抽油机选型设计应该注意的几个问题

冲程对抽油机尺寸的影响显著，抽油机设计时，增加冲程比增加悬点
载荷困难，从抽油机制造成本的角度，增加冲程需要增加抽油机的高
度、长度等几何尺寸，同时也增加了结构件的受力，这将会大大增加
抽油机的制造成本。可见，制造长冲程的抽油机，比制造大负荷的抽
油机更为困难。
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参考文献 ［１］ 陆剑中，孙家宁．金属切削原理与刀具．机械工业出版社 ［２］ 成都工具研究所．刀具标准汇编．机械工业部出版社 ［３］ 吴国梁．铣工职业技术手册．江苏科学技术出版社 作者简介 刘晓燕（１９８１－），女，助教，常州轻工职业技术学院机 械系教师。
（收稿日期：２０１０－０８－１６）
（４）建立工件坐标系测量特征。①探针标定。②测量水孔，测 ４点。③测量第１主轴孔前端面，同１位置测３次。④测主轴承座，右１－ 左 ２－右 ３－左 ４－右 ５－左 ６－右 ７ ， 各 测 １ 点 。 ⑤ 测 量 右 １ 和 右 ６ 上 咬 口 （４６２ｍｍ），各测３点
部分程序如下： …… Ｎ１１６Ｚ１０．
（接８９页）②主轴承座螺孔、定位销孔精度及位置尺寸。 检查工序二 ＯＰ１００：①测各档主轴孔孔径、直线度；②测左右
各档凸轮孔孔径、直线度；③测左右惰轮孔孔径、直线度；④Biblioteka Baidu其他 各孔、面精度。
检查工序三 ＯＰ１２０：①测左右各档气缸孔孔径，测气缸孔各孔 中心距；②测顶面各孔孔径；③测顶面各孔中心距；④测各螺孔精度 及其他。
参考文献
［１］ 万仁溥，罗英俊主编．采油技术手册（第四分册）．石油工业出版社
［２］ 万仁溥主编采油工程手册． 精要本．石油工业出版社
［３］ 张琪． 采油工程原理与设计．石油大学出版社
作者简介 陈峰，工程师，现任胜利油田东胜公司高级工程师，西
南石油大学硕士研究生。
（收稿日期：２０１０－０８－０４）
悬点位移Ｓ（ｍ）
图４
图５
（３）可靠性要高。目前，按照油田的习惯，其无故障工作时间
应该在５年以上，这就要求抽油机系统能够实现可靠上下行程的次数
达１～２×１０７，如果使用导轨，其行程达１０万公里以上，这对换向系
统和移动装置，均有较高的要求。
（４）抽油机有正常工作和启动两个状态。启动时，抽油机的悬
点没有负荷，抽油机需要通过自身能力，将平衡系统举到高势能位
按照上述分析，新设计抽油机时，特别是抽油机选型时，首先应 该考虑的是满足油田的需求，有足够的寿命和可靠性。因此，这几 年，人们已经逐渐从节能设计，转向经济设计，既设计经济型抽油 机，换言之，设计抽油机时，在满足油田对抽油机冲程、悬点载荷、 冲次要求的条件下，主要考虑如何提高抽油机的寿命，减少故障。
３ 结论
技术创新
２０１０年第１ ０期 90
抽油机选型设计应该注意的几个问题
陈峰
（西南石油大学研究生院）
摘 要 本文在对目前抽油机设计的现状和发展进行讨论与分析的基础上，对抽油机设计中的一些理论问题进行了探讨，得出抽 油机设计的理念，已经逐步从节能转向经济。
关键词 抽油机 选型设计 注意问题
抽油机是油田机械采油的主要设备，与抽油杆、抽油泵一起，构 成有杆抽油系统，成为油田机械采油的主力。据有关资料介绍，我国 油田油井中，机械采油井数占油田总井数的９０％以上，其中，８０％以 上是有杆采油系统，产液量占油田总产液量的７５％以上。停井事故 中，约５％以上是由抽油机故障所致。国外油田抽油机井所占比例更 高，但停井事故中，抽油机故障所占比例较低。可见，开展抽油机设 计方法与改善性能的研究，对于提高采油效益，降低油田成本，有重 要意义。
置，这比一般机器满负荷启动更为恶劣。一般讲，这时所需要的力
矩，是正常工作的２～３倍以上，可见，如果用抽油机本身的动力进行
启动，需要配置较大的动力系统。
因此，要设计一台满足油田要求的抽油计，必须对抽油机的工作
