GBT 游梁式抽油机》(征求意见稿)讲解（定稿）

第一篇：GBT 游梁式抽油机》(征求意见稿)讲解（定稿）

GB/T ××××-××××《游梁式抽油机》（征求意见稿）

编制说明

一、任务来源和工作简况

国家标准化技术委员会将《游梁式抽油机》国家标准的制定工作下达给全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会（以下简称油标委）和中国石油渤海装备制造有限公司（以下简称渤海装备公司），项目编号为200910219。

2009年3月12日，在南京召开的标准协调会议上，成立了抽油机工作组，由油标委秘书处直接管理，开展抽油机标准的研究、制定工作。参加会议的有渤海装备公司、中国石油集团科学技术研究院江汉机械研究所、郑州机械研究所、大庆油田装备制造集团、石油工业标准化研究所、长庆油田分公司机械制造总厂（该单位于2010年4月16日后加入参与单位行列）等单位的代表和秘书处秘书长高圣平、高级工程师张玉荣、工作组组长郭东共12人出席了会议。经油标委研究决定，由渤海装备公司牵头完成《游梁式抽油机》国家标准的制定工作，会议还确定了工作组的人员构成和该标准的起草原则。前期由河北华油一机抽油机有限公司牵头编制的《游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸》行业标准作为《游梁式抽油机》国家标准总标准附录的一部分。在此之前，油标委和渤海装备公司组织各有关生产厂家对该标准的制定做了大量的准备工作。

第一次会议后，经过对国际先进标准ISO 10431《石油及天然气工业-抽油机规范》、API SPEC 11E-2008 《抽油机规范》的理解和消化以及将其与SY/T5044-2003的对标，并根据当前国内企业生产实际与用户的需求起草了本标准草案，形成了标准初稿，将其发放给各参与修订的单位和人员。2009年11月11日至12日，油标委和渤海装备公司在天津塘沽召开了标准制定工作第二次会议，各参与起草单位派人员参加，在会上五家单位代表对标准初稿进行了讨论，并达成了共识，会议还确定和落实了各单位承担的工作，根据各方对初稿的意见和反应，形成了目前的标准意见稿。

二、标准编制原则

1、采标原则：采用国际或国外先进国家标准，指标应不低于其水平。

2、WTO/TBT原则：标准应为产品参与国际竞争创造条件，在有利于产品出口的同时，对国外产品的进入形成技术壁垒。

3、技术先进、合理原则：力求体现技术先进、合理，既符合我国国情，又能最大限度的满足使用要求。

4、贯彻落实国家环保节能方针：降低游梁式抽油机能耗水平。

三、采标情况

本标准的编制确定以API SPEC 11E 《抽油机技术规范》和SY/T 5044-2003《游梁式抽油机》为主要参考标准。

四、标准的编制内容说明

1、标准名称

本标准的名称确定为“游梁式抽油机”，标准号待定。

2、适用范围

本标准适用于游梁式抽油机的设计、制造、检验。

3、规范性引用文件

与SY/T5044-2003 相比，在规范性引用文件部分增加GB/T 2650 焊接接头冲击试验方法、GB/T 2651 焊接接头拉伸试验方法、GB/T 2653 焊接接头弯曲试验方法，去掉了一些关于维修和润滑的标准，同时更新了相应的作废标准。

4、术语和定义

与SY/T5044-2003 相比，增加了“游梁平衡角”、“变异游梁式抽油机”、“扭矩指数”的术语和定义，取消了术语和定义“平均首次故障时间”、“平均无故障工作时间”、“当量故障率”、“平均维修时间”，将术语和定义“曲柄平衡角”代替原来的“平衡角”。

5、产品的分类与命名

增加变异游梁型抽油机类别和类别代号；

增加抽油机基本参数表（表1），并允许表中三项参数进行交叉组合以解决原表格无法穷尽所有抽油机规格代号组合问题，并将常用的抽油机规格列入到表2中。

抽油机基本参数表（表1）的表头“型号及规格”改为“规格代号”，游梁式抽油机减速器参数表（表3）中参照API11E减速器系列去掉89kN.m规格减速器，并将减速器额定扭矩公英制同时列出。

6、抽油机零部件的设计要求

与SY/T 5044-2003相比，该章内容修改采用API 11E内容，用于规范抽油机的设计。该节内容与API11E相比，所有结构件都采用安全系数表示法，所有公式增加了适合公制单位的一套公式，单位均采用公、英制单位。SY/T 5044-2003原技术要求内容放入新增的抽油机及抽油机零部件制造要求章节。

6.1 游梁

CA游梁的安全系数不小于3.3，游梁材料的屈服强度σs不得小于235MPa。在游梁结构的2和2范围内，受拉翼侧不得有引起应力集中的孔眼和焊缝等，如图1所示。

图1

同API11E相比，工作应力的极限值基本相当；材料屈服强度性能考虑国内实际，略微偏低（API11E为36000磅.英寸2，约合248MPa）；对游梁制造提出了要求。6.2减速器

同API11E相比，增加了双圆弧齿减速器的设计计算，删除了计算渐开线齿轮减速器额定扭矩时计算I、J精确值的描述和说明。6.3 扭矩指数

增加和扭矩指数的计算公式和判断依据，确保在抽油机节能指标的实现。体现抽油机节能水平的设计指标，为新增内容。抽油机及抽油机零部件制造要求

包含原SY/T5044技术要求内容，对该部分内容结构进行了调整，增加如下内容： 7.1 增加了对外露螺栓的要求。

7.2 增加了对整机运转平稳性、驴头平稳性、连接螺栓可靠性要求

7.3 给出了抽油机冲程在大于6 m 时，对抽油机支架振幅、驴头悬点投影、曲柄剪刀差的要求。7.4 悬绳进行型式试验和出厂试验的拉力的取值由原来悬绳的断拉力计算以点载荷计算。7.5 增加了后驱动绳连接强度检验的要求。7.6 增加了对多根钢丝绳长度偏差的要求。

