《6型单滚筒超长冲程抽油机毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6型单滚筒超长冲程抽油机毕业论文.doc（55页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、6型单滚筒超长冲程抽油机-毕业论文 6型单滚筒式超长冲程抽油机设计与分析摘 要为了更好的实现抽油机长冲程采油的目的在满足油田采油工艺要求的前提下设计了6型单滚筒式超长冲程抽油机该抽油机的动力系统采用KCT系列变频调速电动机省去了正反转电动机软起动器关键词6型单滚筒碳纤维杆超长冲程抽油机Design and analysis of 6 type solitary Roller exceed Long-Stroke Pumping UnitAbstractTo better achive long-stroke pumping unit with the purpose of meeting th
2、e requirements of oil field technology the unit uses KCT family transduce varying speed motor which can be achieved in the frequency of positive and negative without soft-starter motor positive controlto then have the stability improvementAnd the unit using the principle of detailed balance of gravi
3、tational potential energy the balance effect compares the conventional unit to have the distinct improvement Its sucker rod uses carbon fiber continual sucker rod which tensile strength is highthe density is small The apply of the sucker rod increased productionas well as reduce weightbut the carbon
4、 fiber continual sucker rod can not be pressured 6 type Solitary Roller Exceed Long-Stroke Pumping Unit compare the common pumping unit have the longer strokethe load are bigger are suitable for the mining heavy crude oil and the deep well extraction benefit the Solitary Roller Exceed Long-Stroke Pu
5、mping Unit are also suitable for old oil well with high water content to slow down the produce decrease rateextract heavy crude oil low permeable sublayer oil wells hardly moved reservesalso for machine extract draw well and ultradeep well in desert the family pumping unit will be able to cause many
6、 oil fields of our country to reduce the energy consumption and increase crude oil output So it is very importantKey wordsType6Solitary rollerExceed longer-strokePumping unitCarbon fiber pole目录1 绪论111 国内外抽油机的发展历史112 长冲程抽油机的分类113 长冲程抽油机的优点2131 长冲程抽油机的优点2132 主要用途414 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向5141 国内长冲程抽油机的现状与发
