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常規(guī)式游梁抽油機(jī)桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析的研究
李軍斌 (塔里木大學(xué) 機(jī)械電氣化工程學(xué)院，阿拉爾 843300 )
摘要：常規(guī)式游梁抽油機(jī)自誕生以來(lái)，歷經(jīng)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地域油田生產(chǎn)的考驗(yàn)，經(jīng)久不衰。目前仍在國(guó)內(nèi)外普通使用。常規(guī)游梁式抽油機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、操作簡(jiǎn)便、維護(hù)費(fèi)用低等明顯優(yōu)勢(shì)，而區(qū)別于其他眾多抽油機(jī)類(lèi)型，一直占據(jù)著有桿系采油地面設(shè)備的主導(dǎo)地位。此次，以研究常規(guī)式游梁抽油機(jī)桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)常規(guī)式游梁抽油機(jī)進(jìn)行深入的解析。
關(guān)鍵詞：常規(guī)式游梁抽油機(jī)；油田設(shè)備；四桿機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)分析
中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Conventional beam pumping unit rod long design and motion analysis
lijunbin
（College of Mechanic and Electrical Engineering Tarim University Ala Xinjiang 843300 ）
Abstract: the conventional beam pumping unit since its birth, after years of use, experience a variety of conditions and various regional oil production test, enduring. Still in the domestic and foreign general use. The conventional beam pumping unit with its simple structure, durable, simple operation, low maintenance costs advantages, which is different from many other oil pumping machine type, has been dominated by a rod pump production equipment dominant position. This, in order to study the conventional beam pumping unit rod long design and motion analysis as a starting point, on the conventional beam pumping unit to conduct in-depth analysis.
Key words: conventional beam pumping unit; oil equipment; four bar mechanism; motion analysis
目前，采油方式有自噴采油法和機(jī)械采油法。在機(jī)械采油法中，有桿抽油系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外油田最主要的，也是至今一直在機(jī)械采油方式中占絕對(duì)主導(dǎo)地位的人工舉升方式。有桿抽油系統(tǒng)主要由抽油機(jī)、抽油桿、抽油泵等三部分組成，抽油機(jī)是有桿抽油系統(tǒng)最主要的升舉設(shè)備。根據(jù)是否具有游梁，抽油機(jī)可以劃分為游梁式抽油機(jī)和無(wú)游梁式抽油機(jī)。而常規(guī)游梁抽油機(jī)自誕生以來(lái)，歷經(jīng)百年使用，經(jīng)歷了各種工況和各種地域油田生產(chǎn)的考驗(yàn)，經(jīng)久不衰。
1設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)定
抽油機(jī)要完成它相應(yīng)的任務(wù)要求，在此，以下工況的抽油機(jī)為例做設(shè)計(jì)計(jì)算。
（1）主要參數(shù)：型號(hào)：CYJ3—2.1—13HB
（2）最大載荷：30KN
（3）沖程長(zhǎng)度： 1.4，1.7，2.1（單位：m）
（4）沖程次數(shù)：6，9，12 (單位：)
2常規(guī)式游梁抽油機(jī)的桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)
常規(guī)式游梁抽油機(jī)是以曲柄連桿機(jī)構(gòu)為其設(shè)計(jì)原理，如圖2-1,。設(shè)計(jì)以桿長(zhǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算開(kāi)始，所以其桿長(zhǎng)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。
桿長(zhǎng)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算
由于最大沖程，所以各個(gè)桿長(zhǎng)之間存在以下關(guān)系：
由于本設(shè)計(jì)的最大沖程，所以，在此取并且取，則其他桿長(zhǎng)為：
此外，
式中：R——曲柄半徑，m；
——游梁后臂長(zhǎng)度，m;
——游梁前臂長(zhǎng)度，m;
——連桿長(zhǎng)度，m；
J——基桿長(zhǎng)度（從曲柄旋轉(zhuǎn)中心到游梁支點(diǎn)的距離）m；
2游梁抽油機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析
將四桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)時(shí)，作懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律計(jì)算。其簡(jiǎn)化圖如下
當(dāng)時(shí)，游梁與連桿的連接點(diǎn)處于上死點(diǎn)，相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)C處于下死點(diǎn)；當(dāng)時(shí)，B處于上死點(diǎn),相對(duì)應(yīng)的懸點(diǎn)C處于上死點(diǎn)
圖3-1 懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律簡(jiǎn)化圖
B點(diǎn)的沖程長(zhǎng)度
取B點(diǎn)的位移零點(diǎn)，向下為位移的正方向，則任意曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)B點(diǎn)的位移為：
由三角形OAD可得：
則
（3-1）
而
所以， （3-2a）
按二項(xiàng)式定理展開(kāi)
B點(diǎn)位移 (3-2b)
(3-3)
(3-4)
(3-5)
(3-6)
(3-7)
(3-8)
為了確定懸點(diǎn)最大加速度，可對(duì)對(duì)求導(dǎo)，并令其等于零，求得取得極值時(shí)的 角及對(duì)應(yīng)的及加速度值
當(dāng)，上面方程二無(wú)解，在此情況下，按方程一可得加速度極值在處，即上，下死點(diǎn)處。
(3-9a)
(3-9b)
(3-10a)
(3-10b)
當(dāng)懸點(diǎn)在也取得極值，對(duì)此不再討論。
3小結(jié)
在多數(shù)情況下，常規(guī)游梁抽油機(jī)都可以這種簡(jiǎn)化方式進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，這樣不但大幅度提高了工作效率，而且比較精確。如果要做更加精確的運(yùn)動(dòng)計(jì)算，則可以用復(fù)變矢量法進(jìn)行計(jì)算。
參考文獻(xiàn)
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