概述
石油开发到一定阶段后，油层压力下降，油井停止自喷，因而采用机械采油方法继续开采。世界各产油国都广泛应用有杆泵抽油的方法进行采油。
有杆泵抽油装置是由地面的抽油机、井下的抽油泵及抽油杆柱所组成。抽油机是有杆泵采油装置的重要地面设备，是一种把动力机的连续圆周运动变成抽油杆柱及抽油泵柱塞的往复直线运动，从而将地下原油开采出来的机械设备。所以说抽油机是有杆泵采油中十分重要的设备之一。
抽油机的种类较多，概括起来可分为以下几种：按有无游梁可分为游梁式抽油机和无梁式抽油机；按结构型式可分为常规型游梁式抽油机、前置型游梁抽油机、偏置型游梁抽油机和异相型游梁式抽油机。本篇论文设计的便是CYJY10-4.2-70BH型异相型游梁式抽油机。
异相型游梁式抽油机的设计思路有三个方面：首先，扩大抽油机冲程长度以提高泵效。异相型游粮式抽油机由于用变径圆弧形的后驴头代替了常规机的游梁后臂，游梁与横梁之间采用柔性件连接，使其主结构在常规机四杆机构的基础上发生了质的飞跃，而变成了“变参数四杆机构”。这种特殊四杆结构工作时，其游梁后臂有效长度、连杆长度随其曲柄转角的变化而变化，不但改善
了四杆机构的异型机工作中受“死角”制约的程度放宽，因而可以采用适当增大游梁摆角的方法来实现抽油机的长冲程；其次，改善平衡效果以降低能耗。异相型游梁式抽油机是以常规机为基础模式，从改变抽油机的扭矩因数入手，通过改变抽油机的结构，实现“加强抽油机的平衡效果以降低净扭矩峰值和能耗；扩大抽油机的冲程以提高泵效和综合技术指标”；再次，能够满足不同粘度原油开采的需要。异相型游梁式抽油机设计时，在考虑和优化“变参数四杆机构”动力特性、传动特性的同时，巧妙地考虑了悬点上下冲程所占用曲柄转角的问题，从而使异型机在曲柄正转时上冲程曲柄转角大于180°，曲柄反转时上冲程转角小于180°即靠改变曲柄的转向可实现“慢上快下”和“慢下快上”两种工作方式。
summary
Oil development get sure stage, the reservoir pressure drops, the oil well stops blowing, adopt machinery recover the oil the method continue and is exploited. World produce oil national capital use and have pole pump release method of oil recover the oil extensively each.
Have pole pump to pump oil device by to pump oil machine, releasing oil pump and pump pole post of oil make up in the
pit ground.Release oil machine have pole pump recover the oil the important ground equipment of the device , it is one that turn continuous circular motion of generator into and pump oil pole post and release oil pump to be that post fill to reciprocate rectilinear motion, thus the mechanical equipment exploiting the underground crude oil out. So say that there are pole pumps one of the very important equipment while recovering the oil to pump the oil machine.
There is more kind of pumping oil machine can be divided into the following several kinds: According to visit roof beam can divide into person who visits roof beam release oil machine and have roof beam type release the oil machine; According to structure pattern can divide into routine visit roof beam pump oil of, the leading type to visit roof beam last oil, setovering type visit there aren't roof beam .Page this that thesis design to visit CYJY-4.2-70BH roof beam type release the oil machine different looks type.
