廖啟新　徐東升　王健

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種長沖程、低沖次、大負(fù)荷、純機(jī)械傳動(dòng)的皮帶抽油機(jī)，對其進(jìn)行受力分析，設(shè)計(jì)計(jì)算，確定該機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。該機(jī)經(jīng)國內(nèi)油田推廣應(yīng)用，突現(xiàn)出優(yōu)良的使用性能，具有節(jié)能、高效、安全、可靠的顯著特點(diǎn)，可以適合普通油井的稀油開采，也可以適合稠油井的稠油開采，可以采取小泵深抽，也可以替代電泵進(jìn)行大泵提液，對我國油田晚期原油開采具有重要意義。

關(guān)鍵詞：油田；皮帶抽油機(jī)；設(shè)計(jì)計(jì)算

中圖分類號：X924 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Design a long stroke and low speed， heavy load， pure mechanical transmission belt of the pumping unit， its force analysis， design and calculation， the technical parameters of the machine.This machine by the domestic oil field application， highlights the excellent performance， energy saving， high efficiency， significant characteristics of safe， reliable， can be suitable for ordinary Wells thin oil mining， can also be suitable for heavy oil Wells of heavy oil exploitation， can take small pump deep pumping， also can undertake large pump solution instead of pumps， late oilfield oil production is of great significance to our country.

Keywords： oil field；Belt pumping unit；design calculation

皮帶抽油機(jī)是一種長沖程、低沖次、大負(fù)荷、純機(jī)械傳動(dòng)的地面采油設(shè)備，其良好的采油工藝性能和可靠的機(jī)械性能使得該抽油機(jī)在我國大部分油田可廣泛應(yīng)用，它既可以采取小泵深抽，也可以替代電泵進(jìn)行大泵提液，既可以適合普通油井的稀油開采， 也可以適合稠油井的稠油開采。其完善的配套工藝完全能夠滿足各種工況的油井，受到廣大油田用戶的好評。

1.設(shè)計(jì)參數(shù)

形式：皮帶抽油機(jī)

型號：WCYJ16。

沖程：7.3m。

沖次：4min-1

額定懸點(diǎn)負(fù)荷：160kN。

牽引系統(tǒng)：寬皮帶+鏈條。

驅(qū)動(dòng)方式：地驅(qū)+頂部滾筒曳引。

換向方式：純機(jī)械換向。

控制方式：手動(dòng)，遙控。

2.結(jié)構(gòu)組成

WCYJ16型皮帶抽油機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

3.設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1滾筒直徑的確定

滾筒直徑的大小對抽油機(jī)的額定扭矩有直接的影響，直接關(guān)系到抽油機(jī)的耗能，根據(jù)扭矩計(jì)算公式

由公式（1）可知，當(dāng)力（懸點(diǎn)負(fù)荷）為一定時(shí)，力臂（滾筒半徑）越大所需扭矩越大，力臂越小所需扭矩越小。但是結(jié)合本機(jī)實(shí)際，滾筒直徑也不是可以任意小，一方面要考慮到井口平時(shí)管理操作方便，以免與機(jī)架發(fā)生干涉，至少要留400mm的距離。另一方面要考慮到皮帶的使用壽命，當(dāng)滾筒直徑越小，皮帶彎曲的曲率越大，皮帶的壽命越短，當(dāng)滾筒直徑越大，皮帶彎曲的曲率越小，皮帶的壽命越長。特別還要考慮到該機(jī)所選用的皮帶為重載寬皮帶，皮帶內(nèi)由若干根直徑20mm的鋼絲繩作為承載件，故根據(jù)鋼絲繩與滑輪的輪徑比經(jīng)驗(yàn)公式

這110kn（11噸）配重是平衡箱及活動(dòng)配重塊的總重。事實(shí)上各口井的井況并不是完全一致，這只是理論計(jì)算的重量，現(xiàn)場安裝時(shí)，一般先加裝80%的配重，然后啟動(dòng)抽油機(jī)，通過觀看上下行程時(shí)的電流值再作調(diào)整。若光桿下行程電流值小于上行程電流值，則需要繼續(xù)添加配重塊。反之則需減少配重塊。若上下行程電流基本持平，則表明平衡良好。

