１前言
可急回抽油机速度分析及机械系统设计是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压抽油机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。可急回抽油机速度分析及机械系统设计的生产制造业也日益蓬勃发展。
可急回抽油机速度分析及机械系统设计紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。由于抽油机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，可急回抽油机速度分析及机械系统设计已经成为推动抽油机发展中的重要一环[1]。
1.1 可急回抽油机简介
挖可急回抽油机速度分析及机械系统设计的发展历史久远，可以追溯到1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的抽油机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间可急回抽油机速度分析及机械系统设计没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。
导致可急回抽油机速度分析及机械系统设计发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对抽油机的应用相对较少，在一定程度上也限制了抽油机的发展。
由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式抽油机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，抽油机有了适合它的传动装置，为抽油机的发展建立了强有力的技术支撑，是抽油机技术上的一个飞跃。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的抽油机得到了广泛应用[2]。
1950年在意大利北部生产了第一台液压抽油机。第一台液压抽油机采用定量齿轮泵，中位开式多路阀，工作压力为9Mpa，所有执行元件互相并联连结。由单泵向6个执行元件供油。由于早期液压抽油机主要采用了定量齿轮泵，不能按需改变供油流量，无法充分利用发动机的功率，因此其能量损失很大，不能满足抽油机复合动作的复杂要求，且可操纵性差。另外，早期试制的液压抽油机是采用飞机和机床的液压技术，缺少适用于抽油机各种工况的液压元件，配套件也不齐全，制造质量不够稳定。从二十世纪六十年代到八十年代中期，液压抽油机进入了推广和蓬勃发展的阶段，各国抽油机制造厂和品种增加很快，产量猛增。1968-1970年间，液压抽油机产量己经达到抽油机总产量的83%，其时对抽油机液压系统的研究也已经十分成熟，液压抽油机已经具有了同步控制系统和负载敏感系统L。
自第一台手动可急回抽油机速度分析及机械系统设计诞生以来的160多年
当中，抽油机一直在不断地飞跃发展，其技术已经发展到相对成熟稳定的阶段。目前国际上迅速发展全液压抽油机，对其控制方式不断改进和革新，使抽油机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操纵和电气控制、无线电遥控、电子计算机综合程序控制。在危险地区或水下作业采用无线电操纵，利用电子计算机控制接收器和激光导向相结合，实现了抽油机作业操纵的完全自动化。所有这一切，可急回抽油机速度分析及机械系统设计为其奠定了坚实的基础，创造了良好的前提[3]。
据有关专家估算，全世界各种施工作业场约有65%至70%的土石方工程都是由抽油机完成的。抽油机是一种万能型工程机械，目前已经无可争议地成为工程机械的第一主力机种，在世界工程机械市场上己占据首位，并且仍在发展扩大。抽油机的发展主要以液压技术的应用为基础，其液压系统已成为工程机械液压系统的主流形式。随着科学技术的发展和建筑施工现代化生产的需要，液压抽油机需要大幅度的技术进步，技术创新是液压抽油机行业所面临的新挑战。在技术方面，抽油机产品的核心技术就是液压系统设计，所以对其液压系统的分析研究具有十分重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状及发展动态
1.2.1 国外研究状况及发展动态
从20世纪60年代液压传动技术开始应用在抽油机上至今，可急回抽油机速
度分析及机械系统设计己经发展到了相当成熟的阶段。目前国际上先进的抽油机产品的额定压力大都在30MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势；流量通常在每分钟数百升；功率在数百千瓦以上。如德国Orensttein&
Koppe制造的目前世界上首台最大的RH40。型全液压抽油机，铲斗容量达42m3,液压油源为18台变量轴向柱塞泵，总流量高达10200L/min，原动机为2台QSK60柴油发动机，总功率高达2014kW,由于可急回抽油机速度分析及机械系统设计经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响.系统的可靠性日益受到重视。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压抽油机强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压抽油机构件的强度评定程序，研制了可靠性信息处理系统使液压抽油机的运转率达到85%-95%，使用寿命超过1万小时。近几年来，随着液压抽油机产量的提高和使用范围的扩大，世界上著名的抽油机生产商纷纷采用各种高新技术，来提高自己抽油机在国际上的竞争力，主要表现在五个方面: (1)液压系统逐渐从开式系统的转变;(2)系统的节能技术成为研究的重点; (3)系统的高压化和高可靠性发展趋势日益凸显; (4)系统的操纵特性上升到很重要的地位;(5)液压系统与电子控制的结合成为潮流[4]。
(1) 开式向闭式液压系统的转变
采用三位六通阀，其特点是有两条供油路，其中一条是直通供油路，另一条是并联供油路。由于这种油路调速方式是进油节流调速和旁路节流调速同时起作用，其调速特性受负载压力和油泵流量的影响，因此这种系统的操纵性能、调速性能和微调性能差。另外，当液压作用元件一起复合动作时，相互干扰大，使得复合动作操纵非常困难。由于抽油机作业工程中要求对液压元件能很好地控制其运动速度和进行微调，而且在其工作的许多工况下要求多个执行元件完成复合动作，而长期以来使用的开式液压系统无法满足抽油机的调速和复合动作的要求。近年来在国外的抽油机液压系统中出现了闭式负载敏感系统(CLSS)。它可以采用一个油泵同时向所有液压作用元件供油，每一个液压作用元件的运动速度只与操纵阀的阀杆行程有关，与负载压力无关，泵的流量按需提供，而且多个液压作用元件同时动作时相互之间干扰小，因此操纵性好是闭式液压系统的主要特点。
