毕业设计(论文)-8型双滚筒式超长冲程抽油机动力与主体结构设计与分析.doc
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1、西安石油大学本科毕业设计(论文)8型双滚筒式超长冲程抽油机动力与主体结构设计与分析摘 要:为了适应稠油开采,设计了超长冲程双滚筒抽油机。首先,描述了滚筒抽油机在国内外的发展概况,对滚筒抽油机的结构、性能及优缺点进行阐述,从而提出了双滚筒抽油机的设计。其次,从原始数据开始计算设计了配重机构,选定了电动机,为了克服,传统滚筒抽油机的换向装置不稳定的缺点,选用了变频调速器,来实现电机的正反转,并调节电机的转速以改变冲次及冲程。然后根据,抽油杆的最小曲率半径设计了工作滚筒,并且在此基础上,设计了结构简单重量轻的导向轮。最后,设计滚筒式抽油机的零部件结构,包括减速器,机架等,并绘制了装配图和零件图。通过
2、此设计降低了能耗,增大了抽油机的冲程,实现了通过变频调速器调节电机调速及换向。键词:双滚筒抽油机;变频调速器;超长冲程;50The design and analysis of the dynamics and main body structural of 8 double-drum drum long stroke pumping unit Abstract: In order to meet the heavy oil, designed long-stroke double drum pumping unit. First of all, described the developme
3、nt of long-stroke double drum pumping unit at home and abroad , expound the structure , performance , advantages and disadvantages of the drum pumping, and then come up with the design of long-stroke double-drum pumping unit. Secondly, designed of the balance weight mechanism and selected electromot
4、ot in the premise of the raw data. In order to overcome the shortcomings of instability of the traditional drum pumping unit, selected the VVVF (variable voltage and variable frequency device), the choice of a VVVF make it easy to reverse the motor and adjust motor speed to the changing speed and lo
5、ng stroke of the pumping unit. Then, according to the minimum radius of curvature of Carbon fiber rods, designed the working roller. and on this basis, design a simpler and lighter guide rollers. Finally, designed components of long-stroke double-drum pumping unit, including reduction gear and frame
6、work ect, and mapped the assembly and part drawings. This design reduces energy consumption and increase the pumping stroke, realized the speed adjustiment and orientation shift.Key words: double-drum pumping unit; frequency converter; long stroke; 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 目 录1 绪论11.1 国内外抽油机的发展历史及意义11.2长冲程抽
7、油机的优点21.3 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向31.3.1 国内长冲程抽油机的现状与发展趋势31.3.2 国外长冲程抽油机的现状与发展趋势52 平衡能量计算及平衡装置的设计82.1 平衡能量的计算82.1.1 原始数据82.1.2 井深计算82.1.3 电动机上下冲程时功率计算92.2 平衡重计算112.3 平衡装置的设计112.4本章小结123 传动方案的确定电动机及变频调速器的选择133.1 传动方案的对比与选择133.2电动机的选择133.2.1 起升功率的计算133.2.2 传动装置的总功率计算133.2.3 选定电动机及变频调速器143.3 传动参数的计算173.3.1 确定
