[工学]液压式抽油机毕业论文.doc
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1、西安石油大学本科毕业设计(论文)液压式抽油机的设计摘要:本文根据液压抽油机的基本参数和机构性能特点,以常规游梁式抽油机为基础模型,对其进行技术性改进,而得到具有新型节能特点的液压式式抽油机。该机具有无极调节冲程长度、冲次,悬点震动载荷小,控制灵活、方便等优点,可以适应不同的油井状态,同时在最大限度内保持了常规游梁式抽油机结构简单、操作、维修方便的优势,适合在各种工况的原油开采,是一种综合性能比较好的液压抽油机。文章在液压式抽油机基本理论的基础上,做了以下计算:液压式抽油机驴头悬点载荷的计算、液压系统原理图的设计、液压缸的设计和电动机的功率计算等。最后介绍的是各零部件设计的尺寸计算与校核,液压式
2、抽油机通过液压系统驱动抽油杆上下往复运动;平衡系统主要用于控制和调节工作行程换向和抽油杆柱运动的平衡,是电机的负载均匀,达到节省能源的目的。,并且有利于改善构件的受力状况,减少抽油机事故的发生,从而提高抽油机的综合效益。对平衡的配置进行分析和优化设计,满足所要求的工况需要。关键词:液压抽油机; 液压系统; 液压缸The design of hydraulic pumping unit Abstract: According to the basic parameters of hydraulic pumping units and agencies of the performance cha
3、racteristics of a conventional beam pumping unit for the base model, its technical improvements, and get a new energy-saving features of the hydraulic pumping unit. The machine has limitless adjustment stroke length, stroke, shock suspension point load of small, flexible control and easy, well you c
4、an adapt to different states, while the maximum extent possible to maintain the conventional beam pumping unit of simple structure, operation, the advantages of easy maintenance, suitable for a variety of working conditions in crude oil production, is a relatively good overall performance hydraulic
5、pumping unit. Article in the hydraulic pumping unit based on the basic theory, do the following calculation: the first ass hydraulic pumping rod load calculations, schematic design of the hydraulic system, hydraulic cylinder design and motor power calculation. Finally, the design is the size of the
6、parts calculation and check, hydraulic pumping unit driven by the hydraulic system of the upper and lower reciprocating rod; balance system is mainly used to control and adjust the work schedule for movement to and sucker rod balance the electrical load evenly, to save energy purposes. And component
7、s will help to improve the situation by force, to reduce the occurrence of pumping units, thereby improving the overall efficiency of pumping units. The configuration of the balanced analysis and optimal design, to meet the needs of the required conditions. Key words: hydraulic pumping unit; hydraul