这种系统非常符合抽油机操作的要求，它操纵简单，对司机的操纵技巧要求低，在国际上己经获得较广泛的使用，是抽油机液压系统的发展趋势。目前日本小松公司已经把大量抽油机液压系统从开式系统改为闭式系统了。
(2) 节能技术的应用
目前液压可急回抽油机典型的节能技术基本上有两种。即负载敏感技术和负流量控制技术，目前液压抽油机都选用其中一种控制技术来实现节能要求。负载敏感技术是一种利用泵的出口压力与负载压力差值的变化而使系统流量随之相应变化的技术。德国曼内斯曼(Mannesmann)公司研制的一种负载传感系统，将其安装在液压系统中，可以控制一个或几个液压作用元件，而与对其施加的载荷无关。该系统不仅易于操纵，而且微动控制特性很好。其最大的特点就是可以根据负载大小和调速要求对油泵进行控制，从而实现在按需供流的同时，使调速节流损失△P控制在很小的固定值，从而达到节能的目的lzs.e57负流量控制技术是通过位于主控制阀后面的节流阀建立的压力对主泵的排量进行调节的技术。日前以韩国现代(HYUNDAI)、日本小松(KOMATSU)和日本日立(HITACHI)为代表的许多国外著名品牌的抽油机生产商都在自己的抽油机液压系统中使用了负流量控制技术。这种控制技术具有稳定性好、响应快、可靠性和维修性好等特点，但在起始点为重负荷下作业时，因流量与负载有关，所以可控制性较差[5]。(3) 提高负载能力和可靠性
为了提高可急回抽油机的负载能力，直接的方法是提高其液压系统工作压力、流量和功率。目前，国际上先进的抽油机产品的额定压力大都在30MPa以上，并且随着材料科学技术的进步，有朝着更高的压力甚至采用超高压液压技术方向发展的趋势;流量通常在每分钟数百升;功率在数百千瓦以上。如德国Orensttein&Koppe制造的型全液压抽油机，铲斗容量达42立方米液压油源为18台变量轴向柱塞泵，总流量高达100200
L/min，原动机为2台QSK60柴油发动机，总功率高达2014kW,由于液压抽油机经常在较恶劣环境下持续工作，其各个功能部件都会受到恶劣环境的影响。系统的可靠性日益受到重视。美、英、日等国家推广采用有限寿命设计理论，以替代传统的无限寿命设计理论和方法，并将疲劳损伤累积理论、断裂力学、有限元法、优化设计、电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术、疲劳强度分析方法等先进技术应用于液压抽油机强度研究方面，不断提高设备的可靠性。美国提出了考核动强度的动态设计分析方法。日本制定了液压抽油机构件的强度评定程序，研制
了可靠性信息处理系统，使液压抽油机的运转率达到85%-95%，使用寿命超过1万小时。
(4) 重视操纵特性
可急回抽油机的操纵特性越来越受到重视。日前国际上迅速发展全液压抽油机，不断改进和革新控制方式，使可急回抽油机由简单的杠杆操纵发展到液压操纵、气压操纵、液压伺服操作和电气控制，无线电遥控、电子计算机综合程序控制。各种高新技术的应用，使得抽油机液压系统操纵特性大大提高。
(5) 电子一液压集成控制成为当前主要研究目标
电子控制技术与液压控制技术相结合的电子一液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，特别是传感器、计算机和检测仪表的应用，使液压技术和电子控制有机结合，开发和研制出了许多新型电液自动控制系统，提高了抽油机的自动化程度，推动着抽油机的迅猛发展。目前国外先进品牌的抽油机在电液联合控制方面的研究己趋成熟。美国林肯一贝尔特公司新C系列LS-5800型液压抽油机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费。日本住友公司生产的FJ系列五中新型号抽油机配有与液压回路连接的计算机辅助的功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命。
1.2.2 国内研究情况及发展动态
从国内情况来看，我国可急回抽油机行业整体发展水平较国外缓慢，在可急回抽油机液压系统方面的理论还比较薄弱。国内大部分可急回抽油机企业在可急回抽油机液压系统传统技术方面的研究具有一定基础，但由于采用传统液压系统的抽油机产品在性能、质量、作业效率、可靠性等方面均较差，因此采用传统液压系统的抽油机在国内市场上基本失去了竞争力，取而代之的是采用各种高新技术的国外抽油机产品。先进的抽油机液压系统都被国际上一流的生产企业垄断，国内企业在该领域的研究几乎是空白，这样国内的抽油机生产厂家就无法独立制造出性能优异的抽油机，绝大部分的市场份额都被国外各种品牌的抽油机所占据。以20t级的中型液压抽油机为例，国产20t级抽油机大多数是欧洲80年代初的技术，同90年代初以来在国内形成批量的日本小松、日立、神钢以及韩国大宇、现代等机型相比，其主要差距柴油机功率偏低，液压系统流量偏小，液压系统特性差，导致平台回转速度低，行走速度低，各种性能参数均偏小，整机性能和作业效率较国外偏低[6]。
1.3 本设计的研究内容
可急回抽油机系统方面的技术多种多样，本文主要通过国外几种知名品牌的抽油机液压系统为参考对象，对其现有的关键技术和控制方式进行比较和研究，为抽油机的液压系统设计提供一定的参考信息。
(1) 可急回抽油机液压系统技术发展动态的分析研究
大量搜集国内外抽油机液压系统方面的相关技术资料，系统了解可急回抽油机液压系统的发展历史。分析总结抽油机液压系统方面的研究现状和技术发展动态。
(2) 可急回抽油机液压系统设计要求
对液压抽油机一个工作循环中的四种工况一挖掘工况、满斗举升回转工况、卸载工况和卸载返回工况进行了详细的分析，总结了每个工况下各执行机构的主要复合动作。根据液压抽油机的主要工作特点，系统地总结了抽油机液压系统设计要求:动力性要求和操纵性要求。
(3) 可急回抽油机液压系统的设计
分析了传统可急回抽油机液压系统中的单泵定量系统、双泵定量系统和双变量泵液压系统，详细分析了其主要优点和存在的问题。本文在分析研究了抽油机液压系统的基础上，根据抽油机液压系统的设计要求，设计了一套适合我国生产制造的单斗抽油机液压系统。本设计旨在采用通用的多路阀系统，配以专用控制阀和简单的伺服控制系统[7]。
第二章系统组成及控制要求
2.1系统简介
为改善生产环境，某公司投资清洁水技改工程并建成一座日产水2.5万顿的供水系统，分别建设了抽水泵系统、加压泵系统和高位水池。根据公司用水需求特点，从抽水泵系统过来的水一部分直接供给生产用水部门，一部分则需通过加压泵输送到高位水池，而供给生产用水部门的水压与供给高位水池的水压相差较大。同时高位水池距抽水泵房较远达十多公里，高位水池的液位高低和加压泵系统的设计以及如何与抽水泵系统“联动”也是较难解决的。
鉴于以上特点，从技术可靠和经济实用角度综合考虑，我们设计了用PLC控制与变频器控制相结合的自动恒压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济
地实现了加压泵系统与抽水泵系统“远程联动”的控制目的
2.2系统组成
系统主要由电动机，变频器，PLC控制器，软起动器，电机保护器数据采集及其辅助设备组成。
2.3控制要求及技术指标
