第四节 抽油机的平衡、扭矩与功率计算

第一篇：第四节 抽油机的平衡、扭矩与功率计算

第三节

游梁式抽油机的平衡

一、抽油机平衡原理

（一）抽油机不平衡的原因：抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。因此也就会造成抽油机不平衡。

（二）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。

（三）平衡原理 1．平衡原则及平衡条件 抽油机达到平衡的原则是：

（1）电动机在上下冲程中做功相等；（2）上、下冲程中电机的电流峰值相等；（3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。抽油平衡原理，如图3-31所示：

在抽油机游梁后端加一重物，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重物做功，把重物升高储存位能Aw：

AwAdAmd, 则得到电机在下冲程中做的功为：AmdAwAd

式中

Aw—— 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；

Ad—— 悬点在下冲程中做的功； Amd—— 电机在下冲程中做的功。

在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功：

AuAwAmu 则得电机在上冲程中做的功为：AmuAuAW 式中

Au—— 悬点在上冲程中做的功；

Amu—— 电机在上冲程中做的功。

根据第一条平衡原则：

AmuAmd 即AwAdAuAw

可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：

AwAuAd

（3-50）2上式说明抽油机的平衡条件为：平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。

2．平衡系统要达到平衡需要的平衡功

当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲程中做的功为：

Au(WrWL)s；

下冲程做的功为：AdWrs。

则由（3－50）得理论上需要的平衡功为：

AwAuAdW(Wrl)s

(3-51)2

2二、游梁式抽油机的机械平衡计算 1．游梁平衡方式计算

游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端；适用于小型抽油机，如图3-31所示。在下冲程中悬点向下运动了s(m),而平衡重Wb升高的距离sc为：

sccs，a储存的能量或称实际产生的平衡功为：

AwcsWb a要达到平衡，实际产生的平衡功应等于需要的平衡功，即：

WcsWb(Wrl)s a2可得游梁平衡重为：

WbWa(Wrl)c2如果抽油机本身不平衡，设游梁后臂比前臂重Xuc，相当于平衡重，则平衡重就可减小，这时游梁平衡重为：

WbWa(Wrl)Xuc

（3-52）c22．曲柄平衡方式计算

曲柄平衡:是指平衡重装在曲柄上，适用于大型抽油机。如图3-33所示。在下冲程中，曲柄平衡重Wcb上升的高度为2R，曲柄自重Wc上升的高度为2Rc，抽油机本身不平衡值Xub上升的高度为2r，则平衡系统在下冲程中储存的能量，或实际产生的平衡功为：

Aw2RWcb2RcWc2rXub，令其与需要的平衡功相等：

2RWcb2RcWc2rXub(WrWl)s，2可得到平衡半径的计算公式为：

R(WrWlsRWrX)ccub

(3-53)22WcbWcbWcb

图3-33

曲柄平衡

3．复合平衡方式计算

复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如图3-34所示，适用于中型抽油机。

同理可导出平衡半径的计算公式：

R(WrWlsRWcr)cc(XucWb)

（3-54）22WcbWcbbWcb

三、平衡测量与调整

测电动机上、下冲程的电流峰值Iu和Id，若Iu＞Id，平衡不足，Iu＜Id，则平衡过重。在两个电流中有一个小的，一个大的，若I小/I大0.8时就认为是平衡了，否则就要重新计算平衡半径或平衡重，重新调整平衡。

四、抽油机井的系统效率

（一）抽油机井的有用功率

有用功率或称有效功率，也称为水力功率NH, ：是指在一定时间内，将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：

NHQHg

（3-73）86400式中

Q—— 油井产液量，t/d；

H——泵对液体的有效提升高度，m； NH—— 抽油机井的有效功率，kw。泵对液体的有效提升高度计算如下： 1．如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L。2．考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为：