7、展趋势5142 国外长冲程抽油机的现状与发展趋势6143 长冲程抽油机技术发展方向72 平衡能量计算及平衡装置的设计921 平衡能量的计算9211 原始数据9212 井深计算9213 电动机上下冲程时功率计算1122 平衡重计算及平衡装置的设计123油机起升装置电动机的选择1431 电动机的选择14311 起升功率的计算14312 传动装置的总功率14313 确定电动机转速1532 传动参数的计算16321 计算总传动比16322 分配减速器的各级传动比174 传动装置的设计2041 带传动的设计20411 确定计算功率20412 选取V带的带型20413 验算V带的速度20414 确定V带基
8、准长度L1和中心距a20415 带轮包角21416 V带跟数设计2142 带轮的设计21421 作用在带轮轴上的压力22422 作用在轴上的压力22423 带轮宽度2243 高速级齿轮传动设计及校核22431选定齿轮类型精度等级材料及齿数22432 按齿面接触强度设计22433按齿根弯曲强度设计24434几何尺寸计算2544 低速级齿轮传动设计及校核25441选定齿轮类型精度等级材料及齿数26442 按齿面接触强度设计26443按齿根弯曲强度设计27444几何尺寸计算2945 轴的设计29451 轴的设计及相关键的设计29452 轴的设计及相关键的设计30453 轴的设计及相关键的设计3045
9、4 大滚筒轴的设计及相关键的设计3146 轴的校核32461 求低速级大齿轮上的力32462 求轴上的载荷32463 总弯距的计算33464 画出合力矩弯矩图34465 按弯距扭合成应力校核轴的强度3447 机体的设计3548 减速器轴承的设计35481 轴承材料的选择36482 轴轴轴轴轴承型号的选择3649 减速器润滑系统的设计36410 滚筒的设计36411 支架的设计365 碳纤维抽油杆性能特点及应用前景376 经济性评估397设计小结40参考文献411 绪论11 国内外抽油机的发展历史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
10、运动实现无自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25万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
11、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227吨最大冲程长度大244米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先进水
12、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12 长冲程抽油机的分类纵观国外各种长冲程抽油机大致可分为增人冲程
13、游梁抽油机增大冲程无游梁抽油机和长冲程无游梁抽油机砚种类型增大冲程游梁抽油机Kincaid冲程倍增抽油机英国增大冲程游梁抽油机原苏联增大冲程游梁抽油机美国Lufkin公司游头抽油机等2 增大冲程无游梁抽油机利用各种机构或元件的运动特性和工作原理增人无游梁抽油机的冲程长度称为增大冲程无游梁抽油机例如美国Lowjack低矮型增大冲程无游梁抽油机等3 长冲程无游梁抽油机长冲程无游梁抽油机的特点是没有游梁不采用曲柄连杆机构换向也不采用增大冲程机构利用抽油机本身机构运动特性实现长冲程抽油也称为超长冲程无游梁抽油机该抽油机有立式和卧式两种结构型式 立式长冲程无游梁抽油机抽油机所有设备均置地面上一般为机架立
14、式结构型式占地面积较小但占用空间高度较大例如美国ROTAFLEX长冲程低冲次抽油机法国Mape长冲程无游梁抽油机Dynovation公司长冲程无游梁从式井抽油机等 卧式长冲程无游梁抽油机 抽油机主要设备置于地面上平衡装置于地下套管之中一般为卧式结构型式占地面积和占用空间高度较小例如美国Western Gear Co长冲程无游梁液压抽油机美国National Supply Co长冲程无游梁链条传动抽油机等13 长冲程抽油机的优点 131 长冲程抽油机的优点 随着油田逐渐进入开发中后期油井含水比例不断上升动液面不断下降油井出现水淹甚至强水淹现象新区开发也有不断增大产曾深度的趋势使机采油井的泵挂深度
15、不断增加为保证油井产量则需加大抽油机的悬点载荷从而导致抽油机弹性变形加重造成严重的冲程损失补偿的方法侧依赖于加大抽油机的冲程长度对于高含水井抽油井深油井等更需要加大抽油机的悬点载荷和冲程长度游梁式抽油机尤其是常规型抽油机难以实现长冲程和大载荷因此各种型式的无游梁式抽油机相继问世使有杆式机械采油技术有了突破性进展各种长冲程抽油机的抽油实践表明具有以下七个主要优点现分列如下1 提高采油效率增加石油产量采用长冲程抽油方式抽油泵柱塞的实际冲程长度减少的比率较小提高了抽油泵的排量系数和充满系数有利于提高采油效率增加石油产髦降低采油成本据报导采用钢质抽油杆抽油时由于油骨和抽油杆之问的弹性伸缩作用结果对抽油
