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        游梁式節(jié)能抽油機(jī)的原理及性能對比

        2015-05-30 05:06:04李金石
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年30期
        關(guān)鍵詞:節(jié)能原理性能

        摘 要:在我國油田生產(chǎn)中,大規(guī)模的使用游梁式節(jié)能抽油機(jī)能夠節(jié)約成本,有效利用油田資源。目前,游梁式節(jié)能抽油機(jī)的廣泛應(yīng)用得到了較好的效果,在結(jié)構(gòu)設(shè)計和波動范圍上能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的。此外,在科學(xué)技術(shù)的指導(dǎo)下,我國將立志于研發(fā)多種節(jié)能抽油機(jī)。文章將以偏輪式節(jié)能抽油機(jī)為參照對象進(jìn)行具體研究。

        關(guān)鍵詞:游梁式抽油機(jī);節(jié)能;結(jié)構(gòu)改進(jìn);原理;性能

        游梁式節(jié)能抽油機(jī)有四種形式,分別為雙驢頭、偏輪式、擺桿式和下偏杠鈴式。文章將結(jié)合這四者的特點進(jìn)行分析,對比其節(jié)能效果。以改造抽油機(jī)結(jié)構(gòu),進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新為目的,研發(fā)了新型節(jié)能抽油機(jī)。為我國油田開采創(chuàng)造更好的技術(shù)條件,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的共贏。

        1 游梁式節(jié)能抽油機(jī)的設(shè)計結(jié)構(gòu)及節(jié)能原理

        1.1 雙驢頭抽油機(jī)

        雙驢頭抽油機(jī)是最常見的采油裝置,利用變矩節(jié)能的原理實現(xiàn)具體的操作。其方式主要是以曲線型游梁后臂進(jìn)行連接,能夠達(dá)到柔性作用。隨后根據(jù)游梁后臂的長度進(jìn)行具體吧調(diào)整,隨著曲柄轉(zhuǎn)角的不同而發(fā)生變化,這是一種特殊的四桿機(jī)構(gòu)。面對采油的具體工作,能夠根據(jù)實際情況進(jìn)行節(jié)能采油操作,是新型動力傳動抽油機(jī)。

        雙驢頭抽油機(jī)在操作的時候,要格外的注意游梁后臂的長度,在其變化的過程中要配合懸點載荷,游梁后臂的長度是有一定規(guī)律可以掌握的,因此,在懸點負(fù)荷較大的時候,游梁的后臂會變長,平衡力也會較好。相反,如果懸點負(fù)荷比較小,游梁的后臂會變短,平衡力也會隨之減弱。除此外,光桿載荷轉(zhuǎn)矩接近正弦變化,與正弦變化的曲柄平衡轉(zhuǎn)矩具有對應(yīng)關(guān)系,為了進(jìn)一步達(dá)到節(jié)油的效果,穩(wěn)定曲柄凈轉(zhuǎn)矩的波動,能夠降低電動機(jī)裝機(jī)的功率,從而達(dá)到深度節(jié)能的作用。

        1.2 偏輪式抽油機(jī)

        偏輪式抽油機(jī)在游梁的尾部采用特殊的偏輪結(jié)構(gòu),在偏輪和游梁的中心之間添加操縱桿,可以實現(xiàn)六連桿的機(jī)制。在操縱桿的基礎(chǔ)上,可以實現(xiàn)軸承副硬聯(lián)接。偏輪式抽油機(jī)在具體的工作的過程中,由曲柄帶動連桿、橫梁、偏輪、操縱桿和游梁,通過游梁的擺動,形成行星運動。

        游梁的后臂長度和游梁的擺角速度主要是根據(jù)曲柄轉(zhuǎn)角而產(chǎn)生變化的,除此之外,由于游梁后臂和懸點負(fù)荷有著相近的變化規(guī)律,我們稱之為正弦定理。當(dāng)其與曲柄平衡轉(zhuǎn)矩對應(yīng)時,曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩波動比較小。與此同時,我們也發(fā)現(xiàn)偏輪式抽油機(jī)具有“慢提快放”的特點,這一原理可以發(fā)揮抽油機(jī)的動力特征,能夠有效地減小速度和加速度。