1：供水压力要求恒定，波动一定要小，尤其在换泵时。
2：三台泵根据压力的设定，采用“先开先停”的原则。
3：为了防止一台泵长时间运行，需设定运行时间。当时间到时，自动切换到下一抬泵，以防止泵长时间不用而锈死。
4：要有完善的保护和报警功能。
5：为了检修和应急要设有手动功能。
6：需要有水池防抽空功能。
技术指标
●供水扬程： 4—120 m
●供水流量： 2—2000 m3/h
●水泵功率： 0.55—75 KW
●平均节电率： 30—60%
●压力调节精度：0.01Mpa
●预定压力设定数：第1、2压力。其中第2压力设定值为消防用水压力。
●水泵数量及功率可根据用户实际情况来选定。
2.4变频器的技术参数
ABB ACS400是具有多种功能的变频器，在本例中由于已选PID调节器，因此就不用变频器的内部PID调节，而只用变频器的工厂宏FACTORY（0）就可以了。压力传感器将压力信号传给PID调节器，PID调节器根据压力设定，输出4~20MA 给变频器以调节电机的速度，变频器的运行要根据可编程序控制器输出Q1.0（DCOM1-DI2）是否闭合来确定，变频器的停止要根据编程序控制器输出Q0.7（DCOM1-DI1）是否闭合来确定。将变频器
内部可编程继电器RO1，RO2设定成频率到达。相关参数设定如下：
代码功能设定值代码功能设定值
9902 APPLIC MACRO 0 2102 STOP FUNCTION 1
1001 EXICOMMANDS 3 3201 SUPERV1 PARAM 0103
1003 DIRECTION 1 3202 SUPERV1 LIMLO 15HZ
1102 EXT1/EXT2 6 3203 SUPERV1 LIMHI 50HZ
1103 EXT REF1 SEL 0 3204 SUPERV1V2PARAM0103
第三章控制系统设计
3.1确定控制方案
1）工频手动方式
系统设计了手动工频的操作方式，将转换开关打到“工频”档位，操作人员可以根据需要自己决定起动或停止任意一台泵的运行。由于在该操作方式下，PLC、PID、变频器等均不参加控制，因此，从技术角度上来说，该方式无法保障出水管网压力值的恒定，所以必须有人监守。该方式主要供PLC、变频器、PID 仪表、压力变送器等设备故障检修时使用。
2）变频自动方式
将转换开关打到“变频”档位，按下变频起动按钮，系统将自动判断并选择起始变频运行泵入口，进入自动运行。
3）工作原理
(1) 当某台电机故障或需要检修某台电机水泵时，控制系统将退减到3泵循环方式自动工作;
(2) 当变频器出现故障时，控制系统将采用工频驱动方式控制泵的运行与停止，来保证供水的压力在一定的范围内，但系统无法达到压力值的恒定，同时发出报警蜂鸣声响，通知操作人员进行处理;
(3) 当无水接点信号来临时，PLC将关断所有变频和工频输出，直到无水接点信号消失，PLC将自动恢复控制输出;
(4) 当消防信号到来时，PLC控制将转入子程序段执行，关断生活用水，打开消防供水阀，实现对消防管道补充供水目的，系统将根据在PLC程序中设置的消防供水压力设定值自动地完成恒定稳压消防供水。当消防信号解除后，系统自动恢复到变频恒压供水工作状态;
(5) 仅单台泵变频运行，且处于最低输出频率状态和较长时间无压力上下限出现时(可以认为此时的系统供水需求量接近为零)，控制系统将以变频50Hz运行30s 或使管网压力达到设定值的1.2倍左右后，立即停止运行，进入休眠状态，直到管网实际压力为压力设定值的80%左右，控制系统重新自动恢复变频运行，即休眠唤醒。当然，管网中若有气压罐，系统应以气压罐的压力控制器的上下限接点作为休眠与唤醒的条件进行控制
3.1.1抽水泵系统
整个抽水泵系统有150KW深井泵电机四台，90KW深井泵电机两台，采用变频器循环工作方式，六台电机均可设置在变频方式下工作。采用一台150KW和一台90KW的软起动150KW和90KW的电机。当变频器工作50HZ，管网压力仍然低于系统
设定的下限时，软起动器便自动起动一台电机投入到工频运行，当压力达到高限时，自动停掉工频运行电机。系统为每台电机配备电机保护器，是因为电机功率较大，在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也在变频器的控制下稳定运行；当用水量大到变频器全速运行也不能保证管网的压和稳定时，控制器的压力下限信号与变频器的高速信号同时被 PLC检测到，PLC自动将原工作在变频状态下泵投入到工频运行，以保持压力的连续性，同时将一台备用的泵用变频器起动后投入运行，以加大管网的供水量保证压力稳定。若两台泵运转仍，则依次将变频工作状态下的泵投入到工频运行，而将另一台备用泵投入变频运行。当用水量减少时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现，PLC首先将工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频运行的电机，直到最后一台泵用主频器恒压供水。另外，控制系统设计六台泵为两组，每台泵的电机累计运行时间可显示，24小时轮换一次，既保证供水系统有备用泵，又保证系统的泵有相同的运行时间，确保了泵的可靠寿命。
3.1.2半自动运行
当PLC系统出现问题时，自动控制系统失灵，这时候系统工作处于半自动状态，即一台泵具有变频自动恒压控制功能，当用水量不够时，可手动投入另外一台或几台工频泵运行。
3.1.3手动
当压力传感器故障或变频器故障时，为确保用水，六台泵可分别以手动工频方式运行。实施效果实际运行证明本控制系统构成了多台深井泵的自动控制的最经济结构，在软件设计中充分考虎变频与工频在切换时的瞬间压力与电流冲击，每台泵均采用软起动是解决该问题关键。变频器工作的上下限频率及数字PID控制的上下限控制点的设定对系统的误差范围也有不可忽视的作用。采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。另外：
◆采用变频恒压供水，消除了主管网压力波动，保证了供水质量，而且节能效果明显，并延长了主管网及其阀门的使用寿命。
◆用稳压减压阀经济地解决了不同用水压力的问题。
◆拓宽运用变频恒压控制原理，较好地解决了加压泵房与抽水泵房的远程通讯总是并达到异地连锁控制的目的。
◆在抽水泵房设置连续液位显示，并将信号传与PLC，防止泵缺水烧坏电机，设定的取水位置，确保水的质量。
过载、欠压、过压、过流、相序不平衡、缺相、电机空转等情况下为确保电机的良好使用条件，达到延长电机的使用寿命的目的。
系统配备水位显示仪表，可进行高低位报警，同时通过PLC可确保取水在合理水位的水质监控，同时也保护电机制正常运转工况。
系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。系统配备流量计，既能显示一段时间的累积流量，又能显示瞬时流量，可进行出水量的统计和每台泵的出水流量监控。
3.1.4加压泵系统