环境，有较深入细致的了解。
２ 抽油机设计理念变化
自上世纪我国开始自行设计抽油机以来，抽油机设计的理念，从 简单模仿到自主创新，走过了不断发展变化的道路。前些年，由于种 种原因，我国抽油机设计中，曾经推崇以节能作为设计的目标，这种 思想，极大的影响了抽油机设计的正常发展。实际上抽油机是三抽设 备系统中的一环，设计抽油机，主要是设计换向装置和平衡系统，这 些，也只是抽油机中的二个部分。三抽系统的示意图如图６所示，从 图可知，系统的效率是由泵、抽油杆、井口、抽油机、输油管路等部 分的效率连乘得到的，抽油机的效率也是由电机、带、减速箱、换向 机构的效率连乘得到的。因此，提升抽油机换向机构的效率，并不能 大幅度提升三抽系统的效率。该三抽系统的效率可用下式计算：
检查工序四 ＯＰ１３５：测各面各螺纹孔精度。 ４．３ 三坐标测量的流程
清洁运输小车→用起重机将机体及夹具吊运至运输小车上→机体 及夹具定位找正→塞尺检查定位→如果不能接受，重新定位→机体随 小车进入ＣＭＭ→按程序测量机体→测量结束后，打印测量结果→评 审测量结果→如果测量结果不理想，重新测量或报告质量工程师→机 体运出ＣＭＭ。
上、下冲程悬点上均受到向下的载荷，因此，为了使抽油机的驱动系
统正常工作，必须设计平衡系统，使得在上下冲程中，抽油机的驱动
系统均处在工作状态。由于示功图的多样性，经平衡后，驱动系统上
的载荷，仍不能保证是常数，如何设计平衡系统，使得平衡后驱动系
统的载荷波动较小，就成为平衡设计的关键。按照这一观点，抽油机
（收稿日期：２０１０－０８－０６）
通过以上分析，我们可得出如下结论。①油田使用的抽油机是在 一种及其复杂的环境下工作的机械，是三抽设备中重要的一环，其可 靠性是设计的最高要求。②三抽系统是有多个部分组成的串联系统， 在该系统中，游梁式抽油机换向系统本身的效率是比较高的，靠单纯 提高某一部分的效率，提升整个系统的效率是有限的。③选择抽油机 换向系统的关键是考察该换向装置的可靠性、其动力性能对其他系统 的影响等因素。
（５）测量主轴承座。 （６）测量定位销孔，一层测４点。 （７）测量主轴承座前后端面，每 侧各测３点。 测量程序略。 计算机显示测量路径图如右图：
５ 结论
采用三坐标测量机进行ＧＥＶＯ１６型柴油机机体的检测，可以大幅 度提高检测的精度，更客观的保证产品的加工精度，通过三坐标测量 机的检测数据，质检人员可以直接通过数据迅速判断产品是否满足验 收要求。为质检人员提供详实的数据，为生产一线人员提供生产指导 数据。为产品加工过程是否可控提供了一套可分析的方法。通过对检 测数据的分析，还可以对影响加工过程的因素进行分析，对影响加工 过程的不良因素的排除，可以提供一定的指导意义。
例举第一道测量工序ＯＰ６５： （１）测量机体温度。 （２）清洁所有测量面。用蘸有清洁剂的抹布全部清洁一遍，然 后，再用干抹布清洁全部一遍，每次抹布使用后需要清洗 。 （３）铸件号和夹具号输入计算机。
（接９０页）有时还会出现能耗增加的现象。但结构复杂的新型换向机 构，其可靠性下降，无故障工作时间缩短，将使得油田维护抽油机工 作量大大增加。由于抽油机故障造成的停井数明显增加，出现了不少 新型抽油机可能节电，但不能节约成本和增加效益的现象，即：节电 不节成本，有时，还会大幅度增加成本。从理论分析和实践都表明， 抽油机节能是有限的，抽油机设计不能以节能作为主要目标，应该以 经济作为主要目标。
３ 下刀方式改进并试刀
根据以上数据及材料分析，在加工时改进了下刀方式，在Ｍａｓｔｅｒ ＣＡＭ中，加下斜下刀，在图６标记处 选择Ｒａｍｐ（斜下刀）。
由国标中，查得Φ４立铣刀后角 为１８°。为保证其实际切削后角为正， 切入角应小于１８°，故我选１０°。在 如图７标记处将ａｎｇｌｅ改成１０°，刀具 路径如图８。
Ｎ１１８Ｇ１Ｚ０．Ｆ５００． Ｎ１２０Ｙ－１９．７４５Ｚ－２．６Ｆ３００ Ｎ１２２Ｙ－２５． …… 经此改进后，断刀现象就消逝了，接刀痕迹也小了很多。