7.7 对轴、齿类等关键零件的检验项目提出了金相组织的要求。7.8 增加了对双圆弧齿轮减速器硬度差的要求

8、试验方法及检验规则

列表表示了各个检验项目的检验方法，并对型式检验、出厂检验、过程检验的检验项目分别进行了列表，使读者更加容易操作。

明确了减速器的出厂试验方法和时间。修改了减速器型式检验的加载时间和百分比。调整了整机型式检验和出厂检验的时间要求。9 标志、包装和贮存

与 SY/T5044相比

9.1 修改了抽油机散附件、工具、随机文件以及配套件包装在木箱内的要求。9.2 增加了减速器铭牌的要求

9.3 增加了在底座横撑上提供游梁中心线垂直投影的要求。10 附录部分修改

附录 A 替换了作废技术标准。（与 SY/T5044相比）

附录 B由新修订的版本替代，该版已经通过审定。（与 SY/T5044相比）附录 C 增加了制造商用减速器数据表；（与 SY/T5044相比）添加了底座基础配筋示意图，作为附录D 附录E 借鉴了原Y/T 5044-2003 的附录F的内容，同时增加了变异游梁型抽油机的几何关系图和相关计算公式。

附录 F修改采用了API 11E-2008的附录G,对公式和单位进行了转化。附录 G等同采用了API 11E-2008的附录H。10 其余。

五、标准水平分析

本标准是在全面对比API SPEC 11E-2008 《抽油机技术规范》国际先进标准和SY/T 5044-2003《游梁式抽油机》的基础上，结合国内抽油机技术现状完成的。设计要求部分参照API SPEC 11E 《抽油机规范》进行，并根据目前国内机械设计惯例对部分条款进行了修改。本标准绝大多数指标达到国际和国外同类标准水平，许多指标还高于国际和国外同类标准。本标准较之API SPEC 11E 《抽油机技术规范》和SY/T 5044-2003《游梁式抽油机》能够更加完整、并更具有操作性。本标准水平自评为国际先进水平。

2010年8月15日

《游梁式抽油机》国家标准编制组

第二篇：游梁式抽油机基础知识

二、判断题：

（×）

1、盘皮带时，允许戴手套，不能用手推压皮带。

（×）

2、在抽油机上操作时，必须选择安全合适的位置，操作位置距地面超过2.5m时，必须系好安全带，同时防止工具掉落。

（√）

3、抽油机操作施工前，必须检查调整刹车，确保刹车灵活好用。（√）

4、盘车时，操作人员必须相互配合，由技术素质高者控制刹车。

（×）

5、装、卸光杆方卡子时，抽油机刹车必须刹紧，操作者面向抽油机处于安全操作位置，可以手抓光杆。

（√）

6、开机前检查抽油机各部件的固定螺丝、轴承螺丝、驴头销子螺丝、曲柄差动螺栓、平衡块螺栓、曲柄销子螺丝及保险开口销无松动现象；（×）

7、新投井的管线没有必要按设计要求试压。

（×）

8、开机前检查减速箱内机油确保其未变质，油面应在1/3处。

（√）

9、抽油机运转方向调整正常后利用抽油机曲柄平衡块的惯性，分1-2次启动电机，使抽油机正常运转。

（√）

10、抽油机开抽后检查，应听各连接部位、减速箱、电器设备、轴承等有无异常声音，井口有无碰泵声音。

（√）

11、对长停井要及时组织回收电器、抽油机和井口等有关设施。如为报废井则连地面管线也应全部回收。

（√）

12、对安装有水套炉的井，需对管线预热时应提前2-4h将水套炉加够水，点火加温。当无法点火预热时（如无气源）可用水泥车向管线泵热水预热管线。

（×）

13、上行过程中用手背试光杆温度是否正常，光杆过热则调紧盘根盒压帽。

（√）

14、在关井停抽前应录取各项资料，记录在班报表上，对结蜡较严重的井应提前热洗一次。（√）

15、冬季停井后应扫线，扫线后关闭计量站该井进干线及进分离器闸门。

（×）

16、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深在1000m以内，每100m泵深约提8cm防冲距（×）

17、新投产井或作业井确定防冲距的原则：泵深大于1000m，每100m泵深约提10cm防冲距。（√）

18、对防冲距不合适的生产井，可根据示功图计算应调整距离。

（√）

19、调防冲距时穿戴劳保用品、选择与光杆直径匹配的备用方卡子总承、钢卷尺、活动扳手、管钳、钢锉、榔头、绝缘手套等。

（×）20、调防冲距时，按“停止”按钮，将驴头停在适当位置：若调大防冲距，则驴头停在便于操作的最大位置，若调小防冲距，则停在接近上死点位置。刹车，侧身切断电源。（×）

