抽油机直线电机抽油机 电机的初级是抽电机的初级是抽油机的动力也是抽油机的动力也是抽油机配重箱的组成油机配重箱的组成部分。部分。 电机的初级通过电机的初级通过钢绳绕过天车轮与钢绳绕过天车轮与光杆相连，磁力作光杆相连，磁力作用下，往复运动。用下，往复运动。初级初级= =定子；次级定子；次级= =转子转子石油

7、工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 由江汉石油机械厂与中国石油大学（华东）机电工由江汉石油机械厂与中国石油大学（华东）机电工程学院研制的程学院研制的“直线电机抽油机直线电机抽油机。 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 直线电机的原理并不复杂。设想把一台旋转运动直线电机的原理并不复杂。设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机。就成了一台直线感应电动机。 在直线电机中，相当于旋转电机定子的，在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级叫初级；相当于旋转电机转子的，相当于旋转电机转子的，叫次级叫次级。

8、 初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级中通以交流，次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。这时初级要做得很长，延伸到运初级做直线运动。这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长。动所需要达到的位置，而次级则不需要那么长。 实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初级移动。也可以次级固定、初级移动。 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机相当于旋转电相当于旋转电机的定子机的定子相当于旋转电相当于旋转电机的转子

9、机的转子可以是可以是初级短初级短次级长；次级长；也可是也可是初级长初级长次级短次级短。1.1.直线电动机的结构直线电动机的结构 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机2.2.直线电动机原理直线电动机原理 直线电动机是由旋转电动机演变而来的。直线电动机是由旋转电动机演变而来的。 当初级当初级的多相绕组的多相绕组通通入多相入多相电电流后，也会流后，也会产产生生一个一个气隙磁场气隙磁场，这个磁场的磁感应强度按通，这个磁场的磁感应强度按通电的相序顺序作直线移动，该磁场称为行波磁电的相序顺序作直线移动，该磁场称为行波磁场。场。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 在行波磁场切割下，在行波磁场切

10、割下，次级次级导条将导条将产生感应产生感应电势和电势和电流电流，所有导条的，所有导条的电流和气隙磁场相电流和气隙磁场相互作用，产生切向电磁力互作用，产生切向电磁力F F。 结果初级是固定不动的，那么，次级就顺结果初级是固定不动的，那么，次级就顺着行波磁场运动的方向作直线运动。着行波磁场运动的方向作直线运动。2.2.直线电动机原理直线电动机原理石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。 磁悬浮列车是将列车用磁力悬浮起来，使列车与导磁悬浮列车是将列车用磁力悬浮起来，使列车与导轨脱离接触，以减小摩擦，提高车速。轨脱离接触，以减小摩

11、擦，提高车速。列车由直线电列车由直线电机牵引机牵引。 直线电机的直线电机的一个级一个级固定于地面，跟导轨一起延伸到固定于地面，跟导轨一起延伸到远处；远处；另一个级另一个级安装在列车上。安装在列车上。 初级初级通以交流，列车就沿导轨前进。列车上装有磁通以交流，列车就沿导轨前进。列车上装有磁体，磁体随列车运动时，使设在体，磁体随列车运动时，使设在地面上地面上的线圈（或金的线圈（或金属板）中产生感应电流，属板）中产生感应电流，感应电流的磁场和列车上的感应电流的磁场和列车上的磁体（或线圈）之间的电磁力把列车悬浮起来磁体（或线圈）之间的电磁力把列车悬浮起来。悬浮悬浮列车运行平稳，无颠簸，噪声小，所需牵引

12、力很小。列车运行平稳，无颠簸，噪声小，所需牵引力很小。 悬浮列车减速时，磁场的变化减小，感应电流也减悬浮列车减速时，磁场的变化减小，感应电流也减小，磁场减弱，造成悬浮力下降小，磁场减弱，造成悬浮力下降。悬浮列车也配备了悬浮列车也配备了车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收车轮装置，它的车轮像飞机一样，在行进时能及时收入列车，停靠时可以放下来，支持列车。入列车，停靠时可以放下来，支持列车。 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机1.1.传动部分：传动部分：（电机、带、轮、减速（电机、带、轮、减速箱）箱）2.2.换向部分：换向部分：（主、被动链轮、往返（主、被动链轮、往返架、轨迹链条）

