抽油机悬点运动规律及载荷分析

第二节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：

sr2?(?1?)a（3-12）max2l?0?sr2?(1??)a?（3-13）抽油机悬点载荷计算与分析二、（一）静载荷

max2l???

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：

?gfLW?qLg（3-21）＝srrr对于多级抽油杆：

┅)?Lg?Lq(?Wq22r11rr

——抽油杆柱的重力，N；式中W r2——；抽油杆的截面积，m f r——抽油杆柱的长度，m；L

3——??。抽油杆材料（钢）的密度，m?7850kg/ss——每米抽油杆的平均质量，

kg/m；（可查表3-1）q r——、q用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m；q2r1r、L——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m。L21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： ??)gL(?W??f或（3-23）bWqLgb??W?lrsrrrr——抽油杆柱在液体中的重力，N；式中?W r??l?s?b――抽油杆的失重系数?s3——?mkg/；当原油含水时，可用下式近似计算：抽汲液体的密度，l???f)?(1??f

（3-24）wlwow3——?m/kg；原油密度，式中o3——?mkg/；水的密度，w——f 原油含水率，小数。w2．液柱载荷

上冲程作用在悬点上的液柱载荷为：

?gL?f)W?(f（3-26）llrp——W液柱载荷，N；其它符号同前。式中l下冲程液柱载荷不作用在悬点上。

．上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷3．

—W???WW?W llrr?????gL(f?f)gLfg?LfLg()f—==＋lrplplrsrs，简称为转移载荷。?W l由以上推导可知，上冲程的静载荷：

(3-27)

??W??WW?W lrrl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，井内液体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，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：

F?Pf?(p??p)f（3-28）psiinp——pF作用在活塞上产生的载荷，N；吸入压力式中ni——p吸入压力，Pa

n2f；——活塞截面积，m P——p沉没压力，Pa；s——p?液流通过泵的入口设备产生的压力降，Pa；i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

F?p(f?f)）上冲程增加悬点载荷：3-29（rpBBu

下冲程减小悬点载荷：（3-30）fF?p rBdB——井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N；式中F Bu——井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N；F Bd ——井口回压，Pa；其它符号同前。p B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：

W r a?P（3-31）AGr g液柱的惯性力为：

W l?a?P（3-32）AGl g——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数：ε式中f?f rp??ff?rtg——油管的流通断面面积。

式中f tg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，悬点向上减速运动，后半冲程，增加悬点载荷；惯性力向下，悬点向上加速运动，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：

2?snWWWrnrsrs22u2?rrr(1?)?()(1?)P?(1??)（3-33）

Gr g2lg260l1790l2snW ur P?4?1/r/l若取（3-34）时：Gr1440下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：

?rr)?(1?)??P??(1 3-35）（Gr l1790g2l上冲程液柱2rsnrWWs d2

引起的悬点最大惯性载荷为：

???ll??1)1?)P?((）（3-36 Gl ll1790g2 2snWWrsr u2

下冲程中液柱不随悬点运动，因而没有液柱的惯性载荷

uuu?P?PP上冲程中悬点最大惯性载荷为：GGrGldd?PP下冲程悬点最大惯性载荷为：GrG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