HLfPBPC106

（3-74）lg式中

PB、PC—— 分别为回压和套压，MPa；

l—— 井中液体密度，kg/m3。

当上式中用相对密度l，并且重力加速度取9.8时，HLf102(PBPC)/l。

3．考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：

HLfPBPCo106hSl

（3-75）lgl式中

hS—— 泵的沉没度，m。

（二）光杆功率

光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。可用示功图的面积计算：

NpAsnC

（3-76）600l式中

Np—— 光杆功率，kw；

A—— 示功图载荷线包围的面积，cm2； S—— 光杆冲程，m； n—— 冲数，r/min； C—— 动力仪力比，N/mm；

l—— 示功图上冲程长度，mm；

由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：

NpWlsn

（3-77）6104式中

Wl—— 转移载荷，N； s—— 光杆冲程，m； n——冲数，r/min；

（三）抽油机井的效率 1．抽油机的效率

pNpNr，是光杆功率与电动机功率之比，它表达了抽油机工作状况好坏及功率利用程度。

2．油井效率

HNH，是有效功率与光杆功率之比，主要表达了抽油泵工作状况的好坏Np及功率利用情况。即悬点做的功，除了提升液体做有效功外，还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。

3．抽油机井系统效率

tNH，为本抽油机井输出功率与输入功率之比，表达了该抽油机井的总体效Nr益和能量的综合利用情况。

第二篇：第四节 功率教学案

金湖县实验初中师生共用教学案

组别：九年级物理备课组

主备人：黄永清

课题：功率

课型：

新授

使用时间：

使用人：

教学目标：

1．知道功率的概念。知道功率的物理意义。2．知道功率的公式、单位，能用公式计算功率。3．能自己设计实验测量功率。教学重难点: 1．知道功率的概念。知道功率的物理意义。2．能自己设计实验测量功率。教学过程： 比一比：小明的教室在5楼，通常他上楼需5min,有一次，他跑步上楼只花了40s，比一比，两种情况下，小明的体重和上升的高度相同，他做的功相同吗？做功的快慢一样吗？

想一想：我们如何比较物体运动的快慢的？如何比较物体做功的快慢的？

得出：

1、单位时间内通过的路程表示_________________，同样我们可以用单位时间内做的功表示_______________。

2、_________________叫做功率，它是表示物体______________物理量。

3、计算公式：

4、单位：

某物体的功率是50W,它表示什么意思？ 读一读：

1、生活 物理 社会

请你计算一下，1 马力相当于多少瓦？

2、图11--35一些物体的功率

3、其它物体的功率

液晶显示数字电子手表消耗功率小于10×10-6W 常用钨丝灯泡15～100W 21英寸彩色电视机和电风扇（400mm）消耗功率65W 国产摩托车（50型）的功率1．6～1．8KW 液体燃料火箭发动机短时功率7．35×109KW 活动：估测人的功率

您可以利用台阶双脚同时跳上跳下，测出均匀地 跳20个来回花的时间，就可以估测出在这段时间内你 的功率（你还可以利用一段楼梯，从楼下跑到楼上 或双脚并拢跳到楼上）。

1、从物理学的角度考虑，你认为人的功率可能与哪些因素有关？

2、你如何证实自己的猜想？

3、你需要哪些实验器材？请设计出记录表格 做一做

与你的同学合作，测出在不同情况下人的功率。以一议

健身教练为什么能够通过音乐节奏的变化来控制学员的运动量？

巩固练习、在焦、焦/秒、瓦、牛·米、千瓦、瓦·秒中属于功的单位的是_____________ 属于功率的单位是______________.2、1560W=________J/s＝________KW＝__________MW

3、两台机器的功率之比为3：2，它们做同样的功所用的时间之比为________，在相同时间内做功之比为__________。

4、举重运动员在2s内把1500N的杠铃举高了2m，在空中停留了3s。那么，他对杠铃做了_______J的功，前2s内的功率是_______W,后3s内的功率是______，整个过程的平均功率是_______W