Different looks type visit roof beam type mentality of designing of releasing oil machine have 3: First of all, expand the length of stroke of the oil pumping machine in order to improve the pump result. Different looks type visit
grain type pump oil machine because with horse head replace to visit arm after the roof beam routine machine behind turning into foot-path circular, visit roof beam and crossbeam adopt flexibility pieces of connection, make his main structure the qualitative leap has taken place on the basis of four organizations of the routine machine, and has turned into " turning into four organizations of parameter ". Such special four structure when working, it visit arm effective length, length of connecting rod vary with its crank of corners after the roof beam, Improve four abnormal shape machine of organization degree that work is limite by " dead angle" relax, Can adopt proper to increase and visit roof beam method to put angle realize the long stroke of the oil pumping machine; Secondly, improve the balance result in order to reduce energy consumption Different looks type visit roof beam type release oil machine to based on routine machine mode, from change torsion factor of oil releasing machine start with ,Through changing the structure of the oil pumping machine, realize that " strengthens the balance result of the oil pumping machine in order to reduce the net torsion peak value and energy consumption; he stroke of
expanding the oil pumping machine is in order to improve the pump result and comprehensive technical indicator "; Moreover, can meet the need not exploited with the viscidity crude oil . When design the different looks type visit roof beam type pump oil machine, in consider and optimize while "turnning parameter into four organization " power