16、泵的实际冲程和泵效有较大的影响在一般下泵深度范围内两者相差 0815m在最深时可达l321m二如果冲程长度较小冲程损失比例更人抽油泵的泵效更低如果改用长冲程抽油方式可以提高抽油机的冲程利用率例如冲程长度从33m 增加到5m时平均冲程利用率可以增加119在最深时可以增加175所以采用长冲程抽油方式抽油泵柱塞的实际冲程长度减少的比率较小增加抽油泵的泵效提高石油产量另据报导采用长冲程抽油方式提高抽油泵的泵效达到1025提高石油产量1050提高抽汲能力达2040再据报导美国加里福尼亚一口油井原采用21m冲程长度常规游梁抽油机石油产量为134m3d后来改用长冲程无游梁抽油机冲程长度为10m石油产一学增加
17、到33m3d石油产最增加了14622 提高抽油杆和抽油泵的使用寿命长冲程抽油机均采用长冲程低冲次抽油方式可以减少抽油杆和油管之间的机械磨损据报导采用长冲程低冲次抽油方式可提高抽油杆使用寿命达45倍另据报导采用长冲程低冲次抽油方式可以减少抽油泵的机械磨损磨损较均匀提高抽油泵的使用寿命3 排量稳定动载荷小事故少长冲程无游梁抽油机采用长冲程低冲次抽油方式在一个上或下冲程过程中分为恒速运动部分和接近与离开上下死点的减速与加速运动两个部分恒速运动时问较长石油排量较稳定抽油机和抽油系统的动载荷较小减少抽油杆断脱事故和抽油系统事故增加了抽油机的可靠性此外长冲程无游梁抽油机减速器的扭矩只有同样冲程长度和冲次常
18、规抽油机的1633有利于提高抽油机的使用寿命延长免修期减少发生井下事故4 抽油机运转平稳疲劳应力与循环次数减少长冲程抽油机采用长冲程低冲次抽油方式抽油机运转较平稳噪音也较小减少了抽油机载荷疲劳应力及抽油机应力循环次数有利于提高抽油机和抽油系统的使用可靠性5 抽油机平衡效果较好长冲程抽油机利用各种平衡方法可以实现较精确的半衡效果节约更多的动力消耗提高了抽油机运行的经济性降低了采油成本具有较好的使用经济性二此外由于可以实现抽油机较精确的平衡效果抽油机运转更加平稳噪音更小6 抽油机具有较好的技术经济指标与常规及增大冲程抽油机相比长冲程无游梁抽油机结构较简单零部件较少制造装配简单方便运动环节较少机械传
19、动效率较高成本较低具有较好的抽油机技术经济指标7 抽油机具有较高的适应性能长冲程抽油机的冲程长度与冲次均可进行调节实现各种油井工况参数经济合理的匹配充分发展长冲程抽油机的效能还可以实现抽油机和油井最佳匹配运行具有较高的适应性能此外据报导长冲程抽油机还可以防止结蜡可减少消蜡作业使用非常方便长冲程抽油机可以实现最大限度地满足采油一艺发展的需要口当冲数一定时采用长冲程小泵提液抽汲方式可不采用抽油杆脱接器达到提高石油产量的目的使用很方便长冲程无游梁抽油机还可以解决采用大泵提液时常规抽油机无法进布了环空测试问题可以录取井下资料和进行油并动态分析132 主要用途抽油实践表明长冲程抽油机具有以下五个方面的用
20、途1 适用干小泵深抽采油工艺对于低压油田可采用小泵深抽采油工艺提高石油产量长冲程抽油机可以满足小泵深抽采油的艺要求更经济有效地开采石油2 适用于大泵提液采油工艺采用大泵提液可以提高石油产量长冲程抽油机不仅可以满足大泵提液采油工艺的需要而且还可以进行环空测试录取并下资料和进行油井动态分析常规抽油机在大泵提液时是无法进行环空测试的3 适用于开采各种特殊石油长冲程抽油机适用开采含气H2SCO4 适用于各种油井开采石油长冲程抽油机适用于深井定向井丛式井斜井海洋井沙漠并北极并开采石油具有较好的抽油性能和经济效益发展无游梁长冲程抽油机是当务之急 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
21、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 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 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米时称为长冲程总的来说长冲程抽油机的优点可以总结为7综上所述可见长冲程抽油机具有减小冲程损失提高系
22、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14 长冲程抽油机的现状及未来的发展方向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
23、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 增大冲程抽油机 增大冲程无游梁抽油机长冲程无游梁抽油机 立式长冲程无游梁抽油机卧式长冲程无游梁抽油机141 国内长冲程抽油机的现状与发展趋势 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现长冲程的一种较理想的机型