21、调防冲距时，卸掉盘根盒上的备用方卡子，不用将光杆上的毛刺锉光。

（√）

22、如遇油井有喷势或光杆密封器关闭不严而出现油气渗漏，则应在计量站将该井放空卸压，并打开井口取样闸门放空。

（√）

23、加盘根时应均衡关闭光杆密封器两翼丝杠，注意让光杆在盘根盒内处于中心位置。（×）

24、更换井口盘根时应穿戴劳保用品，准备与光杆直径匹配的胶皮盘根5-6个，并用钢锯按顺时针方向锯开45°切口。

（×）

25、更换井口盘根时，若井口尚微有喷势宜留下底部2-3个旧盘根不掏出。（√）

26、当示功图反映抽油泵有砂卡现象，应对油井进行洗井冲砂。（√）

27、热水洗井清蜡时，入井液温度需要达到70℃以上。

（×）

28、油井洗井时，应选用对油层没有伤害的洗井液，洗井液量为井筒容积的1-2倍。（×）

29、油井洗井时，同时监测油井出油温度，达到蜡熔点以后继续泵入井内的洗井液量必须小于井筒容积。

（√）30、油井洗井时，准备锅炉车一部，摆放在距井口10m以外便于操作的安全位置。（×）

31、热洗过程中可以停抽。（√）

32、油井清蜡热洗时，起动锅炉车开始加热，待锅炉车出口压力为0.1Mpa时缓慢打开套管闸门。

（√）

33、调整抽油机防冲距时，在光杆上做记号，记下悬绳器上原方卡子所在位置。（×）

34、抽油机井碰泵操作时，松开原方卡子，使悬绳器上升到比防冲距大5-10cm位置重新卡紧。

（√）

35、抽油机井碰泵操作时，松刹车，启动抽油机，使活塞碰击固定凡尔座3-5次。（√）

36、抽油机井操作完毕后，启动抽油机，观察出液正常后方可离开。

（√）

37、抽油机井碰泵时，穿戴劳保用品，准备管钳、活动板手、小榔头、钢锉、绝缘手套、与光杆直径相匹配的方卡子总承等。

（×）

38、憋压操作过程中可以不穿戴劳保用品。

（√）

39、憋压操作需要准备6Mpa压力表（带表接头），活动扳手、丝扣布等工具。（×）40、憋压操作中，待回压上升到5.0Mpa时停抽油机。

（×）

41、憋压操作中，待回压上升到4.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

42、憋压操作中，缓慢关闭回压闸门，观察回压变化。

（×）

43、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察15min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（×）

44、憋压操作中，待回压上升到6.0Mpa时停抽油机，观察10min内回压变化情况并记录，打开套管闸门。

（√）

45、带压换回压表操作中，应关闭回压表截止阀，缓慢卸松井口原回压表。（×）

46、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根，应用钢锯按顺时针方向锯开55。切口。（√）

47、更换光杆密封器需准备的胶皮盘根必须与光杆直径匹配。（×）

48、卸旧光杆密封器前，停抽、将驴头停在接近上死点位置。

（×）

49、更换光杆密封器时，应按照顺时针方向掏尽盘根盒内旧盘根，将盘根盒卸离光杆密封器。

（√）50、井口放空时，没喷势的油井，关回压闸门，打开取样闸门放空。（×）

51、关闭放空时，由计量站放空的井，关闭取样闸门，开回压闸门。

（√）

52、更换抽油机井井口盘根时，卸开盘根盒压帽，将压帽、压盖用细绳牢固系在悬绳器上，严禁用管钳别住。

（√）

53、更换光杆密封器时，应将光杆密封器装在井口三通上，盘根盒压帽压盖牢固系在悬绳器上。

（√）

54、更换抽油机传动皮带应准备：活动扳手、撬杠、绝缘手套、试电笔及规格合适的抽油机皮带。

（√）

55、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带后，用撬杠后移电机，调整前顶丝，使皮带松紧合适。

（√）

56、检查抽油机皮带松紧时，用手压法或上翻法检查皮带松紧度。

（×）

57、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“三点一线”。

（√）

58、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠前移电机，取下旧皮带。

（√）

59、更换抽油机传动皮带必须穿戴好劳保用品。（×）60、更换抽油机传动皮带后，启动抽油机，即可离开。（√）61、更换抽油机传动皮带必须准备试电笔。

（√）62、更换游梁式抽油机传动皮带时，安装新皮带，利用后顶丝调整电机皮带轮端面与减速箱皮带轮端面呈“四点一线”。

（×）63、更换游梁式抽油机传动皮带时，卸旧皮带，松开电机前顶丝和“T”形螺丝，用撬杠后移电机，取下旧皮带。

（×）64、选择抽油机减速箱机油时，夏季应选用20#机油。（×）65、更换抽油机减速箱机油，不需要全部放净。（×）66、更换抽油机减速箱机油，应准备一把600mm的管钳。（√）67、启动抽油机前，应先松刹车，戴绝缘手套侧身合闸送电。（×）68、加抽油机减速箱机油时，应将减速箱机油加满。（√）69、清洗抽油机减速箱应将箱底积聚的脏物清洗干净。

（√）70、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，应准备平衡块固定螺栓专用扳手。（×）71、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，不需要安全带。

（×）72、调整游梁式抽油机曲柄平衡时，可将曲柄停在大于10º的夹角处。

（√）73、抽油机井在运转过程中，上冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（×）74、抽油机井在运转过程中，下冲程负荷重时，应将曲柄向外调整，远离曲柄轴心。（√）75、平衡调整完后，待抽油机运转一段时间出油正常后，测电机电流，检查调整效果。（√）76、调整游梁式抽油机冲次时应准备皮带轮和拔轮器。（×）77、调整游梁式抽油机冲次时，不准用撬杠、大锤。（√）78、新装皮带轮内孔应用砂纸进行打磨除锈。

（√）79、安装皮带轮应清洗电机轴头和欲装皮带轮孔涂上润滑脂。（×）80、调整游梁式抽油机冲程时，可将曲柄停在上死点。

（√）81、调整游梁式抽油机冲程时应用铜棒敲击衬套和键，并清洗干净。（×）82、更换曲柄销子总承一般将抽油机曲柄停在左上方45°-60°位置。

（√）83、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙。（×）84、更换曲柄销子总承应准备曲柄销总承一套，衬套两个。