characteristic, drive characteristic, consider and hang some about stroke crank issue of corner taken ingenious, so Go to the crank corner of the stroke to greater than 180 in the natural rotation of the crank in abnormal shape machine ,Crank pay stroke corner lighter than 180 when overturning ,namely by change transformation of crank can realize " slow to have and lay soon " and " slow to lay and go to soon " two kinds of working ways.
目录
1.前言 --------------------------------------------
2.原始数据 ----------------------------------------
3.抽油机主要零件尺寸的设计计算 ---------------------
4.运动学计算-----------------------------------------
5.油机主要零件的强度校核 --------------------------
6.参考文献 ----------------------------------------
第一部分前言
1.抽油机的一般知识
随着油田开发的推移，我国大多数油田都己进入开发的中后期,逐渐丧失自喷能力，基本上已从自喷转入机采。80年代初，我国拥有机采油井2万口，占油井总数的57．3％，机采原油产量占总产量的27％。到80年代末，我国拥有机采油井3万口，占油井总数的85％，饥采原油产量占总产量的80％。在这些机采油井中，采用抽油机有杆式抽油占90％，采用电潜泵、水力活塞泵、射流泵、气举等其它无杆式抽油只占10％。
美国拥有生产油井50万口，是世界上拥有油井数量最多的国家，其中92．7％为机采油井，有杆式抽泊占机采油井的85％。
目前，美国拥有抽油机40万台，原油产量近4亿t，其中机采原油产量占91％。
前联拥有生产油井7万口，其中84．6％为机采油井，有杆式抽油占饥采油井的80％。
随着油田进一步开发，机采泊并的比重将进一步加大，其中主要采用有杆式柏油。由此可见，抽油机在石油工业中具有举足轻重、非同小可的重要地位。
抽油机是构成‘三抽”系统的主要设备，是有秆式抽油的地面动力设备。在抽油机的驱动下，通过抽油杆带动并厂抽油泵往复运动，实现石油的采收。
一、抽油机的分类
抽油机主要分游梁式抽油机和无梁式抽油机两大类。
游梁式抽油机的具体分类如下：
按结构型式可分为：常规型、前置型、偏置型、斜井式、低矮式、活动式
按减速器传动方式可分为：齿轮式、链条式、皮带式、行星轮式；
按驴头结构可分为：上翻式、侧转式、分装式、整体式、旋转式、大轮式、双驴头式、异驴头
按平衡方式可分为：游梁平衡Y，曲柄平衡B、复合平衡F、天平平衡T、液力平衡、气动平衡、差动平衡；
按驱动方式可分：普通异步电机驱动、多速异步电机驱动、变压异步电机驱动，大转差率电机驱动，超过转差率电机驱动、天然气发动机驱动、柴油机驱动。
无游梁式抽油机．因其机理不同，结构各异，尚无确定的分类方法和准则，一般可分为：
低矮式：其特点是整机低矮；
滚筒式(沉入式)：其持征是无曲柄连杆机构，以绞车滚筒为主体．其上缠绕柔性件，一端悬
硅杆泵，一端悬挂平衡重。悬绳器和平衡重均沉没于地下．故这种抽油机又称沉入式或鼠洞式抽油机；
塔架式：其特点是具有高耸的立架，类似钻机井架。塔架高度与冲程长度相谐；
常规式：其特点是具有带传动、减速器的曲柯连杆机构，以实现悬点的往复直线运动及换向；
缸式抽油机：其特点是以压力油缸或气动柱塞来驱动杆系上下往复运动
增程式(又称增距式)：其特点是具倍升机构，以实现悬点冲程的放大，
链条式：其持点是以链条传动来传递动力；
皮带式：其特点是以皮带传动来传递动力；
绳索式：其持点是以钢丝绳来传递动力；