由于抽水泵房距离高位水池较远，直接供水到高位水池抽水泵的扬程不足，为此在距离高位水池落差为36米处设计有一加压泵房，配备立式离心泵两台（一用一备）电机功率为75KW，扬程36米。该加压泵的控制系统需考虑以下条件：（1）若高位水池水位低和主管有水，则打开进水电动蝶阀和起动加压泵向高位水池供水；
（2）若高位水池水位满且主管有水，则给出报警信号并关闭加压泵和进水电动蝶阀；
（3）若主管无水表明用水量增大或抽水泵房停止供水，必须开启出水电动蝶阀由高位水池向主管补充不。像抽水泵一样，我们为加压泵配备了软起动器和电机保护器，确保加压泵长期可靠地运转，同时配备了高位水池的水位传感器和数显仪和缺水传感器。为保证整个主水管网的恒压供不，当高位水池满且主水管有水时，加压泵停止，此时主管压力将“憋压”，最终导致主管压力上升，并将此压力传递到抽水泵房，抽水泵的控制系统检测到此压力进行恒压变频控制，进而达到整个主管网的恒压供水，这是整个控制系统设计的关键。
3.1.5系统实现功能
◆自动平稳切换，恒压控制主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID控制器，控制器根据压力设定值与实际检测值进行PID运算，并给出信号直接控制变频器的转速以使管网的压力稳定。
◆电机既有电机保护器，又有软起动器，克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。
◆由于采用PLC控制的压力自动控制，可以实现无人远程操作，系统的PLC预
留有RS485接口，可与总调度室计算机网络。
3.2主电路设计
主电路主要由M1、M2、M3三台电机、交流接触器KM1~KM6控制三台电机的运行，KM1、KM2、KM3为电机M1、M2、M3过载保护用的热继电器，QF1，QF2，QF3，QF4，QF5分别为主电路、变频器和三台泵的工频运行空气开关。KM1、KM3、KM5实现自动功能，KM2、KM4、KM6实现手动功能。
3.3PLC的接线图
CPU224的传感器电源24V（DC）可以输出600MA电流，通过核算在本例中容易满足要求，CPU224的输出继电器触点容量为2A，电压范围为5~30V（DC）或5~250V（AC），如果用在较大容量的系统中，一定要注意PLC的输出保护。
I01~I06接控制电路图中虚线筐内相对应的控制线，201接变频器的DCOM1，202~203接变频器的DI1~DI2，变频器的RO1的常开点接到PLC的I0.0，R02的常开触点接到PLC的I0.1。
3.4控制电路图
本系统的电气控制线路的电路图中，SA为手动/自动转换开关，KA为手动/自动中间继电器，打开1位置为手动状态，打开2位置为自动状态，同时KA吸合。
在手动状态，可以按动SB1~SB6控制三台泵的起停。在自动状态时，系统根据PLC的程序运行，自动控制泵的起停。HL1~HL8为各种运行指示灯。中间继电器KA的常开触点接I03，控制自动状态时的起动。中间继电器的KA的三个常闭触点接在三台泵的手动控制电路上，控制三台泵的手动运行。在自动状态时，三台泵在PLC的控制下能够有序而平稳地切换、运行。KH1，KH2，KH3为三台泵的热继电器的常闭触点，可对电机进行过流保护。
3.5程序设计
在主程序中，T56，T57为变频器频率上、下限到达滤波时间继电器，，主要用于稳定系统，VB200为变频泵的泵号，VB201为工频运行泵的总台数，VD260为倒泵时间存储器。
4 液压系统的设计
WY200液压履带式抽油机采用全功率变量系统，先导液压操纵，整体式多路阀等先进结构。该机具有结构紧凑，操作轻便，使用维护安全可靠，发动机功率利用率高、生产效率高等优点。根据作业需要可配备0.5-1.25立方米四种反铲斗及斗容为1.0和1.25立米方的两种正铲斗。广泛用于建筑施工、市政工程、水电、国防工程和一般矿山采掘，挖掘I-VI级土壤[23]。
4.1 液压系统方案及参数确定
抽油机的开题报告 抽油机是开采石油的一种机器设备，俗称“磕头机”，通过加压的办法使石油出井，常见抽油机即游梁式抽油机是油田广泛应用的传统抽油设备，通常由普通交流异步电动机直接拖动。 一、课题的意义。 抽油机的产生和使用由来已久，迄今已有百年历史。应用最早，普及最广的属常规型游梁式抽油机，早在140年前就诞生了，至今在世界各产油国中仍占绝对优势。其结构简单、可靠耐用、易损件少、操作简单、维修方便、维护费用低，使其经久不衰。然而，随着油田的不断开发，要求抽油机具有长冲程、大负载、能耗低、体积小、重量轻等性能特点来满足日益发展的油田开发的需要。 游梁式抽油机井数量多，其工作性能，特别是节能性能直接影响采油成本。在采油成本中，抽油机电费占30%左右，年耗电量占油田总耗电量的20%——30%，为油田电耗的第2位，仅次于注水。游梁式抽油机抽油系统的总效率在国内一般地区平均只有%——23%，先进地区至今也不到30%，可见降低抽油系统高能耗的迫切程度与难度。 自动调节平衡式抽油机的结构特点决定了其节能特性，具有平衡效果好、光杆最大载荷减小、节能效果好等特点。与同级常规抽油机相比，所配备电动机功率可小20%;以相同挂泵深度
条件下油井每度电的出油量相比，比常规抽油机节约能耗35%左右。美国前置型抽油机比常规型抽油机节能31.9%~39.60%，我国该型机比常规型抽油机节能34.9%。因此，完善和发展游梁式抽油机设计理论，研制节能效果显著的节能型游梁式抽油机对于抽油机井节能降耗、提高举升系统的经济效益和我国石油工业发展具有重要的实际意义和极大的深远影响。 二、国内外发展现状及方向。 在世界范围内，研究与应用抽油机已有100多年历史。在百余年的采油实践中，抽油机发生了很大变化。特别是近20年来，世界抽油机技术发展较快，先后研发了多种新型抽油机。抽油机的各项技术经济指标达到了有史以来的最高水平。目前，世界上生产抽油机的国家主要有美国、俄罗斯、法国、加拿大和罗马尼亚等。美国石油学会APISpec11E《抽油机规范》中规定，抽油机共有77中规格。美国Lufkin公司生产B，C，M，A等四种系列抽油机：B系列游梁平衡抽油机8种规格;C系列曲柄平衡抽油机64种规格;M系列前置式抽油机46种规格;A系列前置式气动平衡抽油机26种规格。 俄罗斯生产13种规格游梁抽油机。法国Mape公司生产种规格曲柄平衡游梁抽油机以及立式斜井抽油机和液缸型抽油机。加拿大生产液、电、气组合一体式HEP抽油机。罗马尼亚按美国API标准生产51种规格的游梁抽油机，35种规格的前置式抽油机及前置式气动平衡抽油机。目前，世界上抽油机最大下泵深度
四川文理学院 机械工程及自动化专业毕业论文选题指南 课题的选择： 1、毕业设计（论文）课题的选择应与机械专业方向及专业岗位群需求紧密结合，学生可结合企业生产、管理、服务实际情况及自己的兴趣爱好，在指导教师的指导下完成毕业设计（论文）选题及毕业设计（论文）。 2、在掌握文献资料的基础上，做好实际调查研究。 3、学生根据已掌握的资料，针对已选择课题进行分析、论证，提出独立见解，在指导教师指导下完成毕业设计（论文）。 毕业设计（论文）部分参考选题方向： （一）机械设计类毕业设计选题目录： 英寸钢管热浸镀锌自动生产线设计 矿用挖掘机斗杆结构有限元分析 吨悬挂悬挂提升机及传感器 米安全钻机 桥式起重机控制线路设计 数控激光切割机XY工作台部件及单片机控制设计 普通货车制动器设计 08.“包装机对切部件”设计 机架现场扩孔机设计 型泥浆泵曲轴箱与液力端特性分析、设计 地下自卸汽车工作、转向液压系统 型仿型切割机 Ⅱ型固定式带式输送机的设计 Ⅱ型皮带机设计 外圆滚压装置设计 型工程钻机 型双动拉伸压力机的设计 门式起重机总体 型凝汽式汽轮机调节系统的设计 插秧机及其侧离合器手柄的探讨和改善设计 控制电梯 切割机 型直切机的设计 锤片粉碎机设计 推料装置 中三维建模部分CAI制作 的三维CAD设计和CAM自动编程 应用模块课件的设计与制作