13、架、轨迹链条）3.3.平衡部分：平衡部分：（平衡缸、平衡链轮、（平衡缸、平衡链轮、链条、压缩机）链条、压缩机）4.4.悬吊部分：悬吊部分：（天车、（天车、钢绳或宽带、悬绳器）钢绳或宽带、悬绳器） 5.5.机架机架 一、链条抽油机结构组成一、链条抽油机结构组成 （五大部分）（五大部分）传动部分传动部分换向部分换向部分平衡部分平衡部分悬吊部分悬吊部分石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 二、主要特点二、主要特点 1. 1. 采用轨迹链条换向机构采用轨迹链条换向机构 有：有：特殊链节、滑块特殊链节、滑块特殊链节特殊链节：装有主销轴和滑块装有主销轴和滑块 滑块：滑块：既带往返架上下运动，既带往返

14、架上下运动，又可在往返架中水平运动。又可在往返架中水平运动。 2. 2.长冲程、惯性载荷小长冲程、惯性载荷小（匀速、加速度小）（匀速、加速度小）特殊链节特殊链节滑块滑块石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 三、工作过程三、工作过程 电电机机皮皮带带减减速速器器，驱驱动动链链轮轮旋旋转转轨轨迹迹链链，通通过过特特殊殊链链节节、主主销销轴轴、滑滑块块，带带动动往往返返架架作作匀匀速直线运动。速直线运动。 特殊链节自链轮特殊链节自链轮左边下行左边下行往往返架下行返架下行达极限位置达极限位置特殊链特殊链节作复合运动节作复合运动，绕过链轮，绕过链轮达链达链轮右边轮右边（完成滑块在往返架中的（完成滑

15、块在往返架中的水平运动）水平运动）上行上行达上极限达上极限特殊链节又绕过链轮达左边。特殊链节又绕过链轮达左边。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 往返架的横梁，连接着绕过天往返架的横梁，连接着绕过天车的钢绳（或车的钢绳（或宽带宽带），通过悬），通过悬绳器（卡子）与光杆带动抽油绳器（卡子）与光杆带动抽油泵抽油泵抽油。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机四、链抽悬点运动分析四、链抽悬点运动分析悬悬点点运运动动规规律律与与往往返返架架运运动动规律规律完全完全相同相同。研研究究悬悬点点运运动动规规律律归归结结于于往往返架上、下运动规律。返架上、下运动规律。轨轨迹迹垂垂线线AOOAOOD

16、D，由由三三段段垂垂线线组成。组成。链轮以等链轮以等 旋转，往返架从旋转，往返架从上死点上死点A A下死点下死点D D。架下冲程架下冲程悬点上冲程悬点上冲程。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 1.AO1.AO段：段： 长长 速度速度（正弦）（正弦） 加速度加速度（余弦）（余弦） 简谐运动简谐运动 2. OO 2. OO 段段 长两链轮中心距长两链轮中心距， 匀速直线运动匀速直线运动。 3. O 3. OD D段段 长长 简谐运动简谐运动（架上冲（架上冲程，悬点程，悬点下冲程）下冲程）石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机五、链抽悬点载荷分

17、析五、链抽悬点载荷分析最大载荷最大载荷 发生在上冲程静变形结束后的瞬间；发生在上冲程静变形结束后的瞬间；最小载荷最小载荷 发生在下冲程静变形结束后的瞬间。发生在下冲程静变形结束后的瞬间。 （1） （2）【上：上：杆伸长、管缩短，油重对杆加重、对管卸载；杆伸长、管缩短，油重对杆加重、对管卸载； 下：下：杆缩短、管伸长杆缩短、管伸长, ,油重对杆减重、对管加载油重对杆减重、对管加载】 1.1. 静载：静载：游梁抽油机中已分析游梁抽油机中已分析 ； 杆在油中重杆在油中重石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 2.动载：动载：两部分两部分 二者二者方向相反方向相反； （柱塞开始）（柱塞开始）运动速