24、早在60年代国外文献27及产品样本28中已有滚筒式抽油机的介绍我国从80年代中后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型发展和推广的主要问题有 所用柔性件 钢丝绳 的使用寿命太短缺少适合我国国情的可靠的换向机构1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
25、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142 国外长冲程抽油机的现状与发展趋势近年来各国研究开发了各种新型抽油机为更经济有效地开
26、采石油做出了卓越贡献在新型抽油机中长冲程抽油机品种最多占有更大的比例具有较好的抽油性能提高石油产量降低采油成本提高经济效益等优点根据技术发展预测结果在今后很长一段时间内长冲程抽油机仍将是世界抽油机发展的主流和方向长冲程抽油机将会有更大的发展15目前国外长冲程抽油机已广泛应用于稠油开采小泵深抽采油工艺大泵提液采油工艺以及开采各种特殊石油 通过对国外各类长冲程抽油机进行分析研究后得出以下三点有关技术发展方向的结论 增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向由于增大冲程游梁抽油机具有提高采油效率增加石油产量降低采油成本等优点所以是常规游梁抽油机的发展方向 增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展
27、方向增大冲程游梁抽油机是在游梁抽油机的基础上增加了增大冲程的机构仍然保留着游梁抽油机的某些缺点各种技术经济指标不可能有显著的改善和提高增大冲程无游梁抽油机彻底摆脱了游梁抽油机的某些缺点具有更好的技术经济指标可大幅度的提高抽油机运动特性动力特性和平衡特性所以增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向 长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向与增大冲程抽油机相比较长冲程无游梁抽油机使用现代采油工艺发展的需要技术经济指标先进显著提高了抽油机的运动特性不需要增大冲程机构传动效率较高杆件受力较好而且还可以实现超长冲程抽油这种冲程是增大冲程抽油机无法实现的所以长冲程无游梁抽油机优越于增大冲程抽油机为
28、此长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向总之世界长冲程抽油机将会有很大的技术发展其数量将会大幅度增加长冲程机构将更简单有效寿命更长12143 长冲程抽油机技术发展方向国外各类长冲程抽油机进行分析研究后得出以下二点有关技术发展方向的结论1 增大冲程游梁抽油机是常规游梁抽油机的发展方向由于增大冲程游梁抽油机具有提高采油效率增加石油产量降低采油成本等优点所以是常规游梁抽油机的发展方向2 增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向增火冲程游梁抽油机是在游梁抽油机的基础上增加了增大冲程机构仍然保留着游梁抽油机的某些缺点各种技术经济指标不可能有显著的改善和提高增大冲程无游梁抽油机彻底摆脱了游梁抽油
29、机某些缺点具有更好的技术经济指标可大幅度地提高抽油机运动特性动力特性与平衡特性所以增大冲程无游梁抽油机是增大冲程抽油机的发展方向3 长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向与增大冲程抽油机 增大冲程游梁抽油机和增大冲程无游梁抽油机 相比较长冲程无游梁抽油机适应现代采油工艺发展的需要技术经济指标先进显著地提高了抽油机的运动特性动力特性和平衡特性不需要增大冲程机构传动效率较高杆件受力较好而且还可以实现超长冲程抽油例如冲程长度可达1530m这种冲程是增大冲程抽油机无法实现的所以长冲程无游梁抽油机优越于增大冲程抽油机为此长冲程无游梁抽油机是长冲程抽油机的发展方向由参考文献142 平衡能量计算及平衡装
30、置的设计1-小带轮2-V带3-大带轮4-传动轴5-滚筒轴6-联轴器7-低速机齿轮8-高速级齿轮9-电动机 图21 传动装置原理图21 平衡能量的计算211 原始数据悬点载荷60KN冲程1030 m1520 mmin32mm42mm产出液密度86027Kgm3 以大庆混合原油为例 212 井深计算 P_悬点最大载荷 21_抽油杆自重 22_抽油杆在油中的自重 23_油管内柱赛上的油柱重 24_油井中动液面以上断面积等于柱塞面积的油柱重 25L下泵深度 S悬点冲程长度 S 1030mn悬点冲程次数 n vs 152021030 0251次分钟2沉没度过小会降低泵的充满系数沉没度过大会增加抽油机的负
