抽油机悬点载荷的计算

抽油机悬点运动规律及载荷分析

一、游梁式抽油机悬点运动规律

四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁为三个活动

杆所组成的四连杆机构。如图3-21所示，

抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在不断改变。上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减速运动，加速度方向向下。下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下；后半个冲程为减速运动，加速度方向向上。

其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零。

上下死点处的最大加速度分别为：

（3-12）

（3-13）

二、抽油机悬点载荷计算与分析

（一）静载荷

1．抽油杆柱载荷

上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为：

＝（3-21）

对于多级抽油杆：

式中——抽油杆柱的重力，N；

——抽油杆的截面积，m2；

L——抽油杆柱的长度，m；

——抽油杆材料（钢）的密度，。

——每米抽油杆的平均质量，kg/m；（可查表3-1）

——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m；

——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m。

下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮力：

或

（3-23）

式中——抽油杆柱在液体中的重力，N；

――抽油杆的失重系数

——抽汲液体的密度，；当原油含水时，可用下式近似计算：

（3-24）式中——原油密度，；

——水的密度，；

——原油含水率，小数。

2．液柱载荷

上冲程作用在悬点上的液柱载荷为：

（3-26）式中——液柱载荷，N；其它符号同前。

下冲程液柱载荷不作用在悬点上。

3．上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷

—

=＋

— =

，简称为转移载荷。

由以上推导可知，上冲程的静载荷：

(3-27) 上、下冲程静载荷随悬点位移的变化曲线：

图3-29 静载荷随悬点冲程变化的曲线

4．其它静载荷

1）沉没压力对悬点载荷的影响

沉没压力：泵的吸入口沉没在液面以下一定深度，该处的压力称为沉没压力。

吸入压力：上冲程中，在沉没压力作用下，井液体克服泵的入口设备的阻力进入泵，此

时液流具有的压力称吸入压力。

吸入压力作用在活塞底部而产生向上的载荷为：

（3-28）式中——吸入压力作用在活塞上产生的载荷，N；

——吸入压力，Pa

——活塞截面积，m2；

——沉没压力，Pa；

——液流通过泵的入口设备产生的压力降，Pa；

下冲程中，吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。

2）井口回压对悬点载荷的影响

上冲程增加悬点载荷：（3-29）下冲程减小悬点载荷：（3-30）式中——井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N；

——井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N；

——井口回压，Pa；其它符号同前。

由于沉没压力和井口回压在上冲程中造成的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，

所以在一般计算中可以忽略这两项。

（二）动载荷

1．惯性载荷

根据牛顿第二定律可得：

抽油杆柱的惯性力为：

（3-31）

液柱的惯性力为：

（3-32）

式中ε——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数：

式中——油管的流通断面面积。

惯性载荷对悬点载荷的影响分析

由图可以看出，惯性载荷的方向及对悬点载荷的影响为：上冲程前半冲程，悬点向上加速运动，惯性力向下，增加悬点载荷；后半冲程，悬点向上减速运动，惯性力方向向上，减小悬点载荷，下冲程前半冲程，悬点向下加速运动，惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程，悬点向下减速运动，惯性力向下，增加悬点载荷。由图中可以看出，在上、下死点处惯性载荷对悬点载荷的影响最大，而在二分之一冲程处，惯性载荷为零。

上冲程中抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：

（3-33）若取时：

（3-34）

下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：

（3-35）

上冲程液柱引起的悬点最大惯性载荷为：

（3-36）

下冲程中液柱不随悬点运动，因而没有液柱的惯性载荷

上冲程中悬点最大惯性载荷为：

下冲程悬点最大惯性载荷为：

注：当液柱中含气比较多且冲数比较小时，可忽略液柱引起的惯性载荷。

2．摩擦载荷上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷

对抽油机悬点载荷有影响的摩擦力包括以下五个方面：

（1）抽油杆柱和油管柱的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下冲程减小

悬点载荷。

（2）活塞与衬套之间的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬

点载荷。

（3）液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载荷。

（4）液柱与油管之间的摩擦力，发生在上冲程，方向向下，增加悬点载荷。（5）液体通过游动阀的摩擦阻力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载荷。

3．振动载荷

在计算抽油机悬点最大载荷时，一般不考虑。

三、悬点最大和最小载荷

悬点的最大载荷：

（3-37）或

（3-38）

悬点的最小载荷：

（3-39）