（×）85、更换曲柄销子总承时，曲柄销子轴承座内面与曲柄孔端面保持4-10mm的间隙，否则应调整轴承位置。

（×）86、更换曲柄销子总承只需准备的工具是套筒扳手、撬杠、大锤、活动扳手和锉刀。（√）87、更换游梁式抽油机曲柄销总承时，取下曲柄销总承和衬套后，应清洗曲柄孔并涂上润滑油。

（√）88、无衬套的曲柄销子可以直接装入曲柄孔内。

（×）89、更换游梁式抽油机电动机时，根据新换电动机底座孔距，调整抽油机电机位置。（×）90、更换游梁式抽油机电动机时，应调整滑轨、调整前顶丝使电机皮带轮和减速箱皮带轮端面达到“四点一线”。

（×）91、更换电机时只要牢固连接电机接线盒的电源线以及接地线，装好接线盒即可。（√）92、更换电动机应穿戴劳保用品，准备5t以下吊车一部，扳手、撬杠、大锤、电工工具和绝缘手套等。

（√）93、计算光杆功率公式中Fmax指实测最大负载。（√）94、计算光杆功率公式中S指光杆冲程。

（×）95、更换毛辫子的操作步骤启动抽油机时，应将驴头停在接近上死点位置。

（√）96、更换毛辫子操作前应穿戴劳保用品，准备安全带、管钳、锉刀、榔头、扳手、手钳、撬杠、棕绳，绝缘手套、与光杆直径匹配的备用方卡子总承等。

（×）97、更换毛辫子的操作步骤应首先停抽，但无须检查刹车灵活可靠

（√）98、更换游梁式毛辨子时，将悬绳器两侧的开口销拔出，取出钢丝绳，使悬绳器座在井口方卡子上。（√）99、游梁式抽油机更换毛辫子时应将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口，插入开口销固定。（√）100、更换游梁式抽油机毛辨子时，一人攀上驴头，系好安全带，将悬挂盘保险销拔出，卸松悬挂盘制动盖板的螺帽，撬松悬挂盘后，将保护板转至下垂位置，与地面操作人员配合将旧毛辫子取下，换上新毛辫子把保护板复位，上紧螺帽，装好开口销，解下安全带，将所用工具清理干净后，返回地面。

（×）101、更换游梁式抽油机毛辨子时，将钢丝绳两端装入悬绳器两侧的开口后，无须固定（×）102、如果抽油机毛辫子子打扭，可以不处理。

（√）103、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，严禁用管钳对扣。

（×）104、抽油杆对扣应准备环形抽油杆对扣器，并检查牙板的齿部及滑槽应完好，无异物，可用管钳对扣。

（√）105、抽油杆对扣准备应穿戴劳保用品，准备扳手、管钳、钢锉、钳形电流表，与光杆直径匹配的备用方卡子总承等工具。

（√）106、抽油杆对扣应清除井口周围的油污，平整场地，雨雪天应有防滑措施。

（√）107、抽油杆对扣应在盘根盒上用备用方卡子卡紧光杆，松刹车、盘车、卸去驴头负荷，刹紧刹车。

（×）108、抽油杆对扣应将环形对扣器的主半圆手架（带对扣总承）先提到距盘根盒约30m的光杆上，拧紧对扣器上的蝶形螺帽。

（√）109、抽油杆对扣将副半圆手架配到主半圆手架上，并把搭扣翻转压紧。

（×）

110、抽油杆对扣操作中启动抽油机，将驴头停在接近下死点，悬绳器离盘根盒距离为100cm的位置，刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）111、抽油杆对扣成功后，倒翻搭扣将主、副手架分开，松开蝶形螺帽，撤下主半圆手架。（√）112、更换光杆应检查刹车，确保刹车灵活好用，安排专人在操作过程中负责刹车。（×）113、安装新光杆将准备好的光杆套上盘根盒后穿入悬绳器，松开光杆吊环。

（√）114、更换抽油机光杆时，提出原光杆应停抽油机，将驴头停在便于操作的最大位置，刹紧刹车，戴绝缘手套侧身切断电源。

（√）115、更换抽油机光杆时，提出原光杆应关回压闸门，打开放空闸门放空，直至回压为零，松开盘根压盖,取出盘根，卸下盘根盒。（×）116、更换光杆一般井选用Φ32mm光杆。