此外．还有许多其它型式的无游梁抽油机。
二、抽油机的工况条件
抽油机一年四季全天候野外作业，承受风吹、日晒、雨淋、雪压。新的油田又多发现在沙漠、荒原、沼泽、地、浅海滩、深海，地处边远，渺无人烟。抽油机所承受的负荷为周期性交变负荷，连续运转，无人监护。所以说抽油机的工作条件十分恶劣。
三、抽油机的技术经济评估
恶劣的工况条件，对抽油机提出以下技术要求：
1、良好的可靠性
抽油机常年连续运转，工况复杂多变，加之无人监护，管理不便，因而要求其工作必须可靠。对于油矿设备来说，可靠性是最重要的技术指标，抽油机发生故障将会造成停产待修、油井破坏等重大事故和严重经济损失。
2、良好的耐久性
抽油机效用寿命(或称设计寿命，或称服役期)是抽油机设计水平、制造质量、管理水平的综合反映。提高产品寿命，正是抽油机技术进步的主攻目标。
3、良好的王作性能
抽油机的工作性能指标，包括悬点负荷、冲程、冲次、减速器扭矩、单井井口产量等技术参数。随着油田不断开发，油井含水比不断增大，泵挂深度不断增加，动波面不断下降，势必引起悬
点负荷增大，同时引起减速器扭矩的增大。泵径、冲程、冲次也要根据抽汲工况的变化而经常调节。抽油机应该满足抽采工艺的要求，应能适应抽汲参数的变化。
4、结构简单，易损件少，操作维修方便
结构简单，势必故障率低；易损件少，必然可靠耐久。游梁式抽油机历久不衰的根本原因就在于此。目前，我国抽油机的轴承和曲柄销寿命均不长，尚待得到根本解决。操作维修方便是油田现场最关心的技术，此项技术还必关系到产品市场的竞争。
5、能源消耗低，材料消耗低
我国拥有抽油机2．7万台．以平均每台重15t计，则总重量为40多万t，每台以7万元计价，则总资产近20亿元。如果，每台抽油机能降低一点材料消耗，则整个经济效益是十分可观的。
一台抽油饥平均每年耗电十几万度．2．7万台抽油机，每年共耗电300多亿度，其电耗居油田第二位，仅次于注水(注水占油田总电耗40％，抽油机占25％)，如果，每台抽油机能节省一点能源消耗，则整个经济效益是相当惊人的。
目前，抽油机单位千瓦的重量和单位产旦的能耗．越来越引起有识之士的重视。
2.国外新型游梁式抽油机的研制
一、国外游梁式抽油机技术现状及新机研制
抽油机的产生和使用由来已久，迄今已有百年历灾。应用最
早，普及最广的应属游梁式抽油机，早在120午前就诞生了，目前，在世界各个产油国仍在大面积地广泛应用。美国拥有40万台，我国拥有2．7万台，前联拥有4万台，一百多年来，游梁式抽油机的结构和原理没有实质性变化。结构简单、易损件少、可靠性高、耐久性好，操作维修方便，是其百年经久不衰的根本原因。
1、美国
美国生产抽油机的公司有十几家，品种复杂、型式繁多，其中以技术先进、实力雄厚的拉夫金(得克萨斯州)公司为权威。常规型游梁式抽油机按API标准制造。1988年第15版API Spec11E 中规定了常规型游梁式抽油机系列有77钟型号．悬点载荷9—214kN，冲程0.4—7．6m，减速器扭短0．737—105．32kN·m，其中以悬点负荷25一165kN，冲程0．71—3．66m的抽油机居多。规格最大的是3648—470—300型抽油机，悬点负荷213kN，冲程7．62m，减速器扭矩420．4kN·m。减速器大多采用渐开线人字齿轮传动，中间没有退刀槽。也有少数采用螺旋齿轮传动、链条传动和皮带传动。采用宽冀工字钢游梁，强度高，重量轻。拉夫金公司采用w24×94宽翼工字钢游梁，重680KG。
前置式抽油机主要由拉夫金公司生产，该公司生产的马克型前置式抽油机，共有八个系列46个品种。其中小型前置式柏油机共23钟规格，型号从M114D一143—64到M320D一427—216。马克前置式抽油机上冲程曲柄转角195度，下冲程为165度，从
而降低扭矩峰值。该机上冲程开始比油井负荷扭矩滞后7．5度，下冲程开始扭矩比油井负荷扭矩提前7．5度，从而提高平衡效果．该机较同级常规抽油机节能34．9％。
拉夫金公司还生产前置式气平衡抽油饥，该机比同级常规抽油机外形尺寸小35％，整机重量轻40％．该机共有26种规格，悬点负荷48．47—213．19kK，冲程1．37—6．1m，平衡气压力1.05-2．87MPa