8、传动比173.3.2 分配减速器的各级传动比183.4 本章小结214 v带传动的设计及选定224.1 带轮的设计224.2 带轮的设计244.2.1 作用在带轮轴上的压力Q244.2.2 作用在轴上的压力244.2.3 带轮宽度244.3本章小结245 齿轮传动的设计255.1 高速级齿轮传动设计及校核255.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数255.1.2 按齿面接触强度设计255.1.3 按齿根弯曲强度设计275.1.4 几何尺寸计算285.2 低速级齿轮传动设计及校核295.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数295.2.2 按齿面接触强度设计295.2.3 按齿根弯曲强
9、度设计315.2.4 几何尺寸计算325.3 本章小结336 轴及轴上键的设计346.1 轴的设计及相关键的设计346.2 轴的设计及相关键的设计356.3 滚筒轴的设计及相关键的设计366.4 配重轴的设计及相关键的设计376.5 轴的设计校核及相关键的设计386.5.1 轴(输出轴)的设计及轴上键的设计386.5.2 输出轴的校核396.6本章小结427 机体的设计438 经济性评估449 设计小结45致谢47参考文献481 绪论1.1 国内外抽油机的发展历史及意义抽油机是构成三抽设备体系(抽油机,抽油杆,抽油泵)的主要组成部分。在抽油机的驱动下,通过抽油杆带动抽油泵上下往复运动,实现无自
10、喷能力抽油井机械采油。抽油机的生产和使用由来已久,迄今已有百年历史。应用最早,普及最广阔的属游梁式抽油机,早在120年前就诞生了,至今在世界各产油国中仍在大面积地广泛使用。目前,美国拥有40万台,我国拥有2.5万台。一百多年来,游梁式抽油机结构和原理没有实质性变化。机构简单,可靠性高,耐久性好,使用,维修,保养方便,是其力久不衰的根本原因。但是,随着许多油田逐渐进入开采的中后期,油田含水不断上升,动液面不断下降,出现水淹,甚至强水淹现象,而新油田的开采也有不断增加产层深度的趋势,这就使机采井下泵深度不断增加。为保证油井产量,需要加大抽油机的悬点载荷,从而导致抽油杆弹性变形加著,造成严重的冲程损
11、失。补偿方法则依赖于加大抽油机的冲程长度和悬点载荷。对于高含水油井及抽油井,高油气水井,多蜡井以及深抽井的开采,亦需要加大抽油机的冲程长度和悬点载荷。10年以来,各种形式的无游梁长冲程抽油机不断投入生产,使有杆抽油技术有了突破性进展。目前,国内外至少有15家公司制造无游梁式长冲程抽油机,产品多大50多种,最大功率达到225马力,最大悬点载荷大22.7吨,最大冲程长度大24.4米。目前,我国东部油区已进人开采的中、后期,需要大载荷、长冲程、低冲次的抽油机。一般抽油机的整机尺寸会随着冲程及载荷的增大而增大。滚筒式抽油机则不然,冲程增大,仅影响支架高度,对其它外形尺寸的影响相对较小。滚筒式抽油机是实
12、现长冲程的一种较理想的机型。早在印年代,国外文献及产品样本中已有滚筒式抽油机的介绍。我国从年代中期开始研究、开发这种机型,并有一些样机在油田试验,积累了一定的经验。目前困扰该机发展和推广的主要问题有:(l)所用柔性件(钢丝绳)的使用寿命太短;;(2)缺少适合我国国情的可靠的换向机构。长冲程抽油机优点在于:能提高采油效率、增加石油产量、降低采油成本;提高抽油杆和抽油泵的使用寿命;排量稳定、动载荷小、事故少;抽油机运转平稳、其疲劳应力与循环次数少;抽油机平衡效果好;抽油机具有较高的适应性;抽油机具有较好的技术经济指标。长冲程抽油机适用于:开采稠油、小泵深抽采油、大泵提液采油、开采各种特殊石油;各种
13、油井开采石油。长冲程抽油机分为增大冲程游梁抽油机、增大冲程无游梁抽油机及长冲程无游梁抽油机种,而后者又有立式、卧式之分。长冲程抽油机的发展方向:增大冲程游梁抽油机是常规游梁油机的发展方向;增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向;长冲程无游梁抽油是长冲程抽油机的发展方向。我国抽油机发展已有30多年的历史。50年代以进口为主,修配为辅,主要是苏联CKH常规型游梁式抽油机。60年代至70年代,在仿制苏联的基础上制造常规型的游梁式抽油机。1975年以后,制订并完善了国产抽油机技术标准。80年代抽油机实现了全部国产化,不仅满足自给,而且有部分出口。在此期间,我国抽油机技术有了飞跃发展,瞄准世界最
14、先进水平,等效或部分采用美国API标准,并引进美国拉夫金公司先进技术。兰州石油化工机器厂,宝鸡石油机械厂,兰州通用机械厂,江汉石油总机厂,石油部第二机械厂,第三机械厂,第四机械厂,先后获得API加工会标使用许可,从而使国产抽油机跻身世界先进行列,打入国际市场。目前,国内抽油机生产上家多大20多家。前置型和偏置型游梁式抽油机亦有较大发展。研制中的还有绳索滑轮式,旋转驴头式,大轮式等新型游梁式长冲程抽油机。与此同时,无梁式抽油机发展十分迅速。1965年诞生了链条抽油机,1984年有试制出滑轮增距式抽油机,研制中的还有链条增程式长冲程抽油机,摆轮增程式长冲程抽油机,齿轮增程式长冲程抽油机等。1.2