（×）117、光杆更换完毕后，开抽应先开回压闸门后关取样闸门。

（√）118、安装新光杆松刹车盘车，待悬绳器接近下死点刹住车，在盘根盒上用备用方卡子卡紧光杆。

第三篇：常规游梁式抽油机英语词汇

常规游梁式抽油机

Conventional beam pumping unit 参数

Parameters 额定悬点载荷

Rated polished rod load 冲程 Stroke 冲次

Times of strokes 曲柄旋转方向

Rotating direction of crank平衡方式 Balance mode 曲柄平衡 Crank balance 减速器

Speed reducer 总传动比

Total drive ratio 额定扭矩 Rated torque 电动机 Motor 结构不平衡重

Structural unbalanced weight 整机重量 Total weight 外形尺寸

External dimension 性能参数

Performance parameter 光杆载荷（磅）

Polished rod capacity（lbs）抽油机尺寸 Unit size 最大冲程 Stoke length 游梁

Walking beam 吊绳、悬绳器 Wireline hanger 外直径

Outer diameter 厘米

Centimeter 毫米

Millimeter 分米

Decimeter 油管 Tubing 不加厚 NUE 加厚 EUE 壁厚

Wall thickness 端部加工形式

Processing type of end portion 钢级

Steel level 内衬 Lining 超高分子量聚乙烯

Ultra-high molecular weight polyethylene 水垢

Water scale 箍 Hoop 挖掘，疏浚 Dredge 抗磨，耐磨 Anti-wear 高密度

Ultra-high density 磨损 Wear 偏磨

Eccentrically wearing 摩擦系数

Coefficient of friction 粗糙度

Roughness Ra 螺纹

Screw thread 密封 Sealing 螺纹密封 Thread sealing 高密度聚乙烯

HDPE high density polyethylene 内孔

Inner bore 钻孔，镗孔，孔 Bore 外箍的外径

Outer diameter of outer hoop 环氧粉末涂层防腐油管

Powdered epoxy coating anti-corrosive tubing 注水井

Water injection well 侵蚀腐蚀 Corrode 烫 Scald 抑制 Inhibit 耐热性

Heat resistance 无毒的 Non-toxic 绝缘的 Insulating 技术指标 Quality index 执行标准

Executive standard 抗震强度，冲击强度 Shock strength 耐腐蚀性

Corrosion resistance 附着力 Adhesion 销孔 Pin hole 潜油电泵

ESP electric submersible pump 排水量

Displacement 电泵管柱

Electric pump pipe string 井筒 Shaft 偏差 Deviation 自动化装配流水线

Automated assembly line 锯齿螺纹

Buttress thread 井口装置

Wellhead equipment 采油树

Christmas tree 海上井口

Marine wellhead

第四篇：游梁式抽油机设计计算（推荐）

游梁式抽油机设计计算

卢国忠 编 05-04 游梁式抽油机的主要特点是：游梁在上、下冲程的摆角相等，即上下冲程时间相等。且减速器被动轴中心处游梁后轴承的正下方。

一、几何计算

1.计算(核算)曲柄半径R和连杆有效长度P 己知：冲程S、游梁后臂长C、游梁前臂长A、极距K(参见图1)由余弦定理推导可得： 公式： R12C2K22CKcostC2K22CKcosb

------(1)

PC2K22CKcostR

-------(2)式中：t900

1b9002

tng

K1I3600Smas

12 H4AI2H2

2.计算光杆位置系数PR：

PR是在给定的曲柄转角θ时，光杆从下死点计算起的冲程占全冲程的百分比。(图2)（图3）

公式：PR

st10％

-----------(3)Smastb曲柄

sPRSmax

12PR1

式中：

t,b 分别代表下死点和上死点的

角的值

Rsin

J

sin11C2J2P2

JPC2PCcos

cos 2CJ22

C2P22KRcos()K2R2 cos 2CP1  上冲程

360 下冲程 二运动计算

己知：曲柄角速度ω、曲柄转角θ，分析驴头悬点的位移s、速度v、加速度a的变化规律。

1.假定驴头悬点随u点作简谐振动：

AR1cosC2ARAR

以Smax代入得： vsinCCARa2conCsamax

1Sma1xcos21vSmin

asx212aSmosacx2s1Smax2 21R2.接严格的数学推导 amax2Smax1

2P三动力计算

1．从示功图上求悬点载荷W 示功图是抽油机悬点载荷W与光杆位置PR的关系曲线图。是用示功仪在抽油机井口实测出来的。设计中无法实测，只好用理论公式计算并绘制------称为人工示功图，为以后的受力分析、强度计算提供主要依据。

2． 光杆载荷W加在曲柄轴上的扭矩的计算（见图2，图3）a.美国石油学会(API)定义TF为扭矩因素，表示单位光杆载荷W在减速器上产生的扭矩T。计算公式推导如下：API规定生产厂要向抽油机用户提供一张θ角每变化15度的TF值变化表。

TFWAFlCsinFlAWCsin

TFqRTARsin WCsinFqRFlRsinFl

ARsinW

CsinFqsin考虑抽油机的结构不平衡重B的影响：

TARsinWB Csin光杆载荷在减速器上产生的扭矩：

TWnTFWB

b.应用PR表、示功图和TF表求出悬点载荷在减速器上产生的扭矩曲线，如 300： T30TF30W30B

3〃曲柄、平衡重加在曲柄轴上的扭矩计算

设曲柄自重为q，其重心到转轴中心距为r平衡重总重为Q，其重心到转轴中心距为R 产生的最大平衡力矩为： MmaxqrQR 4计算减速器净扭矩

当曲柄处于θ角位置时，其平衡力矩为 M =(QR+qr)×sinθ

悬点载荷在减速器上产生的扭矩TWnTFWB

其净扭矩为

TnTFWBMmaxsin

由此式可以绘制曲柄扭矩图。

5〃电动机功率计算 a.理论计算

由于曲柄受规律变化的扭矩作用，其计算功率用的扭矩值只能

222Tn21Tn2Tn3TnmTnm应用均方根扭矩来计算。

式中 Tn1,Tn2,Tnm0

曲柄轴的计算功率为：

N1.424104Tnn

电机功率为： NdN d 式中 N---曲柄轴的计算功率 HP Tn--曲柄轴扭矩，N m n---曲柄转速，冲次，d,--抽油机总效率，取0.6—0.8 b.估算公式 NQL KW 3900 式中 Q—深井泵理论日产量，m3/d Q1440ASn m3/d L--深井泵下泵深度，m A--深井泵柱塞面积，m2

—抽油机冲次，1/min S—抽油机冲程长度，m 5．平衡计算

在抽油机的设计和使用中，被普遍采用的平衡准则有三种：1。上、下冲程中，电动机所付出的平均功率相等。2．上、下冲程中，减速箱曲柄轴的输出扭矩峰值相等。3．在抽油机的整个冲程中，曲柄轴舜时的扭矩与平均扭矩偏差的平方和最小。