        偏輪和推桿之間具有一定的調(diào)節(jié)作用,在此基礎(chǔ)上可以增加游梁的擺角,有利于增大抽油機(jī)的沖程距離,能夠有效地的改善機(jī)器的受力能力,降低懸點的最大負(fù)荷,提高懸點的最小承載力。這樣電動機(jī)的功率可以達(dá)到最小,進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

        1.3 擺桿式抽油機(jī)

        擺桿式抽油機(jī)不同于常規(guī)的采油設(shè)備。它是通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與常規(guī)機(jī)的四連桿機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起而形成的一種采用裝置。在傳統(tǒng)采油機(jī)的基礎(chǔ)上,增加了曲柄外側(cè)的擺桿,其在擺桿中部進(jìn)行空槽處理,在內(nèi)部鑲嵌上下的軌道。與此同時,我們將曲柄的內(nèi)側(cè)與柄銷進(jìn)行接連,并對外側(cè)進(jìn)行改裝,即只保留一個滾輪。除此之外,由于擺桿上有三組銷軸孔,這將對連桿的上下連接起到很好的作用,進(jìn)一步改善抽油機(jī)的沖程。在擺桿和曲柄的共同作用下,可以達(dá)到抽油過程的復(fù)合平衡。

        在擺桿式抽油機(jī)運作的過程中,我們將位于曲柄軌道上的滾輪進(jìn)行來回的滾動,這樣可以使自重力比較大的擺桿進(jìn)行上下的自由擺動,從而帶動連桿擺動,達(dá)到驢頭懸點的上下運動。擺桿裝置的運行,主要是利用了杠桿原理,在其運動的過程中實現(xiàn)抽油機(jī)的平衡運轉(zhuǎn),在降低曲柄輸出轉(zhuǎn)矩的過程中,實現(xiàn)電動機(jī)功率的下降。

        1.4 下偏杠鈴式抽油機(jī)

        下偏杠鈴式的抽油機(jī)在偏置式抽油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造,保證其主要結(jié)構(gòu)不變,而在游梁的尾部進(jìn)行固定偏置平衡裝置的改良,使得重心下偏,將曲柄平衡機(jī)構(gòu)和游梁偏置平衡機(jī)構(gòu)有機(jī)的結(jié)合在一起。

        下偏杠鈴式抽油機(jī)在運行的過程中的運動呈現(xiàn)出圓弧狀,這是由于游梁偏置重心偏離而形成的。當(dāng)重心高于游梁旋轉(zhuǎn)中心線的時候,我們認(rèn)為力矩最大;相反,當(dāng)重心低于游梁旋轉(zhuǎn)中心線的時候,力矩較小。通過利用變矩原理,實現(xiàn)曲柄平衡,可以減小曲柄輸出轉(zhuǎn)矩的波動,進(jìn)一步降低了電動機(jī)的功率。與此同時,有效地改良曲柄軸凈轉(zhuǎn)矩曲線的大小和形狀,能夠讓機(jī)器較為平和的運轉(zhuǎn),有利于消除負(fù)轉(zhuǎn)矩。這對下偏杠鈴式抽油機(jī)的工作效率有著明顯的提高,能夠達(dá)到節(jié)能的目的。

        2 力學(xué)性能及節(jié)能效果

        在我們對比四種抽油機(jī)轉(zhuǎn)矩特性參數(shù)的時候,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了偏置式抽油機(jī)的力學(xué)性能相對其他三種裝置是最弱的。在最大凈轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)研究中,雙驢頭抽油機(jī)平均下降36.59%,偏輪式抽油機(jī)平均下降44.21%,擺桿式抽油機(jī)平均下降27.12%。除此外,這三者處于平衡狀態(tài)時可以有效地消除電動機(jī)工作中的負(fù)功現(xiàn)象,即我們常說的最小凈轉(zhuǎn)矩不低于零。在節(jié)能效果上,雙驢頭抽油機(jī)、偏輪式抽油機(jī)、擺桿式抽油機(jī)的節(jié)電率有大幅度的下降,分別節(jié)電33.56%、21.88%、23.12%,而偏置式抽油機(jī)的效果十分不佳。因此,我們對其進(jìn)行了改造,即研發(fā)了下偏杠鈴式抽油機(jī)。