5、用40N的水平拉力拉着重为100ND的小车沿水平面做匀速直线运动，小车所受的阻力是_____N；若小车运动速度是5m/s，则拉力的功率是______W。

6、甲用50N水平力推动重为100N的箱子在水平地板上前进1m，所用的时间是1s，乙匀速举高这个箱子1m , 所用的时间是2.4s。比较甲推箱子、乙举箱子所做的功W甲、W乙和功率P甲、P乙有（）

A W甲＞W乙 P甲＞P乙 B W甲＜W乙 P甲＜P乙

C W甲＞W乙 P甲＜P乙 D W甲＜W乙 P甲＞P乙

7、某人骑着一辆普通的自行车，在平直的公路上以某速度匀速行驶，若人和车所受的阻力为20N ,则通常情况下，骑车人的功率最接近（）A 1W B 10W C 100W D 1000W

8、汽车在爬坡时，驾驶员要扳动一下驾驶室的一个手柄------“换档”，使汽车减速。按我们的想象，这时汽车应该加速冲上去才对，怎么驾驶员要让汽车减速呢？

9、一台水泵功率是8KW，它在5min内可以做多少功？这些功可以把多少千克的水抽到2m高的水槽中？

第三篇：汽车机械常识,功率、扭矩,牛马特性

汽车机械常识，功率、扭矩，牛马特性 @ 4/17/2007 [爱车族]

开车要懂车，不一定说懂到能自己随意拆随意修，但至少要知道原理才行 今天讲的就是发动机和变速箱了

发动机

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发动机和变速箱从来都是密切结合在一起的

发动机又有汽油机、柴油机、电动机、燃气轮机、核动力几种，他们各有千秋

汽油机——扭矩小，功率小，但体积噪音都小，省油，一般小汽车多用

柴油机——扭矩大、功率大，体积大，废油，一般商用汽车例如卡车、巴士用 电动机——电动机体积不大，但是电池体积很大，一般电车、地铁之类 燃气轮机——体积大，功率巨大，超废油，轮船用，坦克、军舰用 核动力——还是航母潜艇用吧。。

功率与扭矩

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发动机能直接驱动设备运行么？大部分场景下，都需要配备传动机构——变速箱 在设备运行过程中，需要的动力并不是一成不变的，而是随时都改变的 变速箱是为了能将发动机的动力转换成需要的动力输出的，进行变矩等转换 这里就涉及功率、扭矩，和所谓的牛马特性

众所周知，牛可以耕地，拉很重的东西拖着走，但是，牛跑不快 马就不一样，马可以跑的很快，但是拖东西，拖不动什么太沉的 让设备像牛一样能拖重物，像马一样跑得快，就是牛马特性 当拖重物的时候，看重扭矩，当跑高速时候，看重功率 这就是扭矩——功率的关系