第1条准则的平衡计算简单、实用。表示为：下冲程时平衡重所储存的能量Ao等于电动机下冲程所做的功Adx加上下冲程抽油杆下落所做的功Axx，即

A0AdsAxx

上冲程时，平衡重所放出的能量Ao加上电动机上冲程所做的功Ads等于上冲程驴头悬点提升抽油杆和液柱所做的功Axs,即

AoAdsAxs

由于上、下冲程中，电动机所作的功相等，即AdsAdx，由此可求得平衡重所储存的能量：

A0AxsAxx 2a.如已测得抽油机驴头悬点的实际示功图如图-4，则：

面积OABCFO面积OADCFOqpqs2

1(面积OADCFO面积ABCD)qpqs2A0式中 qp----示功图纵坐标比例，N/mm qs----示功图横坐标比例，m/mm b.如果没有实际示功图，亦可用静力示功图作近似计算，如图5 A0WgSmaxWySmax2(WgWy2)Smax

式中 Wg----抽油杆在油液中的重量，N Wy----油井中动液面以上，断面积等于柱塞面积的油柱重量，N Smax----抽油机的最大冲程，m 计算平衡重储能

以图-3的复合平衡为例，图中：

Qy----游梁平衡重；

KcQy离游梁支点O的距离； Qb----曲柄平衡重；

RQb的平衡半径；

qy----游梁总成的重量； ly----游梁重心距； qb----曲柄自重； lb----曲柄重心距；

下冲程时，KcKAKSmaxc(2r)2rc AACCK 储存能量为 2rQyc

C游梁平衡重抬高的距离为

曲柄平衡重抬高的距离为 2R , 储存能量为 2RQb 游梁总成的重量抬高的距离为2rlyC，储存能量为2rqylyC

曲柄自重抬高的距离为2lb，储存能量为2lqbb 总储存能量为 Ao2rQy为方便计算，设

QyRKcl2RQb2rqyb2lbqb CCqylyKc----游梁总成的重量所相当的游梁平衡重大小；

qblb----曲柄自重所相当的曲柄平衡重的平衡半径。Qb代入上式，求得游梁平衡重的大小： QyAoRRQbQy KcKc2rrCC曲柄平衡重的平衡半径： RAoQyQKyrcR，2QbQbC对于单独的游梁平衡，Qb0，同时曲柄自重的影响，则： QyAoQy2rK cC对于单独的曲柄平衡，Qy0，同时游梁自重的影响，则： RAo2QR b

四．主要构件的受力计算（见图-3）1．游梁受力分析

Mo0FLsinCWBA

连杆轴向力 FAWBLCsin

游梁切向力 FLsin 游梁纵向力 FLcos Xo0xoFLxFLcos Yo0yoFLyFLsinWB

2．支架受力分析

MH0yQEyODxOH yFLQECsinWBCHcos

MQBDxoH 0yHEyoF yHLEDsinWBEDHcos

EX0xHcos FxQxoL3． 曲柄—减速器被动轴总成受力分析

MXYo~sinQRqrsinF0FLQCrC

rFsinQRqrsin FCCLocos 0xoFLosinF 0yoQqFLC4． 曲柄肖轴受力分析

的剪切力作用。曲柄肖轴受一对大小等于FL5． 减速器受力分析 6． 支座受力分析

五．各另部件强度计算（略）

第五篇：游梁式抽油机的节能探讨

游梁式抽油机的节能探讨

来源:www.xiexiebang.com

摘要：游梁式抽油机是原油开采最主要的设备之一。由于其驱动电机在实际运行中负载率和工作效率不高，致使油区配电系统的功率因数偏低，增加了电能的损耗。目前普遍采用的节能方式是对单台抽油机进行电容器的固定无功补偿。针对传统无功补偿方式的缺陷，本次设计提出提出了动态无功补偿和进行Y—△转换相结合的节能方案，设计了动态跟踪的无功补偿装置，利用实时检测得到的系统负载率以及无功需求量来控制电容器的分组投切，实现了无功功率的“按需”补偿，取得了较为理想的补偿效果。

关键词：抽油机；节能；控制器引言

目前，抽油机是应用最普遍的石油开采机械之一，它将石油从地底提升到地面上来，从而完成采油任务。在抽油机的各种类型中，游梁式抽油机又占主要的地位，它是油田使用最广泛的一种举升设备，约占油井人工举升设备的95％[1]。虽然游梁式抽油机与无游梁式抽油机相比有很多弊端，但是由于数量多、采油成本较低等原因，游梁式抽油机在一段时期内还会占据抽油机市场的主导地位。所以，本次就以游梁式抽油机的节能作为研究的方向。

抽油机作为油田的主要生产设备，其驱动电机用电量占油田总用电量的比例很大，是油田的耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40％，且总体效率很低（据有关调查一般效率在30％左右），导致了电能的大量浪费，提高了采油的成本。

综上所述，我们找到了抽油机节能设计的突破口，可以通过无功补偿和Y-△转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。这样提高了电机效率和功率因素，减小电机损耗，降低了电费成本，减少了能源的浪费[2]。工作原理和设计思路

2.1 游粱式抽油机工作原理

游梁式抽油机的类型很多，但其基本结构和工作原理是基本相同的。这类抽油机主要由游粱一连杆一曲柄机构、减速装置、动力设备和辅助装置等四大部分组成.游梁式抽油机的工作原理：电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，并经中间轴带动输出轴，输出轴带动曲柄作低速旋转运动。同时，曲柄通过连杆经横梁拉着游梁后端上下摆动(或者是连杆直接拉着游梁后端)。游梁前端装有驴头，活塞、液柱及抽油杆等载荷均通过悬绳器悬挂在驴头上，由于驴头随同游梁一起上下的摆动，结果驴头带动活塞作上下的垂直往复运动，就将油抽出井筒[3]。

