張德實，馮子明，邵守軍，王新民

抽油機傳動效率試驗分析與應(yīng)用

張德實1，馮子明2，邵守軍3，王新民1

（1．大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453；2．東北石油大學機械科學與工程學院，黑龍江大慶163318；3．大慶油田有限責任公司第一采油廠，黑龍江大慶163111）

為獲得抽油機各傳動部件的精確傳動效率模型，分別在室內(nèi)電動機工作性能試驗臺和模擬試驗井上模擬實際工況，進行試驗測試與研究。通過對測試的電參數(shù)、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的擬合處理，獲得了電動機、皮帶、減速箱和四連桿等部件的傳動效率函數(shù)，并使用本函數(shù)計算了各部件在特定工況下的瞬態(tài)傳動效率曲線，為抽油機優(yōu)化設(shè)計與綜合評價提供技術(shù)支持。

抽油機；傳動效率；試驗分析；擬合模型

常規(guī)游梁式抽油機井進行抽汲設(shè)計、優(yōu)化運行、節(jié)能評價時，在滿足工程應(yīng)用要求的前提下，可以將抽油機的各傳動部件效率按固定值處理，這樣可以簡化設(shè)計時的計算難度，提高工作效率［1-2］。隨著對機械采油方式的要求更加精細化、高效化，有必要獲得抽油機各傳動部件的效率-功率曲線的精確表達式?，F(xiàn)有抽油機傳動效率的文獻沒有給出精確的傳動效率函數(shù)［3-6］，本文通過電動機工作特性試驗臺進行抽油機用電動機的特性測試，利用試驗?zāi)M井進行游梁式抽油機各傳動部件的效率特性測試，并擬合成效率公式。

1　抽油機傳動效率試驗方法

本試驗在大慶油田采油工程研究院的試驗?zāi)M井上進行，以C YJ10-3-37 H B型常規(guī)抽油機為試驗機型，基本工況按油田實際工作參數(shù)來確定。測試節(jié)點包括電動機輸入端、電動機輸出軸、皮帶輪輸出軸、減速箱輸出軸和光桿。抽油機地面設(shè)備測試結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1　抽油機地面設(shè)備測試節(jié)點分布

利用油井液面測試儀測試動液面深度；利用功圖智能測試儀測試懸點位移和載荷；利用3169型電參數(shù)多功能測試儀測試電動機輸入電參數(shù)（如圖2），包括電流、電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等；利用速度傳感器同步測試電機輸出軸、皮帶輪輸出軸、減速箱輸出軸的角速度；利用應(yīng)變片測試轉(zhuǎn)矩（如圖3），可以同步測試電機軸、減速箱輸入軸和減速箱輸出軸轉(zhuǎn)矩。一般情況下，分析抽油機井傳動部件的效率時，分別測試傳動部件的輸入和輸出兩端的轉(zhuǎn)矩和速度，進而算出功率，通過對應(yīng)功率做比較便可求出傳動效率。

圖2　功率測試儀

圖3　轉(zhuǎn)矩測試應(yīng)變片

電動機工作特性在東北石油大學的室內(nèi)電動機特性試驗臺上進行，如圖4所示。電機試驗臺主要由電源柜、測量柜、電動感應(yīng)式調(diào)壓機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、電渦流測功機等組成?？梢赃B續(xù)測試變負載工況下的相關(guān)參數(shù)，電動機輸入電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、輸出軸轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。

圖4　電動機工作特性測試臺

2　數(shù)據(jù)處理及分析

表1為22kW三相異步電動機在2．5～46．4kW輸入功率工況下，連續(xù)測得的相關(guān)電參數(shù)數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析處理軟件Origin對數(shù)據(jù)進行函數(shù)擬合，獲得如圖5所示的5條電機特性曲線和如表2所示的5個擬合函數(shù)。表3為皮帶、減速箱和四連桿傳動效率公式，其效率曲線如圖6～8所示。

