尉来集团-油田装备维修保养与再制造专家

　　目 录 目录 1 第1章 概述 1 1.1 抽油机类型、特点、应用等陈述 1 1.2 抽油机存在的问题 2 1.3 抽油机的发展方向 3 第2章 常规游梁式抽油机传动方案设计 4 2.1简述系统的组成工作原理 4 2.2 绘制系统的机构（运动）简图 5 第3章 曲柄摇杆机构设计 6 3.1设计参数的确定： 6 3.2 按K设计曲柄摇杆机构 6 3.3 曲柄摇杆机构优化设计分析 7 第4章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算 10 4.1传动比分配和电动机选择 10 4.2 各轴转速计算 11 4.3 各轴功率计算 11 4.4 各轴扭矩 12 第5章 齿轮减速器设计计算 13 5.1高速级齿轮传动设计计算 13 5.2低速级齿轮传动设计 15 第6章 带传动设计计算 17 6.1 带链传动的方案比较 17 6.2 带传动设计计算 17 6.3结论及运动简图 19 第7章 减速器轴设计计算 21 7.1 各轴轴径初算 21 7.2各轴设计 21 7.3各轴的修正计算 23 7.4各轴的强度校核 24 7.5轴系部件图 28 第8章 轴承设计计算 30 8.1 高速轴支撑轴承选型计算 30 8.2中间轴支撑轴承选型计算 30 8.3低速轴支撑轴承选型计算 31 第9章 轴承的润滑和密封 32 9.1高速轴 32 9.2中间轴 32 9.3低速轴 32 第10章 轴承端盖设计与计算 33 10.1高速轴 33 10.2中间轴： 33 10.3低速轴： 33  第1章 概述 1.1 抽油机类型、特点、应用等陈述 1.1.1常规游梁式石油抽油机 常规游梁式抽油机是油田使用历史最悠久，使用数量最多的一种抽油机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环四杆机构，结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果差，效率低，能耗大，不符合节能要求，基本停止了生产。 1.1.2前置式抽油机 前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆、游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。前置式抽油机可配置较小功率的电动机，节能效果显著。与常规式抽油机相比，具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。 1.1.3偏置式抽油机 偏置式抽油机又称异相曲柄平衡式抽油机，特点是平衡块中心线相对于曲柄中心偏转一个角度，这种机型国外60年代发展起来并得到API的承认。试验表明，经优化设计的偏置式抽油机节电可达20％。 1.1.4胶带传动抽油机 胶带传动抽油机是美国80年代开发的新型抽油设备，该机通过二级胶带传动，将电动机的原动力传给曲柄胶带轮，并带动游梁摆动。由于其四连杆机构具有急回特性，而且其辅助平衡装置可作适当调整以获得偏置角，因而与常规机相比，其上冲程转矩因数小，驴头悬点加速度小。在相同的工况下，其悬点载荷值和曲柄胶带轮轴的净转矩都较小，曲柄轴净转矩曲线波动较平缓。由于省去了减速箱，故具有结构简单，制造成本低，维修及运行管理方便等特点。 1.1.5下偏杠铃抽油机 下偏杠铃游梁复合平衡抽油机是在原常规游梁抽油机的游梁尾端，利用变矩原理增加简单的下偏杠铃所形成的一种新型节能抽油机。该机继承和保留了原常规游梁式抽油机的全部优点，这种类型可用于新机制造，又可用于现场在用的常规抽油机(含偏置机)的节能改造，其改造技术是目前最简单易行的，节能效果也较明显。 1.1.6偏轮式游梁抽油机 偏轮机在游梁尾部装有一个偏轮结构：在偏轮与游梁中心和支架之间增设推杆，在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间用轴承连接。它打破常规机四连杆机构的框架，以游梁尾部的偏轮为中心，形成独特的六连杆体系，偏轮杆件均为刚性连接，保持了常规机的特点。 1.1.7双驴头游梁式石油抽油机 该石油抽油机是将常规机游梁与横梁的铰链连接，改为变径圆弧的后驴头、钢丝绳与横梁之间的软连接，构成变参数四杆机构来传递运动和扭矩，增加游梁摆角，冲程提高20％～70。由于采用变径圆弧的游梁后臂，使其实现负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态。从而使减速器输出扭矩波动小，达到加强平衡，降低能耗的目的。这种机型是目前除常规机以外发展最迅速的机型。 1.2 抽油机存在的问题 1999年我国石油抽油机井采油年耗电总量1．05×10”kwh，占油气生产总用电比例的49．2％，年电费支出达42亿；每台在用的抽油机平均年维护费用约3000元，全国石油抽油机年维护费用约2．25亿元，而因维护设备影响油井产量约相当1．2亿元，两项合计3．455亿元：全国抽油机采油操作成本总额45．65亿元。石油抽油机井是油田生产量大面广、投入较大的项目。降低抽油机井的生产成本、提高原油生产效率，将是人工举升挖潜增效的主战场。若每口抽油井实用功率按lOkW计，5×l妒台抽油机每天耗电近12x 106kwh，年耗电近4．