2.2 总体设计思路

游梁式抽油机占据了抽油机市场的主导地位，故本文的研究主要是针对游梁式抽油机。

同时游梁式抽油机的拖动装置绝大部分是交流三相异步电动机，其中鼠笼型异步电动机结构简单、坚固、惯量小、运行可靠、维修少、制造成本低及可应用于恶劣工作环境等优点，使其作为油梁式抽油机动力驱动装置，得到了广泛的应用。由于抽油机在工作时负荷匹配不合理，大多数电机处于轻载状态，造成大量的电能浪费，系统效率低下。因此，本文采用了一种以无功补偿为主，并和Y 一△转换调节电机电压相结合的装置来实现抽油机的节能。通过对抽油机工作时的负载率的分析，确定电机是否处于重载状态，实现了电机在启动时和高负载时功率因素的提高；同时通过补偿电容器组的投切来实现无功补偿，从而达到抽油机的节能。游粱式抽油机的节能设计

针对目前的节能方案，考虑到当前油田的管理水平和工人的技术素质以及现场环境和员条件，缺少一种成本低，可靠性高，节能幅度大，又能提高原油产量的节能方法。因此，针对上述这些情况，本次提出了一种以无功补偿为主，并和Y—△转换调节电机电压相结合的节能装置，使得抽油机节能控制箱的装配和使用尽量的简单，并具有较高的可靠性。

3.1 Y—△转换调压控制和无功补偿节能的原理

3.1.1 Y—△转换调压的节能原理

由于三相异步电动机的总损耗为：ΣP=P1-P2=Pfe+Pcu1+Pcu2+Pmac+Pad，其中，P为输入电功率，P2为电机轴输出功率。Pcu1为定子铜损耗，2 2Pcu1 = 3I1 R1 式中I1为定子每相电流，R1为定子每相电阻值；Pcu2为转子铜损耗，2 2Pcu2 = 3I′2 R′2 式中I′

2、R′2为转子每相的折算值；Pfe为电机的铁芯损耗： 2fe mP =P1 50（f）β B50，式中P1 50 为铁耗系数，其值范围为1.05~2.50； β 为频率指数，随硅钢片的含硅量而异，其值范围1.20~1.60；f 为磁通交变频率；Bm为铁芯中磁通密度；Pmac为机械损耗。通常认为其是大小不变的常量。由于Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，可知铁损耗Pfe正比于电机端电压的平方[4]。

Pad为附加损耗，主要由于定、转子有齿槽存在，当电机旋转时磁通发生脉振而在定转子铁芯中产生附加损耗，其大小也与磁通密度大小成正比。

从上述可以看出，若要提高电机的运行效率η，则必须降低ΣP。而降低电机端电压可以使铁损耗大为降低，降低电机线电流，则可减少铜耗，从而使效率η 增加。

电动机转入Y 接状态运行时，定子相电流降低，定子铜耗Pcu1和转子铜耗Pcu2也相应降低。同时，Bm∞φ m∞E1 ≈ U1，随着U1下降，Bm减少，使得铁耗Pfe和附加损耗Pad也相应降低，所以总损耗ΣP下降。而电机从电网输入的电功率P1=ΣP + P2，转轴上所带负载没变，即输出功率P2没变，但ΣP减少，使得从电网吸取的有功功率P1减少，电机效率η = P2 P1得以提高，星形及三角形接法运行时的效率特性如图3.1 所示。出图3.1 可得，当电动机的负载率β 小于40％时，η Y>η在不考虑电机铁芯磁路饱和时，磁通与输入电压成正比，当换接运行后U1下降为原来的1 3，磁通也降为原来的1 3。电机设计时，与额定电压对应的磁路通常处于饱和状态，所以线电压降低，磁通减少，铁芯饱和程度降低。磁通以及饱和程度降低，使产生磁通的激中国科技论文在线磁无功电流减少，因而换接后的激磁电流比三角形连接时的1/3 还要低一些。激磁电流的降低，使电机向电网吸取的空载无功功率Q0减少，由功率三角形可知，无功功率Q减少，P值一定时，功率因数角? 减小，功率因数cos? 增大。同时，电动机在Y 形连接和△形连接时的功率因数与负载率β 的关系曲线如图3.2 所示。可见，当β <70%的时候，Y 形连接的功率因数明显高于△形连接时的功率因数。

3.1.2 无功补偿的节能原理

游梁式抽油机的异步电机可看作电阻R 与电感L 串联的电路并联电容后电压U与I的相位差变小了，即供电回路的功率因数提高了。此时供电电流I的相位滞后于电压U,这种情况称为欠补偿。电容 C 的容量过大，使得电流I的相位超前于电压U，这种情况称作过补偿，此时会引起变压器二次电压升高，而且容性无功功率在线路上传输也会增加电能损耗。同时电压升高还会增大电容器本身的功率损耗，使温度上升，影响电容器的寿命。对电机进行无功补偿，可以大大减少起动电流和运行电流，减少损耗，并且相关电气设备温度降低、噪音减少，可以延长电动机的使用寿命[5]。