        隨后我們對偏置式抽油機(jī)和下偏杠鈴式抽油機(jī)進(jìn)行了新的對比。其結(jié)果表示,下偏杠鈴式抽油機(jī)在工作性能上明顯由于偏置式抽油機(jī),最大轉(zhuǎn)矩可以降低到25.98%。在平衡的條件下,也可以實現(xiàn)對電動機(jī)負(fù)功作用的消除,其節(jié)能效果可以提升至15.38%。

        3 游梁式節(jié)能抽油機(jī)的發(fā)展

        游梁式節(jié)能抽油機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)置上比較的簡單,在長期的使用中具有耐用性的特點,且容易維修,在我國的采油過程中發(fā)揮著巨大的作用。但是隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,國家對能源的需求逐年上漲,要求我們必須掌握最佳的節(jié)能手段,實現(xiàn)資源利用的最大化。

        因此,節(jié)能抽油機(jī)需要具有耗能低、沖程遠(yuǎn)、大負(fù)荷等特點,為油田的開發(fā)提供技術(shù)上的支持,保證經(jīng)濟(jì)效益的穩(wěn)定。為了解決好傳統(tǒng)抽油機(jī)出現(xiàn)的一系列問題,研發(fā)新型節(jié)能抽油機(jī)是一項艱巨的工程。抽油機(jī)節(jié)能在未來的采油市場上具有很大的潛力,可以通過改善結(jié)構(gòu)、安裝節(jié)能監(jiān)控裝置、改良平衡方式等措施,促進(jìn)游梁式節(jié)能抽油機(jī)的發(fā)展。在改造過程中,要對不同類型的游梁式節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行具體的分析,取長補(bǔ)短,根據(jù)采油工作的具體需要和現(xiàn)實條件的限制,實現(xiàn)綜合能力的調(diào)整、運用,達(dá)到最佳節(jié)能效果。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,將常規(guī)的游梁式節(jié)能抽油機(jī)進(jìn)行改造,有利于我國油田采油事業(yè)的發(fā)展,為其提供技術(shù)支持,能夠?qū)崿F(xiàn)更好的節(jié)能效果。對資源的充分利用,發(fā)揮游梁式節(jié)能抽油機(jī)平衡功能的最大效用。除此之外,提高抽油機(jī)的安全性,能夠保證工程的順利進(jìn)行。在節(jié)能抽油機(jī)上進(jìn)行技術(shù)改良,借鑒其他國家在采油技術(shù)上的特點和優(yōu)勢,改進(jìn)節(jié)能驅(qū)動設(shè)備,進(jìn)一步達(dá)到降低電機(jī)率和節(jié)能降耗的目的。這就需要研發(fā)人員和采油操作人員加強(qiáng)配合,在發(fā)現(xiàn)問題后,提出自己的建議,優(yōu)化采油方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]謝穎.游梁式抽油機(jī)用節(jié)能電機(jī)工作性能的有限元計算及分析[D].哈爾濱理工大學(xué),2011(2).

        [2]王守民.油田在役常規(guī)游梁式抽油機(jī)的增程與節(jié)能改造研究[D].浙江大學(xué),2011(7).

        [3]徐向前.游梁式抽油機(jī)采油系統(tǒng)矢量控制節(jié)能方法研究[D].長安大學(xué),2013(10).

        [4]趙偉.基于虛擬樣機(jī)的游梁式抽油機(jī)能量回收研究[D].吉林大學(xué),2013(5).

        作者簡介:李金石,男,1991年參加工作,2008年6月畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè),目前從事于采油方面工作。

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