4×lkwh。若我们将抽油机的系统效率平均提高1596，就全国而言每年可节电近1，575×109 kWh，节约费用6．3亿元。这不仅可以节约大量能源，还可以缓解油田用电紧张状况，既有经济效益又有社会效益。常规游梁式石油抽油机自诞生以来，历经百年使用，经历了各种工况和各种地域油田的考验，经久不衰。目前仍在国内外油田普遍使用。常规机以其结构简单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重的地位。但是由于常规机的结构特征，决定了它平衡效果差，曲柄净扭矩脉动大，存在负扭矩、载荷率低、工作效率低和能耗大等缺点。在采油成本中，抽油机电费占30％左右，年耗电量占油田总耗电量的20～30％，为油田电耗的第二位，仅次于注水。石油抽油机是由装在平衡架内的平衡车调节整机平衡的，平衡车由链条经上链轮和下链轮与换向装置的下端相连，具有载能力大、易调节、平衡效果好、安装维修方便等优点。在各油田的原油生产中有着举足轻重的地位，并且随着油田的进一步开发，各种新型节能抽油机将会得到广泛地推广和应用。 石油抽油机适应各种类型油井抽汲的需要。为了适应垂直井,斜井,定向井,丛式井,水平井抽汲的需要,研制了斜井抽油机,丛式井抽油机,双驴头抽油机,双井平衡抽油机,紧凑型石油抽油机等.结构简单、可靠耐用、操作简便、容易安装等优点，深受用户欢迎，目前在用的抽油机中拥有最大的市场占有率。 第2章 常规游梁式抽油机传动方案设计 2.1简述系统的组成工作原理 ?? 图2-1 结构示意图如图所示 图中，1—底座；2—支架；3—悬绳器；4—驴头；5—游梁；6—横梁轴承座；7—横梁；8—连杆；9—曲柄销装置；10—曲柄装置；11—减速器；12—刹车保险装置；13—刹车装置；14—电动机；15—配电箱。 工作原理 图2-2  第3章 曲柄摇杆机构设计 3.1设计参数的确定： 按工况要求，上冲程的时间为8/15，下冲程的时间为7/15. 则， 悬点载荷为 假定摆角，， 设计原理 需要假设横梁半段，摆角和行程速度变化系数K 设计的实质是确定铰链中心A点的位置定出其他三杆的尺寸。 3.2 按K设计曲柄摇杆机构 设计步骤如下： (1) 由已知的行程速度变化系数K，计算出极位夹角。 (2) 任意选择固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，做出摇杆的两个极限位置。 (3) 连接，并作。 (4) 作，相交于P点，由图可见，； (5) 作的外接圆，在此圆周上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心，连接和，因为同一圆弧的圆周角相等，故； (6)?因极限位置处曲柄与连杆共线，故，；从而得=,，连杆的长度=AD。 3.3 曲柄摇杆机构优化设计分析 3.3.1满足有曲柄条件 根据如上原理利用CAD制图，测出如下数据： 第一组： ，，， 则：，，， 第二组： ，，， 则：，， ， 第三组： ，，， 则：，，， 第四组： ，，， 则：，，， 第五组： ，，， 则：，，， 3.3.2满足传动角条件 利用matlab进行加速度分析可得到如下线满足a最小 结论，根据数据分析图，四杆机构加速度最小原理。即波峰波谷差绝对值最小，所选四杆尺寸为：，，，。  第4章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算 4.1传动比分配和电动机选择 利用下图进行计算，将横梁放在任意位置，悬点载荷竖直向下此时连杆和竖直方向的夹角为，连杆和圆周运动杆切线的方向的夹角，则根据悬点载荷力可以计算出减速器输出端的扭矩T。（其中） T=40KN×0.9848×0.9877×650=25.29× 工作机所需要功率为 =21.19kw n=5，=13.2kw 由《机械课程设计》2.2 可利用普通v带，滚动轴承 闭式齿轮效率分别为 电动机所需功率为 ===14.6kw 为使，所选电动机型号为Y180L，同步转速为1000r/min，满载转速970r/min 总传动比为 i= 取带传动比，则减速器传动比为i= 高速级传动比 低速级传动比 4.2 各轴转速计算 高速轴转速： 中间轴转速： 低速轴转速： 4.3 各轴功率计算 高速轴功率： 中间轴功率： 低速轴功率： 曲柄功率 4.4 各轴扭矩 高速轴扭矩： 中间轴扭矩： 低速轴扭矩： 曲柄扭矩：  第5章 齿轮减速器设计计算 5.1高速级齿轮传动设计计算 运动参数确定：圆柱齿轮 高速级传动比i=7.9 高速级转速242.5/min 传动功率为P=13.59kw 计算过程： (1)选择材料及确定许用应力 小齿轮用40MnB 调质 齿角硬度 241-286HBS 大齿轮用2G35SiMn调质 齿角硬度241-269HBS 查表11-5得 是选较高可靠度 则 (2)按齿面接触强度设计： 设齿轮按8级精度制定，取载荷系数K=1.5（中等冲击） 齿宽系数（软齿面，对称分布） 则小齿轮轮距为： 取 齿数选取 则 模数 齿宽 按表4-1所示 取m=4 实际 中心距 (3)验证轮齿弯曲强度 齿形系数 （由 确定）

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