例如骑自行车，从静止起步时候需要很大力量才能蹬动

必须有足够力才能让脚蹬子旋转，脚蹬受到的旋转的力量和脚蹬长度半径相乘 就能得到扭矩

当自行车动起来，就轻轻的蹬几下就走的飞快了

所以自行车上也有前三后六的变速齿轮，分别用于起步和高速

在自行车上，扭矩和功率体现的不够完全，因为人是活的，输出扭矩和功率间可以随意变化的

但发动机就没那么大适应范围了 再看汽车，起步时候可能阻力稍较大，需要比较大的扭矩让车动起来 开起来后阻力很小，扭矩不特别重要，功率决定了车能开多块

再看火车，一个车头，后边挂着50节的车皮，起步是很恐怖的事情 必须有非常巨大的扭矩才能让火车动起来

但是火车一旦动起来后就好办了，不需要很大扭矩，功率上去车就跑快了 所以火车的传动系远比汽车复杂

传动系统

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假如没有变速器，车轮和发动机直接挂钩

起步时候发动机转速是750转，车轮怎么可能从静止一下子变成750转呢。发动机瞬间就被拖的熄火了 所以必须要有变速箱

汽车用的传动设备是机械齿轮、链条、离合器构成的机械变速箱 也有使用液体和涡轮构成的液力变速器

变速器提供若干个档位，每个档位有不同的减速比

既保证了发动机在一定的转速范围内运行，又使得车轮能得到不同转速的输出

变速箱提供一个空挡，若干前进档，一个后退档

在空挡上，发动机和车轮完全分离，比如停车时候，车轮没转，发动机照样转 在前进档上，一般一档减速比最大，发动机可能转的很快，但车轮转的很慢 所以一档用于起步

别看一档转速慢，由于减速比大，此时输出的扭矩很巨大，轻松拖动重物 档位越来越高，传动比越来越接近1，也就是发动机转一圈，车轮转一圈 此时发动机转得快，车轮也转的快

少数车提供了经济巡航档，例如捷达等车5档，传动比小于1 也就是说发动机转一圈，车轮转的比一圈还多

这样更省油，开的更快，不过这种传动比下扭矩比较下，只能用于跑高速

通常，小汽车拉的东西不多，总重1吨多，所以提供4~6个前进档就成了 不需要太多的齿轮减速比搭配

但是看商用卡车，经常10多个前进档位，好几个倒档

因为商用卡车拉好几十吨，必须有足够多的齿轮变速比搭配 让车既能拖动重物逐渐的起步，又能以比较高的速度行驶 载荷越重，档位就需要越多

当负载太重的时候，变速箱就不好使了，只能使用电传动了，后话

手动变速想、半自动变速箱、全自动变速箱、手自一体变速箱、无级变速箱------

现在开始知识普及

手动变速箱（MT）

手动变速箱谁都认识，就几个档位，用手扳动

注意，扳动必须踩离合器，踩下离合器，让当前档位的齿轮完全分离 然后挂入新档，松离合器，新档位的齿轮自然啮合

如果不踩离合器怎么样？齿轮卡在一起正在高速旋转呢，你非要把他们掰开 肯定会听到咔咔的响，多这么来几次，齿轮边缘的齿就打坏了 崩裂的齿轮边缘的碎片甚至会击穿外壳，飞到车内来。。手动变速箱最大特点是——有离合器

半自动变速箱

半自动变速箱，换档时候不需要踩离合器，直接用手扳档位即可 比如F1赛车，就用手加减档，没离合器

在换档时候，变速箱内机械机构自动将原先的齿轮分离 然后换入新档位，在将齿轮啮合

这个过程在零点几秒内就有机械设备自动完成 人要做的工作是决定何时加档、何时降挡 半自动变速箱最大特点是——没离合器

全自动变速箱（AT）

全自动变速箱是从半自动变速箱改进来的，由电脑负责加减档 不用人工干预了，并且也无法人工干预，全是自动运行

开全自动变速箱的车很舒服，但也不爽，我想要加减档，但是电脑替我做了 没有开车的乐趣了

手自一体变速箱（AMT）

在全自动变速箱上改进的手自一体变速箱出现了 手自一体变速箱有两种模式，自动模式，手动模式

放到自动模式，就等于一个全自动变速箱，电脑自动加减档

放到手工模式，就相当于一个半自动变速箱，电脑不管你加减档，加减档必须人工 这样，即满足了舒适性，又得到了驾驶乐趣

注意：

1）手自一体变速箱和半自动变速箱一样，没离合，只要上下扳动加减档即可 2）今后汽车发展的趋势是配备手自一体6前档甚至7前档变速箱

无级变速箱（CVT）老有人把无级变速箱和全自动变速箱混淆

自动变速箱的特点是：有若干个档位，每个档位有一定的传动减速比 说白了，齿轮搭配是固定的，比如1档传动比4:1，二档3：1之类 无级变速箱呢，是没有固定变速比的，也就是说是真正没有档位的 它使用链条等连续传动机构，实现了改变变速比来匹配发动机和车轮 传动比可以是4到1之间的任何一个数字，不会局限在某几个档位 ——这个特性很像火车的电传动了