8、ic system; hydraulic cylinder 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目 录1 绪论11.1 前言11.2 国外液压抽油机的发展概况21.3 国内液压抽油机的发展概况21.4 抽油机的现状发展方向及其节能技术31.4.1 现有抽油机主要存在的问题31.4.2 今后抽油机的发展方向41.4.3 抽油机节能技术及发展情况51.5 液压抽油机设计方案及基本原理62 液压抽油机总体尺寸的确定72.1 公式推导72.1.1 几何关系公式72.1.2 行程计算公式82.1.3 力矩计算公式82.1.4 单位功计算公式82.1.5 油缸最大摆角公式82.2 方案计算82.2.1 分别计
9、算和S。92.2.2 分别计算和92.2.3 计算 及 。92.2.4 计算单位功92.2.5计算油缸行程92.2.6 计算油缸最大摆角103 运动分析103.1 原理阐述103.2 液压缸中活塞运动的规律113.3 驴头悬点的运动特性分析133.4 驴头悬点运动分析结果143.4.1 驴头悬点运动速度分析144 液压系统的设计和液压元件的选择174.1 液压系统的设计174.2 液压元件的设计和选择184.2.1 液压缸的设计184.2.2 确定液压泵的实际流量以及泵的选型194.2.3 蓄能器的选择与计算194.2.4 所需功率的计算与电机的选型194.2.5 其他液压元件的选择204.3
10、 密封装置的设计214.3.1 密封装置的简介和分类214.3.2 密封装置的选择224.3.3 密封圈在使用中的注意事项225液压抽油机载荷分布及平衡分析245.1 悬点载荷245.1.4悬点静载荷255.1.2 悬点动载荷的简化计算265.1.3 悬点最大载荷和最小载荷计算275.2 平衡计算285.2.1 平衡的定义及判断285.5.2 平衡度的计算286 主要部件结构的设计校核计算306.1 主要部件强度计算、校核306.1.1 游梁的强度计算校核306.1.2 游梁轴承的校核326.2 其余部件的设计和选择336.2.1 驴头的设计336.2.2 横梁的设计346.2.3支架的设计3
11、46.2.4 钢丝绳和悬绳器347 与常规型抽油机比较优缺点347.1 常规型游梁抽油机简介347.2 与常规型抽油机比较358结论36参考文献37致谢38II1 绪论1.1 前言 一百多年前,以石油制成品为动力的机器诞生以后,对石油的飞速发展,为石油工业的崛起提供了发展的契机。伴随石油开采业的发展,人们不同的油田、不同的油井,产量有大有小,有些也不能自流到地面。为此产生了解决油井生产举升的设备-抽油机。 液压抽油机是有杆采油装置中的地面动力传动装置,其作用是通过液压驱动系统驱动曲柄连杆或其他连杆结构等,其动力是由动力机变为液压泵和抽油泵的往复运动,实现抽油泵的吸油和排油过程,并悬挂抽油杆,承
12、受荷重。 随着采油设备技术研究的深入,设计和制造水平的提高,抽油机在最初的雏形上得到了长足的发展,其技术发明有数百种。近年来,有余制造工艺及元件质量的不断提高,特别是采油工艺的需要,又引起人们的重视。尽管抽油机的种类很多,结构形式各异,但是,由于不同油田对抽油机的要求不同,近几年来,随着我国各油田越来越多地需要长冲程、低冲次的抽油机来提高产量,以研究开发出多种节能型液压抽油机。 液压抽油机主要由液压驱动系统、平衡系统组成。液压驱动系统主要用于驱动抽油杆,带动抽油油泵作上、下往复运动;平衡系统主要用于控制和调节工作行程换向和抽油杆柱运动的平衡,是电机的负载均匀,达到节省能源的目的。平衡方式有启动
13、平衡、机械平衡、两井互相平衡和用油管柱平衡等4种。液压式抽油机的主要优点是:具有无极调节冲程长度、冲次,悬点震动载荷小,控制灵活、方便等优点,可以适应不同的油井状态。液压式抽油机的主要缺点是:存在装机功率大、能耗高、自适应能力差等缺点。近些年来,我国石油装备总水平已有很大提高,特别是采油工程中,机械采油井已超过90%以上,其中有感冲、有杆抽油油井又占机械采油的90%以上。目前,抽油机、抽油杆、抽油泵自给率100%。对保持原油总产量稳定,起了决定性作用。为了追求开采效益最大化,以最少的投入换来最大的回报,开发节能高效的抽油设备,成为了油田经营者和抽油机设备生产厂家致力追求的目标。因此,对抽油机的