3.2 本次设计节能装置的实施

3.2.1 Y—△转换调压控制的方案电动机 Y 一△接法转换，就是根据电动机负载变化的情况，用改变绕组接线的方式来调整绕组电压。判断电动机负载变化的参数为负载率。负载率是指电机的实际输出功率与其额定功率之比，也称负载系数，通常以百分比表示.3.1 给出了不同电机的临界负载率：Y 形接线和△形接线电机损耗相同的负载率就是临界负载率。通过绘制各台电机不同接法时的损耗与负载率的关系曲线，找出其交点，即为临界负载率的切换点。同时可用经验公式求出电机在工作下的负载率。计算电机负载率有两种方法，一种是功率法，一种是电流法。

在功率法测负载率中，首先测量电机的输入功率P1，再由公式计算出电机的输出功率P2，之后就可以求出负载率。公式如下：

P2 = P1? P0 ? PR（10）

2PR = PRN(P2 P2N)（11）

其中，P2为输出功率，P1为电机的输入功率，P0为不变损耗，额定电压时为P0N，PR可变损耗，额定运行状态下为PRN。由于在用功率法测量负载率的方法中计算比较麻烦，因此功率法较为少用。在电流法测负载率中，先测量电机的输入电流I，之后计算出电机的负载率。通过上面的论述，在知道了电机临界负载率以及通过检测电流求出实际运行时电机的负载率后，就可以通过比较来决定Y 一△的转换时刻。当电机的实际负载率大子临界负载率，即β >β k 的时候，电机接成△形接法；当实际负载率小于临界负载率，即β < β k 的时候，电机接成Y 形接法。这种方法适合于定子绕组△形连接，有6 个接线柱，且适合于长期轻载运行或重载一轻载交替运行的电动机。它既可节约电能，又可改善电网的功率因数。但是由于电机转换频繁进行容易使触点损坏，因此为了减少转换频率一般在转换点的负载率之间设置一定的回差ε，通常采用负载率β < β k 一ε 时进行△-Y转换，而当β > β k +ε，进行Y—△转换，这可以通过软件的设置进行变换。

3.2.2 无功补偿的方案确定

无功补偿的方法是多种多样的，本次设计是从提高功率因数的方面来确定是否需要进行补偿。在抽油机日常工作中，节能控制器采用功率因数控制的方式工作，根据功率因数要求确定补偿容量。首先节能控制器可以判断功率因数的符号，以确定当前系统中的负载特性为感性还是容性，并根据是否过补偿以及和期望补偿后系统功率因数值进行计算比较，从而可以确定是否投切电容。

在前面论述过，当系统负载为容性时，说明可能当前系统处于过补偿状态。如果当前电机的功率因数绝对值比期望的功率因数绝对值大，说明过补偿容量在系统允许的范围内，可以不采取任何动作；如果当前电机的功率因数绝对值比期望的功率因数绝对值小，说明过补偿容量超出系统允许的范围内，则应该切除部分电容即当前补偿的电容与系统达到理想的功率因数为1 的运行状态时相比多补偿的容量[6]。

当系统负载为感性时，说明当前可能需要进行电容补偿。如果当前功率因数值大于期望功率因数值，则不需要进行无功功率补偿；若当前功率因数小于期望功率因数时，说明需要进行无功容量补偿。如果抽油机电机的有功功率实测值为P1，补偿前的功率因数为cos? 1，补偿后的功率因数为cos? 2，则补偿容量可用下述公式计算：Qc = P1(tan?1 ? tan? 2)（14）由此可以将Qc与当前补偿电容容量计算比较，从而确定该补偿或切除的电容量。

在抽油机正常工作状态下，会遇到大量的干扰，容易造成控节能制器频繁发出补偿与切除电容的指令。因此，为了避免电容的频繁投切而产生投切震荡，可以使控制器在软件上采取连续多次计算结果取平均值的方法来避免电容的频繁投切。具体方法如下：

首先确定一个负载率的上限基础值，使得节能控制器发现负载率大于此值后执行补偿程序，若实际负载率小于此值后，则不执行补偿程序，因此可以认为这个负载率的基础值为执行补偿程序的起点；其次，在确定实际负载率大于设定值后启动补偿程序，连续进行5 至10 次的测量计算，求得的平均值作为电容投切的指令；最后，不仅要关注实际负载率大于上限设定值，而且还要关注实际负载率小于下限设定值时的情况。若实际负载率小于下限设定值时，节能控制器要检测系统是否处于过补偿状态，在这种情况下可以适当切除电容或者完全切除补偿电容，避免系统对电网的影响；另外，cos? 2的确定要适当，通常将功率因数从0.9 提高到1 所需的补偿容量与将功率因数从0.72 提高到0.9 所需的补偿容量相当。因此，在高功率因数下进行补偿其效益将显着下降。这是因为在高功率因数下，cos? 曲线的上升率变小，故而提高功率因数所需的补偿容量将要相应的增加。

通过上述两节的论述，介绍了游梁式抽油机节能装置的节能原理，并提出了Y—△转换控制和无功补偿相结合的节能方案，为接下来的硬件及软件设计做好了铺垫。结论与展望

本文围绕游梁式抽油机节能和无功补偿进行研究，对抽油机的负载特性进行了较为详细的分析，对比其它的节能及补偿方式，提出了以无功补偿为主并结合Y-△转换节能的控制策略，最后根据这个思路就可以设计出游梁式抽油机节能装置的硬件和软件。

然而，本文虽然对抽油机无功补偿技术进行了论述和研究，提出了较为合理的控制策略，但仍有一些工作需要完善：

首先，补偿方案的控制策略和技术参数还需要进一步的优化；其次，补偿装置的可靠性、稳定性和抗干扰能力还需进一步的提高；最后，补偿装置的许多功能还需进一步的完善，在现有的硬件基础上实现更多的功能。

抽油机补偿技术是一项较为实用、涉及面广、针对性强的技术，需要在今后的学习中进行更多、更深入的研究和探讨。