板料折弯机 型滚动轴承压装机设计 小型泥浆泵的结构设计 双出风口笼形转子选粉机 压装机整机液压系统设计 型轮式装载机 35.板材送进夹钳装置 36.棒料切割机 37.笔记本电脑主板装配线(输送带) 及其主要夹具的设计 38.拨叉加工自动线设计 39.播种机设计 40.插秧机系统设计 41.茶树重修剪机的开发研究 42.柴油机数字化快速设计系统中实例库的建立 43.柴油机专用换向阀工艺结构设计 44.铲平机的设计 45.常规量检测与控制工程专业综合实验设计 46.车载装置升降系统的开发 47.城镇污水处理厂设计 48.冲击回转钻进技术 49.抽油机机械系统设计（常规型） 50.出租车计价器系统设计 51.大型水压机的驱动系统和控制系统 52.大型制药厂热电冷三联供 53.大直径桩基础工程成孔钻具 54.带式输送机传动滚筒的防滑处理 55.带式输送机传动装置设计 56.带式输送机自动张紧装置设计 57.单轨抓斗起重机设计 58.弹簧CAD软件的开发 59.地下升降式自动化立体车库 60.电动自行车调速系统的设计 61.电脑主板回焊炉及控制系统设计 62.复合化肥混合比例装置及PLC控制系统设计 63.电液比例阀设计 64.钉磨机床设计 65.多功能自动跑步机(机械部分设计) 66.二级电液比例节流阀 67.钢筋调直机 68.钢筋弯曲机 69.钢筋弯曲机设计及其运动过程虚拟 70.隔水管横焊缝自动对中装置 71.隔振系统实验台总体方案设计 72.工程钻机的设计
（1）机械加工 机械加工设备主要有车床、钻床、镗铣床、磨床、滚齿机等。 减速箱加工生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料及外购外协件采购，外购外协件经质量检验合格后入库，原材料经检验入库后，根据生产需要进行加工制造，其成品经检验合格后入库。所有入库外购外协件、自制成品件出库后转入装配车间，按装配工序进入装配，装配完成经检验合格后入库。 产品零部件、配件机械加工生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料采购，经质量检验合格后入库，原材料出库后转入机械加工车间，按加工工序进入机床加工，加工完工经检验合格后，入库存放，待发货或者由下道生产环节领用。 图2-1 减速箱生产工艺流程图 （2）油套管加工 油套管加工包括油套管加工和接箍生产。 油套管生产工艺流程： 管材经过漏磁探伤机探伤，合格产品依次经数控管螺纹车床进行机械加工，检验合格备用；接箍坯料由数控管螺纹车床进行螺纹加工，
检验后经漏磁探伤机探伤，合格后打标；接下来接箍拧接机将管材与接箍连接，检验合格后用打标机进行打标，经过静水试压机进行压力检测（水压为0～70MPa，管径不同压力不同），测长称重，管两端上保护环，用自动刷漆机在管外壁均匀涂刷环氧沥青防腐漆，后进行喷标，最后成品检验合格后打包，放到产品存放区。 油管、套管生产工艺流程见图2-2。 图2-2 油套管加工工艺流程图 （3）抽油机制造 主要生产设备为数控切割机、仿形切割机、锯床、组装焊接台架、电焊机等。 抽油机生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料及外购外协件采购，经质量检验合格后入库，原材料出库后转入机械加工工序，加工完工后，转入铆焊组装工位进行组焊、装配，外购外协件出库后转入组装工序，整机装配完成后整机试机，合格后入库。 工艺流程见图2-3。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/521374563.html, 抽油机井举升工艺方案设计方法研究 作者：张华先潘晨虞小卫蔡旭东 来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第05期 摘要：目前，我国的科技发展十分想迅速，为了保证抽油机举升工艺系统满足生产要 求、提高整个系统运行的稳定性、延长设备的整体寿命，需要对抽油机举升工艺系统进行优化设计。根据举升工艺方案设计思路，对每一项设计内容的预测方法进行归纳汇总，并对应用中的注意事项及局限性进行分析，对抽油机井举升工艺方案设计起到积极地指导作用。 关键词：抽油机;举升工艺;方案;设计方法 0 引言 如今我国对油田资源的开发开始进入后期阶段，当前因为针对聚合物驱油技术的开发手段与运用技术都在不断完善，我厂实践所汇集的数据也显示抽油机井检泵率指标指数也节节攀升，从举升工艺“硬件”潜力看，基本上达到了极限。今后降低其检泵率的重要举措是，从举升工艺的管理方面出发，研究也进入了后期阶段，通过完善相关的工作制度，保证抽油机井的合理运行，除此之外，还希望达成抽油机稳定、长期的生产，这对油田开发经济效益的提高有着十分重要的作用。 1 抽油机井举升工艺适应性分析系统动态控制图和参数 1.1 抽油机井地面设备动态控制图 1）参数的选择能够反映抽油机井地面设备运转的主要特性参数有悬点载荷、曲柄轴输出扭矩、电机实耗功率。2）驴头悬点载荷驴头悬点载荷是反映抽油机井的工作能力的重要参数之一，也是选型的主要依据，当抽油机工作时，驴头悬点主要承受以下五种载荷，即：（1）抽油杆杆柱重;（2）油管内活塞以上液柱重;（3）抽油杆柱和液柱在运转时所产生的惯性载荷;（4）抽油杆柱和液柱在运转时所产生的振动载荷;（5）活塞与泵筒、抽油杆与油管内壁的摩擦，以及抽油杆与液柱、液流与油管内壁的摩擦等。若不考虑摩擦载荷的影响，抽油机井悬点最大载荷Pmax和最小载荷Pmin：Pmax=Wl+Wr（1+SN2/1790）Pmax——抽油机井悬点最大载荷，单位（N）;Wl——柱塞以上液体的重力，单位（N）;Wr——杆柱在空气中的重力，单位（N）;SN2/1790——无因次动载荷系数;Pmin=Wrl-Wr×SN2/1790Wrl——杆柱在液体中的重力，单位（N）;抽油机井负载利用率f：f=P实际/P铭牌×100%P实际——抽油机现场实测载荷，单位（KN）;P铭牌——抽油机铭牌允许最大载荷，单位（KN）;3）减速箱曲柄轴输出扭矩减速箱曲柄轴输出扭矩是衡量抽油机运转的重要技术参数，其经验公式M实际：M实际 =30S-0.236S×（Pmax-Pmin）抽油机井减速箱曲柄轴输出扭矩利用率M：M=M实际/M铭牌 ×100%M实际——抽油机减速箱曲柄轴实测输出扭矩，单位（KNm）;M铭牌——抽油机减速箱曲柄轴铭牌输出最大扭矩，单位（KNm）.