18、度运动速度。 动载两种情况：动载两种情况： 和和 ； 杆管静变形杆管静变形；【悬点走过悬点走过 的行程，柱塞与泵筒才开始有相对运动，的行程，柱塞与泵筒才开始有相对运动，静载才全部加到悬点上，动载才开始发生。静载才全部加到悬点上，动载才开始发生。】图图1 1 链条抽油机链条抽油机静变形发生在不同静变形发生在不同处的意义处的意义 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机图图1 1 链条抽油机静变形发生在不同处的意义链条抽油机静变形发生在不同处的意义 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机（1） 产产生生在在AOAO段段（悬悬点点上上冲冲程程开开始始的的简谐段。简谐段。架下行架下行） 产产生生

19、在在DODO段段（悬悬点点下下冲冲程程开开始的始的简谐段。简谐段。架上行架上行） 发生在简谐段，发生在简谐段，架的运动架的运动有有： 【悬点的运动规律与往返架的运动规律【悬点的运动规律与往返架的运动规律相同，（相同，（3 3）式为架）式为架AOAO段运动方程。】段运动方程。】 （3 3） 悬点悬点架架架的运动受架的运动受滑块控制滑块控制石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机假如假如，当当 ，某角某角 时，时，位移位移【前提前提 ，静变形结束静变形结束时时未超出简谐段未超出简谐段。在在 时，架（悬点）位移等于杆和管静变形之和时，架（悬点）位移等于杆和管静变形之和】此时有此时有： 由（由（4

20、4）式）式 ， ，（静变形静变形终了时的速度、加速度终了时的速度、加速度）用用 表示表示 （4 4） （5） 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机（5 5）的由来）的由来：【 】下冲程静变形结束时，悬点下冲程静变形结束时，悬点 ， ， 公式（公式（4 4），），（5 5）适用）适用。 上冲程：上冲程：瞬时动载瞬时动载（静变形结束后瞬间悬点载荷）（静变形结束后瞬间悬点载荷） ：威尔诺夫斯，精确解威尔诺夫斯，精确解。 静变形终了时的速度静变形终了时的速度 （6） （4 4）式第一式）式第一式石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机下冲程：下冲程：瞬时动载瞬时动载（静变形结束后瞬间悬点载荷）

21、（静变形结束后瞬间悬点载荷） 式中式中， 杆、管变形分配系数杆、管变形分配系数， 加速度传播速度（加速度传播速度（5100m/s5100m/s） 流量过流断面扩大影响系数，流量过流断面扩大影响系数， , 速度、加速度速度、加速度（静变形终了瞬间）（静变形终了瞬间） （6 6） 与与 有别有别石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 杆在空气中重杆在空气中重（ ， 杆箍重影响）杆箍重影响）将将 、 、 、 、 、 及（及（5 5）代入代入(6)(6)得到（得到（7 7）式：）式： 三个系数三个系数： ，有表达式有表达式：【 ； 】 （7 7） 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机 可（根

22、据可（根据 ）计算或查表）计算或查表。得到得到 ，即可求即可求 （ ）。）。 （2）悬点动载全部为悬点动载全部为 组成组成（a=0）。（浅井自然浅井自然 ）动载公式简化为：【（动载公式简化为：【（7 7）中）中 , 】 （8 8） （7）石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机（3）设计原则：设计原则：为满足扩大使用范围，为满足扩大使用范围，下泵越深下泵越深， 也增加也增加。为使链抽结构紧凑为使链抽结构紧凑（ 小小），采用采用 。必须了解必须了解 下，动载大小及计算原则。下，动载大小及计算原则。 均发生在匀速段均发生在匀速段。等速段等速段：OO，OO往返架即悬点的速度等于轨迹链轮切向速度往返架即悬点的速度等于轨迹链轮切向速度。 加速度加速度： 石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机将将 ， 代入（代入（6 6），得动载计算式如（），得动载计算式如（8 8）式）式： （9） 结论结论：当当 ，只有只有 ，无惯性载荷无惯性载荷； 动载计算同动载计算同 ； 正比于正比于 ； 静静变变形形 一一定定，只只要要满满足足 为为定定值值，选选 大大和和 小或小或 小和小和 大，均使动载为定值大，均使动载为定值。石油工程与装备有杆抽油设备第二节链条抽油机