抽油机平衡扭矩与功率计算

第三节抽油机平衡、扭矩与功率计算

一、教学目的

掌握抽油机的平衡原理、平衡方式；熟悉机械平衡的计算方法、抽油机平衡的检验方法以及曲柄轴扭矩计算及分析方法；根据电动机的功率计算合理选用电动机。

二、教学重点、难点

教学重点：

1、抽油机平衡的原理及其计算方法；

2、曲柄轴扭矩的计算及分析。

教学难点：

1、扭矩因数的计算；

2、电动机功率的计算及选择。

三、教法说明

课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和曲线。

四、教学内容

本节主要介绍三个方面的问题：

1.抽油机平衡计算.

2.曲柄轴扭矩计算及分析.

3.电动机的选择和功率计算.

（一）抽油机平衡计算

不平衡原因：

上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所做的功

不相等。

不平衡造成的后果：

①上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着电动机运转，造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命；

1

2、平衡方式

3、平衡计算 1)复合平衡

平衡半径公式:

()cb c c

cb b ub cb l r W W R W r b c W X W r b a W W R -+-⎪⎭⎫ ⎝

⎛'+'=2 2)曲柄平衡

ub r b X c

a W W W -'

+'=)2(1

4、抽油机平衡检验方法 1)测量驴头上、下冲程的时间

平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。

如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。 2)测量上、下冲程中的电流

平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。

如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。

1ψ

图3-23 抽油机几何尺寸与曲销受力图

复合平衡抽油机：φβ

α

θsin sin sin )](cos ['r W r g a a c W b c P b a M c A b

com ---= 曲柄平衡抽油机：φβ

α

sin sin sin r W r P b a M c cr '-= 游梁平衡抽油机：βα

θsin sin )](cos [r g a a c W b c P b a M A b wb

--=

不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式：

简化条件：忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。

复合平衡抽油机: φsin )]([max c b com M W a

c

B P TF M -+-=

曲柄平衡抽油机：φsin )(max c cr M B P TF M --=

23

4、扭矩曲线的应用

冲程百分数：

t b b PR ψψψψ--=

b ψ—驴头在下死点位置时的ψ角

5

3）最大峰值扭矩发生在曲柄转角为90︒时。

)(4

)(2min max max max P P S

C P S M e I

-=-= 有效平衡值e C ：抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生的平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。

r R W R W a

b

W a c B C c c cb b e /)(+++=

在平衡条件下：

2

)(min max P P C e +=

（2）计算最大扭矩的经验公式 苏联拉玛扎诺夫于1957年提出：

)(236.0300min max max P P S S M II -+=

根据国内油井扭矩曲线的峰值建立的经验公式：

)(202.01800min max max P P S S M III -+=

（三）电动机选择和功率计算

1、电动机功率计算

电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽油设备与油层生产能力。 游梁式抽油装置的特点：

a.负荷是脉冲的，而且变化大；

b.启动条件困难，要求有大的启动转矩；

c.所用的电动机功率不太大，但总的数量大；

d.在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。

目前国产抽油机所选配的电动机大多是高起动转矩系列的三相异步封闭式鼠笼型电动机。

电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为：η9549Mn N r =

由于抽油机悬点载荷是变化的，所以电动机功率与传到曲柄轴上

的扭矩也是变化的，因此在变负荷条件下，电动机选择的一般是根据扭矩的变化规律，按等值扭矩来计算，即：

η

9549n M N e r =

等值扭矩Me ：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，使其

2η86400

86400HP l t H ==

光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要的功率。

(1) 根据实测示功图准确计算：100060100

⨯⨯⨯=l Asnc HP PR

(2) 根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。

(3) 光杆功率计算的近似计算：100060⨯'=Sn W HP l PR

五、教学后记、

通过本节的学习，大多数学生都了解了抽油机的平衡原理、平衡方式；熟练掌握机械平衡的计算方法、抽油机平衡的检验方法以及曲柄轴扭矩计算及分析方法；能够根据电动机的功率计算合理选用电动机。

六、教学参考书

1、张琪，采油工程原理与设计；

2、崔振华等编， “有杆抽油设备与技术”系列丛书。 七、复习思考题

1、抽油杆平衡准则是什么？对不同机械平衡如何确定平衡半径或平衡重？

2、抽油机按扭矩平衡，其准则是什么？如何确定平衡半径或调