14、结构尺寸进行合理的设计是十分必要的。1.2 国外液压抽油机的发展概况 国外抽油机的研制起步较早,到50-60年代,随着液压技术的迅速发展,液压抽油机的结构和液压系统得到了较好的优化改进,在此基础上出现了各种形式的性能优良的液压抽油机。1961年美国Axelson公司研制成功了Hydrox长冲程CB型液压抽油机,其冲程长度为1.2-7.95m,适用井深为670-2032m,并在美国几大油田获得了成功的应用性试验;965年前苏联国立石油机械制造科学院研制成功了ArH型油管平衡是液压抽油机,并在哈迪局石油管理局的两口井深为700-1100m的敬重进行了工业性实验,经一年半的试用后,证明该机重量轻、易
15、安装、性能可靠,此后该机便投入了小批量生产和使用;1977年加拿大Canadian Formost Ltd,研制成功了一种技术先进的HEP型液压抽油机,该机最大的特点是上下冲程的速度可以分开调节,该机的冲程长度为1.625-4.267m,在加拿大埃尔伯塔省冷湖地区成功的进行了小批量实验,目前该机型已形成产品系列;法国Mape公司研制成功了Mape型长冲程液压抽油机,其最大冲程长度为10m,最高冲次为5次每分,悬点最大载荷为34.23-195.64KN,目前Mape型液压抽油机已有6中规格的产品。美国WGCO公司研制成功的整体低矮型长冲程液压抽油机更具特点,滚筒由俩组马达交替驱动实现柔性驱动滞后
16、滚筒的正反向旋转,整机装配的功率为147KW,最大冲程次数为3米每分,该机的液压系统和其它部分的易损件可以满足40000h的使用寿命要求。此外,加拿大Curtis Hoover Inc。也相继研制成功了低机架型和高机架型两种型的液压抽油机,该液压抽油机的最大悬点载荷为222,26KN,最大冲程长度为5.08m,最大冲程次数可达12次每分。总之,为了适应油田生产的需要,并在此基础上提高设备的工作可靠性和采油效益,国外已研制成功了各种形式的液压抽油机,这些抽油机已相继在石油开采中得到了推广应用,发挥了良好作用,取得了良好的经济效益,目前国外液压抽油机已形成系列产品并以推向市场。1.3 国内液压抽油
17、机的发展概况 随着油田开发的推移,我国大多数油田都已进入开发的中后期,逐渐丧失自喷能力.基本上已从自喷转入机采。80年代初.我国拥有机采油井2 万口,占油井总数的57.3% .机采原油产量占总产量的27% 。到80 年代束,我国拥有机采油井3万口,占油井总数的85% ,机采原油产量占总产量的80% .在这些机采油井中,来用抽油机有杆式抽油占90% ,采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油只占10%。1.4 抽油机的现状发展方向及其节能技术 1.4.1 现有抽油机主要存在的问题游梁式抽油机 有杆抽油泵全系统的总效率在国内一般地区平均只有1223,先进地区至今也不到3O。美国的常规型
18、抽油机系统效率较高,但也仅有46。系统效率低下,能耗大,耗电就多,因此,节能成为有杆抽油系统的一个亟需解决的问题。此外,随着老油田油井的注水开发,油田已经开始进入高含水采油期。不断提高产液量,以液保油,这是注水开采油田保证原油稳产的必要趋势。这种开采特点要求抽油机的冲程越长越好,使得在役的常规型游梁式抽油机机型偏小,在一定程度上已经不能满足长冲程、低冲次生产的要求。1)系统效率低的原因究其原因,有杆抽油系统是由电机、地面传动设备及井下抽油设备组成,系统效率是各部分效率的连乘积,任何一环的效率变低,都会使总效率变低,因此要提高抽油机系统的总效率实现节能是一个复杂的系统工程问题。2)抽油机能耗大的
19、主要原因由于在同一工况,井况和同一时刻下,井下的能耗因地面游梁机型不同而会发生差异。如示功图会有所改变,表明泵的充满度 光杆功率的变化。致使抽油机能耗大的主要原因有:抽油机的负荷特性与异步电动机的硬的转矩特性不相匹配,甚至出现“发电机” 工况,出现二次能量转化。一般电动机的负载率过低,约为3O,致使电动机以较低的效率运行。 电动机在一个冲程中的某个时段被下落的抽油杆反向拖动,运行于再生发电状态,抽油杆下落所释放的机械能有部分转变成了电能回馈电网,但所回馈的电能不能全部被电网吸收,引起附加能量损失,同时负扭矩的存在使减速器的齿轮经常受反向载荷,产生背向冲击,降低了抽油机的使用寿命。常规抽油机的扭
20、矩因数大,载荷波动系数CLF 亦大,故均方根扭矩大,能耗增加。常规抽油机运行的悬点加速度、速度的最大值过大,影响悬点载荷,动载增大。采用对称循环工作制使泵充满度下降,影响产量,泵效降低,能耗亦增大。1.4.2 今后抽油机的发展方向抽油机的发展趋势主要朝着以下几个方向。21朝着大型化方向发展随着世界油气资源的不断开发,开采油层深度逐年增加,石油含水量也不增加,采用大泵提液采油工艺和开采稠油等,都要求采用大型抽油机。所以,近年来国外出现了许多大载荷抽油机,例如前置式气平衡抽油机最大载荷213kN、气囊平衡抽油机最大载荷227kN等,将来会有更大载荷抽油机出现。采用长冲程抽油方式,抽油效率高、抽油机
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