４ 结语
下刀方式的优选及参数的优化对金属切削加工具有重要意义。在 各ＣＡＭ软件中被充分应用，但各软件中并没有说明各参数的选用及 其选用原理。笔者在论文中发表了一点浅见，希望对大家的加工有所 帮助。
斜下刀与螺旋下刀只有数控机床才能实现。下刀时，刀具的主切 削刃为圆周切削刃，当下刀切入角或者下刀螺旋角选择适当时，端面 切削刃基本不切削，切削状况好，但斜下刀时需要很长的下刀空间， 螺旋下刀需要圆的下刀区域，且下刀路径长，效率低，斜下刀适合直 槽（且槽宽较小）加工，而螺旋下刀适合加工大槽。要取得好的切削 状况，下刀切入角（下刀螺旋角）应小于刀具端面切削刃后角。
尽管靠设计复杂的换向机构，实现节能是有限的，
技术创新
２０１０年第１０期 108
开，如图，下刀原理与斜下刀一样，其切入角α＝螺旋角β。故螺旋 下刀时，下刀螺旋线的螺旋角直接影响切削状况，其螺旋角应小于刀 具端面切削刃后角γ｀０。
总而言之，垂直下刀时，刀具路径最短，下刀效率最高，但主切 削刃为端面切削刃，立铣刀中心无切削刃不能使用。切削刃过中心的 立铣刀和键槽铣刀在下刀时，端面切削刃中心一点切削刃后角为大负 后角，中心点线速度Ｖ＝０且切屑向上排出，切削液难以进入，不利冷 却，切削状况最差。
图１
图２
图３
（２）抽油机的载荷变化大，需要设计专门的载荷平衡系统。不
同配置的抽油机，应该适应不同的油藏环境和开采工艺。由于油田地
质情况、采出液的物性有较大差异，不同油田对抽油机的配置有较大
的差异。设计抽油机时，主要是考虑抽油机悬点的载荷变化规律，该
变化规律称为示功图，典型示功图如图４所示。从图４可知， 抽油机
（１） 式中： －系统的总效率； －电机的效率； －带传动的效率； －减速箱的效率； －换向系统的效率； －井口密封的效率； － 抽油杆系统的效率； －油管系统的效率； －抽油泵的效率； －输 出管线的效率； －节流管汇的效率。上述效率中，如果假设：电机 的效率为０．８２～０．８５，带传动的效率为０．９５，二级齿轮减速箱的效率 为０．９５，井口密封的效率为０．８５～０．９５，抽油杆系统的效率为０．８５～ ０．９０，油管的效率为０．９５，抽油泵的效率为０．７５～０．９０，输出管线的效 率为０．９０，节流管汇的效率为０．９，则即使换向系统的效率为１，其系 统效率也仅为０．３１～０．４５，可见，单靠改变换向系统，大面积节能是 不可能的。 从理论分析可知，目前某型号游梁式抽油机换向机构的效率如图 ７所示，从图可知，由曲柄摇杆机构为换向机构的游梁式抽油机，其 换向机构的效率并不低。可见，靠改变换向装置的类型，提升三抽系 统的效率是有限的。
的平衡系统，距井口越近越好，如图５所示气平衡抽油机，构件受力
和平衡效果将优于常规抽油机。图４所示的示功图，其基本特征是载
荷的最大值、面积、冲程、静变形量等，其中载荷最大值和冲程决定
抽油机的结构件强度和抽油机的尺寸，其值越大，对结构件的强度要
求越高；冲程与载荷最大值对结构件强度的影响是同量级的，但是，
１ 抽油机应满足的基本要求
（１）满足野外２４小时连续工作。无论是风、雨、雾还是高温、 低温环境，抽油机均应能够正常工作。因此，这就对其控制系统、润 滑系统等要有较高的适应性。如图１所示的电机换向抽油机，需要使 用较为复杂的电气控制系统，该系统就应该考虑如何满足野外恶劣工 作环境的考验，同时，如果光杆断裂，应该设计应急停车装置，保证 其平衡块不会自由下落，造成事故。对于图２所示的抽油机，由于选 择的换向机构结构复杂，润滑点多，特别是使用了移动副，就有可能 降低其可靠性。移动副本身的滑动摩擦特性，对导轨安装精度的要求 高，这也对制造质量有较高的要求。图３所示的旋转驴头抽油机，增 加了润滑点，其寿命和维护性就有所下降。可见，从实用性能上讲， 能够实现直线运动系统的选择，应该是越简单越好。