开自动变速箱的车，换档时候有轻微的冲击，你能感觉到加减档车在顿挫 因为变速比从4：1换到3：1，中间跳跃很大，不是连续的 好比数字信号，都是跳跃的

但是无级变速箱，由于传动比可变，所以根本感觉不到车换档了 好比模拟信号，改变的过程从4到3是渐变的 举例：火车加速启动时候，你觉得火车换档了么？

因为火车的电传动系统是没档位的，电流大小决定加速快慢

无级变速箱虽然转换平滑，但是有缺点，不够耐用，不皮实 所以只有小型汽车——Audi A6之类配备CVT而已 大型商用车辆是无法使用的火车——电传动

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蒸汽机车

火车——最早来源于蒸汽机车，有火所以才叫火车 蒸汽汽车是通过锅炉烧水，形成高压水蒸汽 水蒸汽被压入汽缸，推动汽缸内的活塞反复运行 通过曲轴、连杆转成轮子的旋转

这种方式的工作效率很低，锅炉体积太大 后期的蒸汽机车都用烧油的锅炉了，不烧煤了

内燃机车

最早的内燃机车和汽车一一样

内燃机运行，通过一个机械齿轮变速箱来驱动

但是火车越来越长越来越重，变速箱有限的档位不能满足传动需要了 档位太少，启动时候动不起来，动起来后又开不快 所以液力传动出现了，通过液体流动带动涡轮来传动

这个像什么？像轮船的螺旋桨。螺旋桨在水里转动，水就跟着流动 螺旋桨转速改变，周围水流速度也改变，实现了变速

液力传动早期很流行，主要是德国货，国内进口的NY6、NY7拉专列 但是液力传动的效率一般，体积又大，结构复杂，于是最终被电传动淘汰

内燃机车上安装的大型柴油机在电传动中成为了发电机 通过发电机将柴油燃烧的能量转换成电力

发电机发出的电经过电控设备的调节，可输出不同的电压、电流 车轮转向架上安装牵引电机，用电驱动

最终，内燃机->发电机->电控->电动机->开走了

电传动看起来复杂，但非常满足牛马特性的要求

首先内燃机转速基本恒定，只在很小范围内改变，没什么大影响 需要调节的，就是输出给牵引电机的电流了 启动时候电流最高，牵引力最大 开动了以后，电压增大，电流减小

而且，电压、电流的调节，是不受齿轮传动比限制的 所以加速是完全平滑的——人感觉不到火车加速换档了。。

电传动不光用在火车上，轮船上也很普遍 矿山工地的车辆，也用电传动

例如三峡大坝截流时候的大型卡车，一车装70吨石头，车轮比人高。那些都是柴-电传动的，还是因为电传动匹配好

内燃机、变速器特性对汽车驾驶的影响----

科普工作做了好多哦，写不动了，下面书归正文，继续将讲车

我开的速腾2.0排量，170牛米扭矩，85KW千瓦最大功率

如果我和827的黄海DD6118S31比红绿灯起步，IsBe220柴油机机

虽然功率才160千瓦，比我大一倍，但是扭矩高达1700牛米，是速腾的10倍 虽然DD6118S31车身11米，重十多吨，可是红绿灯起步我占不到太大的便宜。。

怎么办？

用好你的扭矩，柴油机最大特点就是低转速扭矩强劲 汽油机呢？高转速扭矩才能上来

小型车辆的汽油发动机的转速一般最低是750，叫做怠速 就是闲的没事干，发动机最低自己维持运行的速度 低于怠速——熄火，不转了

最高转速一般6000，再高了就爆炸了，即爆缸

F1比赛不是就老爆缸么，发动机都两万转的转速，肯定容易爆

在750~6000的范围内，发动机有一个最大扭矩输出点，有一个最大功率输出点 这个就是工况图

一般车辆的最大扭矩点是在3000~4000之间出现，最大功率是5000~6000之间出现 好多人开车的时候起步是1000转多起步，2000转加档

注意：当2000转加档的时候，其实发动机还没达到最大扭矩输出点，就加档了 这样，就形成了加速无力

如果一直不换档，转速从怠速持续上升到最大扭矩输出点 你就会发现不但速度越来越快，而且加速度也在上升

这里汽车加速的加速度可不是恒定的，因为扭矩变大了了，自然加速度也变大 当超过了最大扭矩输出点后，扭矩开始下降了 此时车依然实在加速，只不过加速度越来越小。感觉加速没力量了 所以说，为了让车加速最凌厉，最好是超过最大扭矩输出点后，再换档