15、长冲程抽油机的优点根据当前石油工业发展的需要,以及近年来国内长冲程抽油机发展的状况,再次强调了发展长冲程抽油机的意义。发展长冲程抽油机不仅有利于减缓老油田高含水开采后期原油产量递减速度,而且有利于开发稠油、低渗透油田的“难动用储量”,还有利于对沙漠油田深井及超深井的开采。发展无游梁长冲程抽油机是当务之急:(1) 近几年来,我国油井数量急剧增多,用常规游梁抽油机开发稠油,采油量、泵效、耗能、采油成本等各项技术经济指标较差,因而阻碍了常规游梁抽油机的技术发展。为更经济、更合理地开发我国稠油资源,必须大力开发我国的无游梁长冲程抽油机。(2) 对于低压油田,可采用小泵深抽的方法提高原油产量。目前在胜利
16、、江苏.华北、中原等油田应用深抽技术取得了较好的经济效益。为满足小泵深抽的需要,我国急需发展大载荷长冲程抽油机。(3) 目前我国的长冲程抽油机还不能完全满足我国油田开采的需要,长冲程抽油机正处于发展阶段,品种与规格不全,使用数量不多。因此需要大力发展新型长冲程抽油机。长冲程抽油机的主要特点是冲程较长、冲次较低。一般认为冲程长度等于或超过6米时称为长冲程。长冲程抽油机的优点是:(1)冲程损失相对较小,单位时间内的有效冲程长度增大,从而使油井的产量提高。再者,因冲程损失与泵挂深度成正比关系,所以对深井及超深井来说,更应使用长冲程抽油机以提高泵的效率。(2)冲程增大、冲程调低后,作用在抽油杆上的惯性
17、载荷与振动载荷相对减小,载荷循环比增大,抽油杆的应力循环次数降低,这些将对有杆泵装置采油带来一系列好处。上冲程惯性载荷峰值减小,为增大泵挂深度提供了可能,这一特点有利于低渗透油田采用“小泵深抽”的开采工艺。对于稠油开采来说,提高载荷循环比则是使用有杆泵装置开采稠油的一个重要措施。此外,长冲程配合低冲次的抽汲工艺对减少抽油杆的脱断几率,延长机干泵的使用寿命,从而提高有杆泵装置的运行时率(即减少停机维修时间)也是有利的。(3)长冲程抽油机具有一定的节电效果,其节电率一般都在10%40%之间。由此分析其优点可以总结为7点:(1).提高采油效率,增加石油产量(2).减少磨损,提高抽油杆和抽油泵的寿命(
18、3).排量稳定,动载荷小,事故少(4).运转平稳,抗疲劳性好(5).平衡效果好(6).具有较好的综合技术经济指标(7).具有较好的适应性能。综上所述可见,长冲程抽油机具有减小冲程损失、提高系统效率、延长机杆泵使用寿命、减少故障及提高整机运行质量等优点。因此,发展长冲程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,都是有一定的现实意义的。1.3 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向1.3.1 国内长冲程抽油机的现状与发展趋势在世界范围内,研究开发与应用抽油机已有100多年的历史。在这百余年的采油实践中,采油机发生
19、了很大的变化,特别是近20年来,世界抽油机技术发展较快,先后研究开发了多种新型抽油机。其特点是:增强了抽油机的适应性、可靠性、经济性和先进性;改善了抽油性能,降低了抽油载荷与载荷变化范围,提高了抽油效率,减少了动力消耗;提高了抽油机平衡效果,改善了抽油机的运动特性、动力特性与平衡特性;增大了抽油机的使用范围,减小了抽油机的体积和质量,强化了抽油机自动化与智能化程度。总之,抽油机的各项技术经济指标达到了有史以来的最高水平。目前抽油机正朝着大型化、低耗能、精确平衡、高适应性、长冲程无游梁、自动化和智能化方向发展。目前长冲程抽油机可分为:增大冲程抽油机:(1)增大冲程抽油机(2)增大冲程无游梁抽油机
20、。长冲程无游梁抽油机:(1)立式长冲程无游梁抽油机(2)卧式长冲程无游梁抽油机。近年来,我国新型抽油机有了很大的发展,在我国开发的诸多抽油机中,长冲程抽油机占有很大的比例,品种最多,技术发展最快,先后出现了各种各样的长冲程抽油机,并在抽油实践中取得了较好的效果。我国各油田都需要长冲程抽油机,所以长冲程抽油机已成为我国抽油机发展的主流和方向。根据技术发展预测:在今后很长一段时间内,长冲程抽油机仍将是我国抽油机发展的主流方向,还会有更大的技术发展。发展我国新型无游梁长冲程抽油机,有以下三个途径:引进国外制造技术 引进国外先进的制造技术,这种方法比较稳妥,上得快,成功率高,但是我国目前资金不足,国内
21、技术力量和制造能力均较强,不宜从国外引进无游梁长冲程抽油机的制造技术。 按国外最先进的产品进行仿制多年来,我国在仿制国外产品方面积累了经验关键是要通过周密的调研,确定仿制对象不能只凭国外资料和专利,还要根据国外产品的使用效果和经济效益,进行综合分析, 作出诀策。自行设计与研制自改革开放以来, 我国抽油机设计与研制的力量和水平有了很大提高,我国现有很多有实力的知名石油机械公司,完全有能力开发新一代的产品。国内产品介绍:无游梁增距抽油机抚顺石油机械厂肖韩明、王幼均和中国天然气总公司第八建设工程公司刘桂芳共同研究开发了无游梁增矩抽油机,其结构见图1 ,也称为机械无游梁增距抽油机。图1.1 无游梁增距
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