(1)机械加工 机械加工设备主要有车床、钻床、镗铣床、磨床、滚齿机等。 减速箱加工生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料及外购外协件采购，外购外协件经质量检验合格后入库，原材料经检验入库后，根据生产需要进行加工制造，其成品经检验合格后入库。所有入库外购外协件、自制成品件出库后转入装配车间，按装配工序进入装配，装配完成经检验合格后入库。 产品零部件、配件机械加工生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料采购，经质量检验合格后入库，原材料出库后转入机械加工车间，按加工工序进入机床加工，加工完工经检验合格后，入库存放，待发货或者由下道生产环节领用。 生产工艺流程见图2-1 图2-1减速箱生产工艺流程图 (2)油套管加工 油套管加工包括油套管加工和接箍生产。 油套管生产工艺流程： 管材经过漏磁探伤机探伤，合格产品依次经数控管螺纹车床进行 机械加工，检验合格备用；接箍坯料由数控管螺纹车床进行螺纹加工，
检验后经漏磁探伤机探伤，合格后打标；接下来接箍拧接机将管材与接箍连接，检验合格后用打标机进行打标，经过静水试压机进行压力检测(水压为0?70MPa管径不同压力不同)，测长称重，管两端上保护环，用自动刷漆机在管外壁均匀涂刷环氧沥青防腐漆，后进行 喷标，最后成品检验合格后打包，放到产品存放区。 油管、套管生产工艺流程见图2-2。 图2-2油套管加工工艺流程图 (3)抽油机制造 主要生产设备为数控切割机、仿形切割机、锯床、组装焊接台架、电焊机等。 抽油机生产工艺流程： 根据公司生产计划，进行原材料及外购外协件采购，经质量检验合格后入库，原材料出库后转入机械加工工序，加工完工后，转入铆焊组装工位进行组焊、装配，外购外协件出库后转入组装工序，整机装配完成后整机试机，合格后入库。 工艺流程见图2-3
机械设计课程设计报告 ——抽油机机械系统设计 目录 第一节设计任务------------------------------(1) 第二节方案设计分析------------------------(2) 第三节轴承的选择及寿命计算----------(17) 第四节设计结果-----------------------------(22) 第五节心得体会----------------------------(23) 第六节附录-------------------------------------(25)
第一节设计任务 抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一，常用的有杆抽油设备有三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变转为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。 图1－1 假设电动机做匀速转动，抽油机的运动周期为T，抽油杆的上冲程时间与下冲程时间相等。冲程S=1.4m，冲次n＝11次/min，上冲程由于举升原油，作用于悬点的载荷等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量为40kN，下冲程原油已释放，作用于悬点的载荷就等于抽油杆和柱塞自身的重量为15kN。 要求： ①根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。 ②根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统（执行机构）的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。 ③建立执行系统输入、输出（悬点）之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图（取抽油杆最低位置作为机构零位）。 ④选择电机型号，分配减速传动系统中各级传动的传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。 ⑤对抽油机机械系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图。 第二节方案设计分析
抽油机井典型示功图分析 学习目的：抽油机井典型示功图是采油技术人员在多年的生产实践中总结出来的，大多数具有一定的特征，一看就可直接定性的示功图。把这些具有典型图形特征的例子作为生产现场初步判断抽油机井泵况的参考依据，也是综合分析实测示功图的第一步。通过对本节的学习，使分析者能以此为参考，对具有典型特征的示功图做出准确的定性判断。 一、准备工作 1、准备具有典型特征的示功图若干； 2、纸，笔，尺，计算器。 二、操作步骤 1、把给定的示功图逐一过一遍，按所理解的先初步给示功图定性定类。 第一类：图形较大，除去某一个角外就近似于平行四边形的示功图——即抽油泵是在工作的示功图； 第二类是图形上下幅度很小，两侧较尖的示功图——即抽油泵基本不工作的示功图； 第三类示功图：特征不明显的示功图——即最难直接定性的示功图。 2、按定类详细分析判断。 三、实测示功图分析解释 为了便于分析，我们先从图形受单一因素影响的典型示功图着手。所谓典型示功图：就是指某一个因素的影响十分明显，其形状代表了该因素影响下示功图的基本特征。然后把典型示功图与实测示功图对比分析，以阐明分析方法和各类图形的特征。最后提出相应的整改措施。用对比相面法把实测示功图与理论示功图形状进行对比，看图形变化，分析泵的工作状况。 1、泵工作正常时的示功图 所谓泵的工作正常，指的是泵工作参数选用合理，使泵的生产能力与油层供油能力基本相适应。其图形特点：接近理论示功图，近似的平行四边形。这类井其泵效一般在60%以上。