3.8抽油機(jī)扭矩的計(jì)算

3.8.1工作原理

皮帶抽油機(jī)在運(yùn)行過程中是電機(jī)通過減速機(jī)，減速機(jī)通過安裝在輸出軸上的主動(dòng)鏈輪，主動(dòng)鏈輪通過鏈條，鏈條通過曲柄銷，曲柄銷通過換向器（亦稱往返架），換向器對平衡箱起捧上（從下止點(diǎn)捧到上止點(diǎn)）壓下（從上止點(diǎn)壓到下止點(diǎn)）作用，再通過皮帶經(jīng)過抽油機(jī)頂部滾筒改變方向后連接光桿，從而帶動(dòng)抽油桿、抽油泵柱塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)而抽油。

3.8.2平衡良好時(shí)鏈輪扭矩的計(jì)算

通過圖2的受力分析可知，當(dāng)鏈條通過曲柄銷帶動(dòng)換向器向上捧平衡箱時(shí)所作用力F上=110-90=20kN，當(dāng)鏈條通過曲柄銷帶動(dòng)換向器向下壓平衡箱時(shí)所作用的力F下=130-110 =20kN，兩者都是20kN，由此可見，平衡良好時(shí)，電機(jī)在上下行程中均為平均做功，這對電機(jī)運(yùn)行是十分有利的，均勻做功無沖擊載荷，這也是皮帶式抽油機(jī)節(jié)能的原因所在。

3.8.3特殊工況下鏈輪扭矩的計(jì)算

上述鏈輪扭矩是在平衡良好的情況的計(jì)算值，實(shí)際上還要考慮井下工況如積蠟、沙卡、卡泵等特殊工況，尤其要考慮在安裝過程中，當(dāng)井口側(cè)光桿負(fù)荷尚未與皮帶連接的情況下，如何依靠抽油機(jī)自身動(dòng)力將空平衡箱（重4.17t）舉升到上止點(diǎn)，讓皮帶與懸繩器能夠順利連接的問題， 因此， 必須按照平衡箱重量41.7kN計(jì)算鏈輪的扭矩。

M2=41.7*0.45=18.8kN·m，圓整為19kN.m

3.9減速箱輸出扭矩的計(jì)算

減速箱輸出扭矩即是鏈輪扭矩除以效率后的數(shù)據(jù)，即

M3=M2/g

經(jīng)查設(shè)計(jì)手冊，滾子鏈條效率g為95%，則

M3=19/0.95=20kN.m

3.10減速機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速

因鏈輪中心孔與減速機(jī)輸出軸同軸，故減速機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速與鏈輪轉(zhuǎn)速相同。即n2=n1=23rpm

3.11選擇電動(dòng)機(jī)的容量

電動(dòng)機(jī)的容量（功率） 選擇是否合適，對電動(dòng)機(jī)工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響，容量小于工作要求，則不能保證抽油機(jī)正常工作，或使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱燒毀；容量過大，則電機(jī)功率不能充分發(fā)揮，甚至大馬拉小車，造成能源浪費(fèi)，因此，電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)稍大于（或等于）電動(dòng)機(jī)所需功率。

（1）減速機(jī)輸出軸輸出功率

結(jié)語

上述對皮帶抽油機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，完全遵循機(jī)械設(shè)計(jì)原理和電工學(xué)原理。該機(jī)之所以節(jié)能是因?yàn)椴捎昧似胶庠?，電機(jī)功率的選擇比同型號傳統(tǒng)游梁式抽油機(jī)降低了20kW。之所以安全可靠是因?yàn)椴捎玫孛骝?qū)動(dòng)， 雙級圓柱齒輪傳動(dòng)減速機(jī)，純機(jī)械換向，重載鏈條，夾心鋼絲繩橡膠皮帶。之所以皮實(shí)是因?yàn)椴捎帽韧吞枱o游梁式抽油機(jī)（如W型曳引抽油機(jī)）電機(jī)功率提高20kW，功率留有較大余量，不至于一旦遇到積蠟，沙卡等情況就停機(jī)。

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