31、荷通过实践摸索即使油的粘度很大克服原油在井筒内运动的全部阻力不超过一个大气压所以一般沉没度为3050米重质粘度大的井不少于50米原油含气大的井不少于80100米如不含气的轻质原油的井沉没度有20米即可不少于50米 泵的沉没深度 60m 产出液密度 86027kgm3 抽油杆伸长量 抽油管伸长量 抽油泵的柱塞泵筒位移钢制抽油杆规格 22 1628取中间型号 抽油管横截面面积 101810-3m2因对于单滚筒式抽油机碳纤维杆达到23也可以保证安全所以初取取碳杆长度 06L钢制抽油杆 04L 碳纤维杆的密度 159 324210-606L15910398 10-631404L85210398 139
32、5L 10-6314L-608602798 2075L-1245252 347L-1245252 130137 4230L-151793由于已知悬点载荷 60KN60000 4230L-151793L 1454m 取L 140213 电动机上下冲程时功率计算将上面计算得出的L值带入 324210-6700159103-860279810-6314700852103-8602798 672811996424 2063705N 10-63141400-608602798 2781066N 26 176m上冲程期间抽油机对光杆负载所做的功 27 20637052781066 10-2781066 4
33、844771-24473381 460003719Nm 20637052781066 30-2781066 14534313-24473381 1428957919Nm下冲程期间抽油机对光杆负载所做的功 28 2063705102781066 230843881Nm 2063705302781066 643583881Nm由于抽油机上下冲程时间相等根据冲程和起下速度的范围确定时间在052min30s时的电动机功率故t 30s上冲程期间抽油机输出功率下冲程期间抽油机输出功率22 平衡重计算及平衡装置的设计对于一般抽油机其载荷在上下冲程时为不同的单向载荷若不考虑平衡那么在上冲程时为了提起抽油杆柱和
34、液柱电动机需输出很大的功率在下冲程时抽油杆依靠自重下落对电动机做功这时电动机处在发电机运行状态因此抽油机必须很好地加以平衡以均衡电动机在上下冲程所受的载荷达到减小电机容量的目的抽油机进行平衡的方法为在下冲程时以一定速度将抽油杆的势能和电动机的输出能量储存起来在上冲程时将这部分能量释放出来帮助电动机以一定速度提升抽油杆柱和液柱使电动机在上下冲程所受的载荷基本相等可以较方便地进行储存和释放的能量形式有势能和动能2种这也是常用于抽油机平衡的能量形式用势能方式进行平衡的有机械 配重 平衡和气压平衡在理论上用弹簧的弹性势能进行平衡也是可能的但实际中可能因结构原因未见应用用动能方式进行平衡的有飞轮平衡由于
35、飞轮储能和放能是依靠飞轮转速增大和减小实现的因此必定有抽油机下冲程速度逐步增大上冲程速度逐步减小这导致抽油机的速度控制缺乏灵活性由参考文献14所以机械平衡和气压平衡是抽油机2种主要的平衡方法经过分析比较配重平衡相对其他平衡而言平衡效果好而目容易实现所以设计采用配重平衡由参考文献17所以本设计采用重力势能平衡的方法具体方法是在输出轴上加一卷筒用钢丝绳悬挂平衡由于能量一定所以如果移动距离大那么平衡重质量就小反之如果移动距离小则平衡质量就大但当平衡重质量太大时钢丝绳的强度要求就比较高同时对轴径要求也相应的增大经济计算分析可确定移动平衡重移动距离20m则平衡质量上冲程 29下冲程 210 合5287K
36、g 合 17624Kg 平衡重质量取中间值为3000kg3 油机起升装置电动机的选择31 电动机的选择抽油杆需要在井口频繁进出这样就要求动力装置和缠绕大盘都必须可以正反转即电动机必须可以反转或加换向装置电动机选择的是K系列开关变频调速电动机它可以实现传动的频繁正反转此电动机的特点是a绕线转子自扇冷式隔爆型b允许经常起动及逆转311 起升功率的计算具参考文献3初定滚筒半径为750卷筒轴的工作转速为 因平衡重质量为3000kg查资料的起重3000kg的载荷需要619型钢丝绳直径为125mm安全系数取35又因为滑轮直径不小于钢丝绳直径的16倍一般取50倍所以初定连接平衡重滚筒的直径800mm平衡重和
37、碳杆在同一个轴上所以转速相等425 rmin悬点载荷起下速度所以起升功率为 平衡重所做的功率即起升功率312 传动装置的总功率这一功率由电动机带动减速器来实现则传动装置的总功率a应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积参考文献1即其中分别为每一传动副齿轮蜗杆带式链每对轴承每个联轴器及滚筒的效率传动副的效率数值可以按表选取轴承和联轴器的效率数值为带传动的传动效率 0940970980995 0940960990995090电动机到光杆负载传动机构的传动效率其中分别为带传动轴承齿轮传动联轴器和滚筒的传动效率所以313 确定电动机转速卷筒轴的工作转速为 按参考文献4P16-3表16-1-1推荐的传动