图中虚线是人为根据油井抽汲参数绘制的理论负载线，上边一条为最大理论负载线，下边一条为最小理论负载线。现场常常把增载线和减载线省略了。 2、惯性载荷影响的示功图 在惯性载荷的作用下，示功图不仅扭转了一个角度，而且冲程损失减少了，有利于提高泵效。示功图基本上与理论示功图形状相符。影响的原因是：由于下泵深度大，光杆负荷大，抽汲速度快等原因在抽油过程中产生较大的惯性载荷。在上冲程时，因惯性力向下，悬点载荷受惯性影响很大，下死点A上升到A′，AA′即是惯性力的影响增加的悬点载荷，直到B′点才增载完毕；在下冲程时因惯性力向上使悬点载荷减小，下死点由C降低到C′，直到D′才卸载完毕。这样一来使整个示功图较理论示功图沿顺时针方向偏转一个角度，活塞冲程由S活增大到S′活，实际上，惯性载荷的存在将增加最大载荷和减少最小载荷，从而使抽油杆受力条件变坏，容易引起抽油杆折断现象。 整改措施： 1、减小泵挂深度，以减轻光杆负荷。 2、降低抽油机的抽汲参数，减小惯性力。 3、振动载荷影响的示功图 分析理论示功图可知，液柱载荷是周期性作用在活塞上。当上冲程变化结束后，液体由静止到运动，液柱的载荷突然作用于抽油杆下端，于是引起抽油杆柱的振动。在下冲程，由于抽油杆柱突然卸载也会发生类似现象。 振动载荷的影响是由抽油机抽汲参数过快，使抽油杆柱突然发生载荷变化而引起的振动，而使载荷线发生波动。 整改措施： 降低抽油机的抽汲参数，减小惯性力。 4、泵受气体影响的示功图
抽油机示功图是将抽油机井光杆悬点载荷变化所作的功简化成直观封闭的几何图形，是光杆悬点载荷在动态生产过程中的直观反映，是油田开发技术人员必须掌握的分析方法。通过示功图的正确分析评价，可诊断抽油机井是否正常生产。本文将通过典型示功图示例阐述，结合现场实际，对井下生产情况进行解释分析，应用地面示功图解决现场实际问题，为油田开发现场分析诊断提供可借鉴性依据。 1、泵正常工作 图像分析：供液充足、泵的沉没度大、泵阀基本不漏 失，泵效高，游动阀尔和固定阀尔能够及时开、闭，柱塞 能够迅速加载和卸载。 管理措施：此类井供液充足，沉没度大，仍有生产潜 力可挖，可以将机抽参数调整到最大，以求得最大产量， 发挥井筒应有的产能水平。 2、振动影响 图形分析：泵深超过800m时抽油杆会发生有规律的振动，一 般不会影响泵效，振动引起悬点载荷叠加在正常工作产生的曲 线上，由于抽油杆柱的振动为阻尼振动，所以出现逐渐减弱 的波浪线。 管理措施：一般不考虑振动影响，如果冲次加大后，振动幅度 变大，就导致功图失真，上下死点有小尾巴出现，泵效低，这 时需要对油井进行综合评估，减小冲次建立合理制度。 3、供液不足 图形分析：供液不足为油田常见工况，当泵充满系数小于0.6 时，可以认为深井泵的工作制度不合理，泵的排出能力大于油 层的供液能力，造成沉没度太小，液体充满不了泵筒。 管理措施;主要进行油层改造，改善供液条件，机抽参数，对于 泵挂较深井可采取长冲程，小泵径、慢冲次，泵挂相对较浅的 井，在井况及抽油设备允许情况下，加深泵挂深度，以求得最 大泵效。 4、泵工作正常，油稠时的情况。 图像分析：油稠，使摩擦等附加阻力变大，造成上负荷线 偏高，下负荷线偏低，同时，油稠可能使得凡尔开关比6B63 常时滞后，凡尔和凡尔座配合不严密，造成较大漏失。 管理措施：对于稠油井，主要对进泵液体降粘，定期地向 油田区块注入降粘剂，采取环空加热措施，并采用反馈抽 稠泵机抽。
１前言 可急回抽油机速度分析及机械系统设计是一种多功能机械，目前被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量。加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。由于液压抽油机具有多品种，多功能，高质量及高效率等特点，因此受到了广大施工作业单位的青睐。可急回抽油机速度分析及机械系统设计的生产制造业也日益蓬勃发展。 可急回抽油机速度分析及机械系统设计紧密地联系在一起，其发展主要以液压技术的应用为基础。由于抽油机的工作条件恶劣，要求实现的动作很复杂，于是它对液压系统的设计提出了很高的要求，其液压系统也是工程机械液压系统中最为复杂的。因此，可急回抽油机速度分析及机械系统设计已经成为推动抽油机发展中的重要一环[1]。 1.1 可急回抽油机简介 挖可急回抽油机速度分析及机械系统设计的发展历史久远，可以追溯到1840年。当时美国西部开发，进行铁路建设，产生了模仿人体构造，有大臂、小臂和手腕，能行走和扭腰类似机械手的抽油机，它采用蒸汽机作为动力在轨道上行走。但是此后的很长时间可急回抽油机速度分析及机械系统设计没有得到很大的发展，应用范围也只局限于矿山作业中。 导致可急回抽油机速度分析及机械系统设计发展缓慢的主要原因是:其作业装置动作复杂，运动范围大，需要采用多自由度机构，古老的机械传动对它不太适合。而且当时的工程建设主要是国土开发，大规模的筑路和整修场地等，大多是大面积的水平作业，因此对抽油机的应用相对较少，在一定程度上也限制了抽油机的发展。 由于液压技术的应用，二十世纪四十年代有了在拖拉机上配装液压反铲的悬挂式抽油机。随着液压传动技术迅速发展成为一种成熟的传动技术，抽油机有了适合它的传动装置，为抽油机的发展建立了强有力的技术支撑，是抽油机技术上的一个飞跃。同时，工程建设和施工形式也发生了很大变化。在进行大规模国土开发的同时，也开始进行城市型土木施工，这样，具有较长的臂和杆，能装上各种各样的工作装置，能行走、回转，实现多自由动作，可以切削高的垂直壁面，挖掘深的基坑和沟槽的抽油机得到了广泛应用[2]。
六、解释抽油机井理论示功图 A-驴头位于下死点 D点卸载终止点 C-驴头位于上死点AB-增载线 CD-卸载线 B-吸入凡尔打开，游动凡尔关闭点增载终止点 λ+λ-冲程损失（抽油杆伸长及油管缩短之和） D-固定凡尔关闭，游动凡尔打开点 BC-活塞冲程上行程线也是最大负荷线 AD- 下行程线也是最小负荷线 B1C-光杆冲程 OA-抽油杆在液体中重量 AB1-活塞以上液柱重量ABCD-抽油泵所做的功
七、实测示功图的解释 （1） 图1为其它因素影响不大，深井泵工作正常时测得的示功图。这类图形共同特点是和理论示功图的差异不大，均为一近似的平行四边形。 （2） 图2为供液不足的典型示功图。理论根据：活塞下行时，由于泵内没有完全充满，游动凡尔打不开，当活塞下行撞击到液面游动凡尔才打开，光杆突然卸载。该图的增载线和卸载线相互平行。 （3） 图3为供液极差的典型示功图。理论根据：活塞行至接近下死点时，才能接触到液面，使光杆卸载，但由于活塞刚接触到液面，上冲程又开始，液体来不及进入活塞以上，所以泵效极低。 （4） 图4为气体影响的典型示功图。理论根据：在活塞上行时，泵内压力降低，溶解气从石油中分离出来，由于气体膨胀，给活塞一个推动力，使增载过程变缓。当活塞下行时，活塞压缩泵内气体，使泵内压力逐渐增大，直到被压缩的气体压力大于活塞以上液柱压力时，游动凡尔才能打开。因此，光杆卸载较正常卸载缓慢。卸载线成为一条弯曲的弧线。