表1　電動機工作特性測試數(shù)據(jù)

圖5　電動機工作特性曲線

表2　Y225 M-8電機工作特性函數(shù)

表2中：Sw為電動機滑差率；η′2為22 k W三相異步電動機效率；P1為電機輸入功率，k W；P2為電機輸出功率，k W；cosφ為功率因數(shù)；I1為電機輸入電流，A。

圖6　抽油機用皮帶傳動效率

圖7　減速箱傳動效率

圖8　四連桿傳動效率

表3　抽油機部件傳動效率公式

3　應(yīng)用分析

以表4內(nèi)的抽油機型號和抽汲參數(shù)為基礎(chǔ)，按前文試驗數(shù)據(jù)擬合出的函數(shù)進行抽油機多節(jié)點瞬態(tài)效率曲線計算。計算結(jié)果如圖9a～9d所示，分別表示電動機、皮帶、減速箱和四連桿的傳動效率，通過這4條曲線可以深入了解抽油機周期性運動規(guī)律及能耗隨時間的變化規(guī)律，為抽油機的節(jié)能降耗和技術(shù)改造提供可靠的理論基礎(chǔ)。

表4　抽油機變速優(yōu)化基本運行參數(shù)

圖9　抽油機各部件瞬態(tài)傳動效率曲線

4　結(jié)論

根據(jù)室內(nèi)電動機工作特性試驗臺測試數(shù)據(jù)和模擬試驗井測試數(shù)據(jù)，擬合出抽油機傳動部件的傳動效率模型，包括電動機、皮帶、減速箱和四連桿部件的傳動模型，可以用來精確計算瞬態(tài)效率曲線，為抽油機設(shè)計、優(yōu)化運行和綜合評價提供有力的技術(shù)支持。

［1］ 高宗海，程世英．抽油機系統(tǒng)效率微機綜合測試系統(tǒng)［J］．石油儀器，1996（3）：25-27，47．

［2］ 白連平，張順增，邵保林，等．抽油機電動機運行效率現(xiàn)場測試方法研究［J］．石油機械，2007（4）：64-66．

［3］ 孔政，沈曉翔．抽油機地面機械效率同步檢測技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．復(fù)雜油氣藏，2009（1）：57-60，64．

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［5］ 馮子明，張金東，顧慧彬，等．抽油機用電動機節(jié)電特性試驗研究［J］．石油礦場機械，2013，42（7）：55-58．

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Experimental Analysis and Application of Pum ping Unit Transmission Efficiency

ZHANG Deshi1，F(xiàn)ENG Ziming2，SHAO Shoujun3，WANG Xin min1
（1.Petroleu m Engineering Research Institute，Daqing Oilfield Com pany Ltd.，Daqing163453，China；2.School of M echanical Science and Engineering，N ortheast Petroleu m Uniuersity，Daqing163318，China；3.N o.1Oil Production Com pany，Daqing Oilfield Com pany Ltd.，Daqing163111，China）

In order to obtain the precise transmission efficiency m odel of each drive disk assem bly of pu m ping unit，sim ulation measurement and study w ork were conducted in the indoor m otor test rig and sim ulation text well respectively．By means of fitting test data of electrical parameter，torque and rotate speed，the transmission efficiency m odels of m otor，belt，gearbox and four-bar were achieved．Using these mathematic m odels，the transient transmission efficiency curves could be draw n，such as m otor efficiency curve，belt efficiency curve，gearbox efficiency curve and fourbar efficiency curve．This study results can provide the basic foundation to optimization design and co m prehensive assessment for pu m ping unit．

pu m ping unit；transmission efficiency；experimental analysis；fitting m odel

T E933．107

A

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．01．012

1001-3482（2015）01-0048-04

2014-07-23

黑龍江省自然科學基金項目（E201412）

張德實（1979-），男，黑龍江拜泉人，工程師，碩士，主要從事抽油機舉升工藝技術(shù)研究。