38、比的合理范围取V带传动的传动比二级圆柱齿轮减速器的传动比则传动比的合理范围为故电动机转速的可选范围为 6型单滚筒超长冲程抽油机的关键部分是需要抽油杆的上下往复运动来实现抽油作业而这就需要有某种换向机构带动抽油杆往复运动本次设计在这里选择的是用可变向的电机来代替换向机构带动抽油杆做往复运动变向电机选择的是山东红卫电机股份有限公司的可变向开关磁阻调速电机开关磁阻调速电机是一种新颖的性能价格比很高的具有典型机电一体化结构的交流无级调速电机具有效率高真正恒转矩调速启动电流小可频繁正反运行等优点KCT系列开关磁阻调速电动机是公司在多年推广应用SR系列开关磁阻调速电动机的基础上为了更适合调速市场的需要而推
39、出的第二代新系列产品与SR系列电机相比KCT 系列的性能指标明显提高特别是噪声振动的改进有了重大突破达到了Y系列异步电动机的噪声水平其优良的调速特性可适用于各种调速机械特别是其低启动电流大启动转矩的特点使其真正具有了频繁正反转运行的优点在油田新型电气换向式抽油机龙门刨铣床等往复式机械上应用取消了原有的机械换向机构显示另了无比的优越性 主要特点 1启动转矩为额定值的150而启动电流仅为额定值的30因此可频繁起停和正反转运行起停次数可达到1000次小时2可实现正转反转制动能量反馈四象限运行3效率高损耗小在整个宽广的调速范围内保持高效率运行4转速精度和动态响应较高适合于经济数控机床等使用5功率因数较
40、高接近于10表31 电动机性能表型号rmin额定功率KW 满载时最大转矩额定转矩KCT200L2-1000501500 22电流380V效率功率因素14048809电动机外形尺寸长度815mm宽度525mm高度475mm32 传动参数的计算321 计算总传动比在电动机上加一变频调速器使其额定速度控制在要求范围内变频器变频调速器是把工频电源 50Hz或60Hz 变换成各种频率的交流电源以实现电机的变速运行的设备其中控制电路完成对主电路的控制整流电路将交流电变换成直流电直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波逆变电路将直流电再逆成交流电对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说有时还需要一个
41、进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的变频器的分类方法有多种按照主电路工作方式分类可以分为电压型变频器和电流型变频器按照开关方式分类可以分为PAM控制变频器PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器按照工作原理分类可以分为Vf控制变频器转差频率控制变频器和矢量控制变频器等按照用途分类可以分为通用变频器高性能专用变频器高频变频器单相变频器和三相变频器等简单来说就是用来调速控制电动机的输出转速选用易能DES1000-4T018G0220P功率为22EDS1000系列变频器采用先进的控制方式实现了高转矩高精度宽调速驱动能够满足通用变频器的各种要求
42、通过空间电压矢量PWM控制和无速度传感器矢量控制技术及电磁兼容性整体设计满足客户对适用场所的大转矩低噪音低电磁干扰的环保要求 1 采用进口高耐压半导体功率器件具有更强大的抗高压冲击能力2 IGBT采用瑞士concept驱动电路方案驱动更加可靠运行更稳定3 输入电压允许在-2015之间波动适就范围更广4 采用空间电压矢量SVPWM控制5 主电路强电走线均采用高压双绝缘导线性能更安全可靠6 全封闭的独立风道式结构设计方案更能适应各种恶劣环境7 内置自动稳压功能AVR和自动限流功能更能有效保护设备的安全8 多达16段速控制功能操作更加方便9 产品采用低温升设计技术更能持久耐用10 具有RS485功能
43、可选可实现远程控制根据电动机速度范围初定电动机转速则总传动比分别为带传动和减速器的传动比取则减速器传动比为符合减速器的传动比范围322 分配减速器的各级传动比按展开式布置考虑润滑条件为使两极大齿轮直径相近由展开式曲线查得则传动装置各轴的运动及运动参数为进行传动件的设计计算要推算出各轴的转速及转矩或功率将传动装置各轴有高速至低速依次定为轴轴轴轴为相邻的输入功率kw为各轴的输入转矩Nm为各轴的转速 rmin 则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算得到轴的运动和动力参数 各轴转速-电动机满载转速-电动机至工作轴的传动比轴 轴轴各轴输入功率轴轴轴卷筒轴 各轴输出功率 轴-轴输出功率分别为轴轴轴卷筒轴 各轴输入转矩电动机轴输出转矩由公式得轴轴轴卷筒轴轴-轴的输出转矩分别为输入转矩乘以轴承的效率数据归纳为下表表32 传动装置各轴运动参数轴功率P KW 转矩T Nm 转速N rmin 传动比 i效率名称输入输出输入输出电动机202732094