偏置式抽油机主要由CMI公司生产，共有九种规格，减速器扭矩7．9—126．1kN．m。偏置式抽油机又称异向曲柄抽油机，或称后置式抽油机，或称托马斯持(TM)抽油机，简称TM抽油机。这种袖油机曲技术经济指标优越，深受用户欢迎。1986年已进入API标准。该机持点在于连杆与游梁之间夹角始终为90度，曲柄转角上冲程为192度，下冲程为168度，惯性负荷小．峰值扭矩小，比同级常规抽油机小60％，该机游梁支架与减速器座底直接连接，改善了整体受力。
4、前联
前联抽油机按标ΓOCT淮生产，CK新系列游梁式掖油机共有9个系列22种型号，减速器共有10种型号。悬点负荷10一200种，冲程0．45一6m，减速器扭矩1-120kN·m。平衡方式全部采用复合平衡或曲柄平衡．重型采用气动平衡。为缩小尺寸，减轻重量，近年来将曲柄半径与驴头摆动半径比从0.4增人到0.6。
抽油机主要生产厂家是伊甲巴依油矿设备广。
6、中国
我国的抽油机制造业已有40年历史，经过了进口修配、仿制试制、设计研制三个阶段。50年代以进口为主，修配为辅。60一70年代在仿制的基础上进行试制，1975年制订国产抽油机基本型式与参数，1980年制订抽油机结构尺寸和技术条件。从此开始自行设计，研究制造国产抽油机，逐步实现国产化．不仅满足自给，而且还部分出口，目前，我国已有石油机械厂、通用石油机械厂、石油机械厂、、第二石油机械厂、第三石油机械厂、第四石油机械厂、江汉石油机械厂、石油机械厂、华东管道机修厂、总机厂、玉门总机厂、大港总机厂等30多家袖油机制造厂，年生产抽油机上万台，并有2项产品获国家银质奖，14项产品获部奖称号。兰石、兰通、宝石、江汉石油机城厂(原江汉总机厂)、第四石油机械厂、第二石油机城厂等厂家先后获得API商标使用许可证，抽油机出口美国，从而使国产抽油机打入国际市场，跻身身于世界先进行列。
3.抽油机的节能技术
有杆式机械采油使用围广，投放数量多，能源消耗大，开展拍油机节能技术研究，对于我国石油工业发展具有重要的现实意义和极大的深远影响。
我国拥有抽油机2．7万台，国产三拍系统效率平均为20％左
右，最高也不超30％，如果能将效率提高10％，则每年将节省电耗3亿度，经济效益上亿元，这是一笔相当可观的数字。节省的电能可以增开2000台抽油机．可以有效缓解油田电力供应不足。
抽油机节能技术潜力很大，节能措施多种多样，归纳起来主要有以下几种方法：
一、改进结构型式
1、前置式抽油机；
2、偏置式抽油机；
二、采用节电驱动设备
1、节能拖动装五(CJT系列）；
2、YCH型超高转复率电机(JHS 电机）；
3、甚高转差率电动机；
4、高压高流异步电动机；
5、天然气发动机；
6、SCR装置。
三、采用节能监控装置
1、多功能程控装置
目前抽油机电动机功率因素仅为0．60，造成电网无功损失．石油学院研制的DSC系列抽油机多功能程控装置较好地解决了这一问题。DSC多功能程控装置有程控启动、断电保护、过载保护、短路及无功补偿等多项功能。这可以视为是我国抽油机无人监护，定时巡查定向自动监控的起步。
2、间抽定时控制装置(抽空控制器)
该装置可以根据油井工况和抽采工艺要求伺服调整电动机启动和停机时间，选定开停次数，实现对油井间抽定时控制，从而
避免抽空现象、对于石油井，低产井无疑是一绝好的节能手段和增产措施。
四、采用节能传动元件
1、窄v带传动
近二十年来，窄V带在美、英、德、日、等国早已普及推广，橡胶厂根据国际SP系列和V系列研制成功国产ZP系列和V系列窄带，目前窄V带在国石油矿场已大量推广。窄v带具有独持的结构．承载能力大，比普通三角带高30％一50％，传动效率高，可达96％一98％，比普通三角带高4．5％(普通三角带传动效率只有92％一93％)；工作寿命长，可达2000一3000小时，比普通三角带长3—7倍。
2、同步带传动
1986年石油学院与桦林橡胶总厂开始研制同步带。同步带传动效率高．可达99％。传动比准确，永不打滑，是一种具有技术前途的新型传动带。同步带问世于70年代，日本应用最早。1985年美国率先首次用于抽油机传动，获得令人满意的效果。同步带比普通三角带节电14.4%。
五、改进平衡方式
1、气动平衡；
2、天平平衡。
六、推广长、中程无游梁抽油机
无游梁抽油机的最大优点在于没有笨重的游梁，大大降低运动