但是，达到最大扭矩输出点4000转换档，发动机转速很高，噪音大，废油 不用达到4000转换档啊，试试3000转换档，照样比2000转换档动力强的多 市区内开车，可能最快也就70~80的样子，因为环路限速么 此时车辆的功率是100马力还是200马力不重要，扭矩更重要

对于自动档车辆，变速箱有一个D档位置，即自动驾驶

此时变速箱电脑一般处于经济模式，尽可能的低转速，早加档，省油 但是，加档时机也太早了

比如上北四环的京承高速匝道，60公里时速，居然6档上，转速才1000多 这样是省油，但是太无力了，1000多的转速爬坡很痛苦，发动机光叫不走 所以要尽快换档——换到自动变速箱的运动模式——S档 或者按下OD超车按钮之类的开关

此时变速箱将不在以省油为第一目标，换档转速会被推迟到2000多甚至3000多 也就接近了最大扭矩输出转速

再去上同一高架路，就能发现是60公里，4档，2000转爬坡 此时扭矩非常充沛，爽就一个字，随心所欲加减油门不在痛苦

很多人为了省油，长期让发动机低转速运行，就会觉得车很面，加速无力 并且由于低速运行，会造成汽油燃烧不完全，内部积炭，导致工况更差 ——恶性循环了

省油不省车，省车不省油

是为了车好开车舒服，还是为了剩那百公里一个油 真正爱车的人心中都应该有数吧

完.

第四篇：钢结构高强螺栓扭矩计算书

钢结构高强螺栓扭矩计算书

工程名称：河北蓝亨啤酒有限公司二期工程 施工部位：结构连接

1、计算依据：

《钢结构工程施工质量验收标准》 高强螺栓出厂质量证明书 高强螺栓复试报告

2、根据《钢结构工程施工质量验收规范》高强螺栓终拧扭矩值计算公式： Tc=k×pc×d 初拧值To=0.5 Tc 其中：K为高强螺栓连接副的扭矩系数平均值 Pc为高强螺栓施工预拉力 D为高强螺栓杆直径 根据高强螺栓复试报告：

M20×70大六角高强螺栓：K=0.133 终拧扭矩值：Tc=k×pc×d =0.133×155×20 =412.3N.m 初拧扭矩值：To=0.5 Tc

=0.5×412.3 =206.15 N.m 根据现场使用的扭矩扳手刻度，最终确定初拧值220 N.m 终拧值430 N.m

钢结构高强螺栓扭矩计算书

工程名称：河北蓝亨啤酒有限公司二期工程 施工部位：结构连接

1、计算依据：

《钢结构工程施工质量验收标准》 高强螺栓出厂质量证明书 高强螺栓复试报告

2、根据《钢结构工程施工质量验收规范》高强螺栓终拧扭矩值计算公式： Tc=k×pc×d 初拧值To=0.5 Tc 其中：K为高强螺栓连接副的扭矩系数平均值 Pc为高强螺栓施工预拉力 D为高强螺栓杆直径 根据高强螺栓复试报告：

M24×80大六角高强螺栓：K=0.145 终拧扭矩值：Tc=k×pc×d =0.145×225×24 =783N.m 初拧扭矩值：To=0.5 Tc

=0.5×783 =391.5 N.m 根据现场使用的扭矩扳手刻度，最终确定初拧值400N.m 终拧值800 N.m

第五篇：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）