系统的惯量，从而降低运动系统惯性负荷，无游粱抽油机容易实现长冲程，相对损失小，有效冲程大。长冲程抽油机的相对冲次较低，大大降低运动系统加速度，不但可提高泵效，还可提高三抽系统的工作寿命。
七、改进三抽系统部件
采用轮式抽油杆导向器，采用空心抽油扦和玻璃钢抽油杆，采用整体长简抽油泵，采用减程式悬绳器等部件．都可提高三抽系统工作效率，达到节能目的。抽油机的工况条件恶劣，而且无人监护，所以提高制造质量，研究测试诊断技术，开发自动监控技术，开展现场跟踪服务，是延长抽油机使用寿命的有效措施。
4.抽油机的应用技术
一、测试诊断技术
石油学院与油田研制的抽油机效率测试系统，直接用于现场，技术逐渐成熟，华北采研所研制的便携式油井诊断仪，正在油田推广。国还有许多单位开发抽油机测试诊断技术．对于提高抽油机的工作可靠性和发挥抽油机的使用性能，无疑是一突破性进展。
美国APS油田装备公司和贝尔德一斯公司在这一方面处于领先地位。
二、自动监控技术
目前，石油学院等大专院校和长庆采研所等科研院所，正在努力开发抽油机自动监控技术，积极填补这一技术空白。可以预见，
我国抽油机实现计算机程控和电视机监护的一天，为期不会太远。
三、制造工艺
减速器是抽油机加工且最大的部件，占整机机加工工作量的80％以上，而齿轮是减速器的关键性零件。目前，美国多采用渐开线中硬齿面齿轮．前联多采用双圆弧软齿面齿轮，我国的渐开线中硬面滚切工艺尚不过关。此外，减速器窜轴、曲柄销掉脱、齿轮箱漏油等问题，尚待进一步解决。齿轮表面硬度的提高、加工精度和安装精度的提高．必然会提高减速器的可靠性和耐久性。
四、现场服务
强化现场服务意识．加强产品技术跟踪，是抽油机从卖方市场转为买万市场以后出现的新事物。随着市场竞争的加剧，产品销售政策的改革，抽油机现场服务项目将逐渐扩大。如市场整体安装、部件配修、易损件供应、紧急技术处理等。
5.抽油机的发展趋势
一、品种多样化
国外相继研制和陆续投入使用的各种抽油机多达百余种，我国目前现场使用的抽油机只有五大类，规格不过十几种。随着科学技术发展和现场实际需要，我国三抽品种将逐渐增多，新型机种将相继诞生，尤其结构简单、个小体轻的大吨位长冲程的新型无游梁式抽油机，定会有一个大发展。
二、产品系列化、标准化、通用化
前联、美国、罗马尼亚等国抽油机“三化”工作已获得一定技术成果，但我国的抽油机尚不够瞄准世界先进水平．向API标准靠扰。统一国产抽油机标准，是发展我国抽油机技术的当务之急。
三、使用科学化
美国拉夫金公司抽油机可选型号达60余种，而我国抽油机可选型号只有十几种。现场在用的抽油机，大多数是在非优化工况下运转．电机功率、减速器扭短、悬点负荷、平衡扭矩、冲程、冲次等主要技术参数，未能实现最合理分配，因此．抽油机的优化技术、诊断技术、监控技术、管理技术将有待于进一步发展。
四、节能技术的研究
近几年来，抽油机节能技术越来越引起人们的重视，除改进机采工作制度之外，在节能优化设计和节能技术改造方面，有许多工作可做，实施节能技术措施，推广节能技术将进一步发展。如采用其高转差率电动机，采用节能监控装置，采用节能传动元件和节能部件改进结构型式和改进平衡方式等。
五、结构型式的改进
有关专家指出：今后在我国10型以下的抽油机将大量采用偏置结构，12型、14型抽油机将采用前置结构。14型以上抽油机将采用无游梁抽油机，现有常规抽油机亦应进一步设计优化技术改造．长冲程抽油机将是今后抽油机的发展方向。
六、产品质量的提高
目前．国抽油机市场基本处于饱和状态，每年购置量为4000台左右。这只是全国抽油机生产能力的1／3。以油田为核心的买方市场形势将更加突出。随着生产许可证制度的实施，产品质量竞争将更加激烈。预计一些技术力量不足，装备能力低下的非专业厂家，将会在加油机制造业的角逐中败下阵来。优胜劣败，将使抽油机产品质量进一步提高。
七、推广无游梁式抽油机
长冲程、大排量、重负荷有杆抽油是我国机采发展的主要方向，80年代以来．各种无游梁抽油机相继问世并投入使用，标志着我国有杆抽油机技术的发展有一个很大的提高。有关专家指出，今后我国l 2型以上抽油机将大量采用无游梁抽油机。无游梁抽油机在实现长冲程、大排量、重负荷的同时．还有体积小、重量轻、动载小、耗能低等一系列持点。
八、特殊工况抽油机的研制
随着我国石油工业发展战略西部转移．沙漠抽油机、浅海滩涂抽油机、深井及超深井抽油井、丛式井及斜井抽油机，将会相应得到发展。