（5） 图5为“气锁”的典型示功图。所谓“气锁”是指大量气体进入泵内后，引起游动凡尔、固定凡尔均失效，活塞只是上下往复压缩气体，泵不排液。 （6） 图6为游动凡尔漏失的典型示功图。当光杆开始上行时，由于游动凡尔漏失泵筒内压力升高，给活塞一个向上的顶托力，使光杆负荷不能迅速增加到最大理论值，使增载迟缓，增载线是一条斜率较小的曲线。卸载线变陡，两上角变圆。 （7） 图7为游动凡尔失灵，油井不出油的典型示功图。图形呈窄条状，整个图形靠近下负荷线。 （8） 图8为固定凡尔漏失的典型示功图。示功图的特点：反应在卸载时，右下角变圆，卸载线与理论负荷线夹角变小，漏失越严重夹角越小。图形左下角变圆，漏失越严重，此角越圆滑。 （9） 图9为固定凡尔严重漏失，油井不出油的典型示功图。图形呈窄条状，且接近理论上负荷线。
抽油机系统合理动态控制图研究 X 袁 月 (黑龙江省科学院大庆分院榆树林油田,黑龙江大庆 163000) 摘 要:从影响抽油机井泵效的因素出发,推导出动态控制图数学模型、边界条件,结合各区块原油物性及地质条件,细化了各区域边界,分别绘制出各类区块的抽油机井动态控制图。对泵效实行分区管理,以便采取针对性措施治理控制图中不合理井。 关键词:抽油机;泵效;各类区块;控制图 中图分类号:T E933 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)10—0003—02 以往在计算和管理抽油机井泵效时,全油田统一用一个动态控制图模板,其边界条件已不能有效反映抽油机井的实际工作状态。为更加科学合理地利用动态控制图,结合油田各个区块原油物性及地质条件,2011年重新分区块对抽油机井建立动态控制图边界,对泵效进行分区管理。根据计算发现二类区块、三类区块、稠油区块和注气区块四个区块数值差别较大,从而绘制出四种动态控制图,以便对问题井重点分析研究,及时采取相应措施提高泵效。1 泵效的计算 影响泵效的因素有冲程损失、泵充满程度、漏失量以及余隙体积等。即 G 泵效=G 冲程损失G 充满程度G 漏失量G 余隙体积(1)G 冲程损失=1-DQ L 2Es 〔1D +1d 〕×10-1 (2) 将油田原油溶解系数R =2.0m 3/(m 3MPa )和气液比C =Q K (1-f w )代入上式有: G 充满程度= P 沉 (1-0.1R)P 沉+0.1Q K(1-f w ) (3) G 泵漏失=(1-G 间隙漏)(1-G 凡尔漏)油田所采用的抽油泵大多为U 32的二级泵,下泵深度取1700m 计算,得出G 间隙漏=0.012,G 凡尔漏=0.05。 1.4 余隙体积对泵效的影响 G 余隙体积=1-(1-f w )(K-K g )B g h/s (4)将(2)、(3)、(4)式代入(1)式,得油田泵效理论表达式: G 泵效 = [1-DQ L 2 E s 〔 1D + 1d 〕×10 -1 ] [ P 沉 (1-0.1R)P 沉+0.1Q K(1-f w ) ] [1-(1-f w )(K -K g )B g h/s]G 间隙漏 G 凡尔漏(5) 油井泵吸入口压力即沉没压力表达式: P 沉=P 套+h 沉×[1×f w +(1-f w )×0.8581]×0.0098 (6) [参考文献][1] 张振华等.裂缝性碳酸盐岩油气藏保护方法[J].钻井液与完井液,1999,(5).[2] 顾军等.裂缝性储层保护技术与钻井完井液[J ].油田化学,2007,(1).[3] 李克向.保护油气层钻井完井技术[M ].北京:石油工业出版社,1993.[4] 蒋海军,鄢捷年.裂缝性储集层应力敏感性试 验研究[J].特种油气藏,2000. [5] 崔迎春,等.裂缝性油气储层保护技术研究[J].石油钻采工艺,2003,(12). [6] 虞海法,等.水平井无固相甲酸盐保护储层钻井完井液技术[J ].钻井液与完井液,2008, (5). Technology of Dr illing Fluids f or For mation Protectionof fr actured reservoir T ANG Qing-ming 1,LIAN G Da-chuan 1,YAN G Li 2,WEI Feng -juan 1 (1.Southwest Petr oleum U niversity,Xindu in Sichuan; 2.T he Engineering Technology Institute of Southwest Petroleum Branch,Deyang in Sichuan) Abstr act :Theoretical analysis and field application suggest that the invasion of liquid and solid of dr illing fluids into fractures are the main factors for damage to fractur ed reservoir .T he mechanism of for-mation damage for fractured reservoir and various drilling fluids used for formation protection are system-atically introduced in this ar ticle . K y F ;F ;D f 3 2012年第10期 内蒙古石油化工 X 收稿日期作者简介袁月(—),女,汉族,黑龙江绥化人,本科,主要从事采油工程机采管理工作。 e wor ds:ractured reservoir ormation pretection r illing luids :2012-04-10 :1984
5产品要求 5.1功能要求 要订购符合本规定的产品，用户/购买者应确定使用的良好作业环境条件，并指定要求和/或确定制造商的特定产品。这些要求可能会籍由平面图纸、数据表或其他适当的文件手段转达。 为了确保抽油机与其他元件有适应的接口，如完整的抽油杆和井底往复泵，抽油机应规定下列要求： a）要求确认适用于井底泵的起重能力； b)要求在抽油杆尺寸与井深、杆的设计，或其他计息机械参数一致； c)要求在油井中的整个抽油杆的质量（重量）； d)由于在油井的结构、摩擦和动态加载，潜在额外负荷； e)由于减少齿轮等级所需的齿轮结构以及由此产生的齿轮负荷，确定投入所需的起重能 力； f)对游梁式抽油机结构负荷能力的要求，以适应抽油杆的重量和额外负荷； g)规定的最大冲程长度。 降低齿轮的等级、结构承载能力和最大冲程长度的综合要求，在订购特定的游梁式抽油机看时，使用在表A.1提供的一组规格数字的表示来识别。 建议应提供本规范的如表A.1给定的减速器等级、结构能力和冲程长度的游梁式抽油机，虽然这些项目的组合构成游梁式抽油机与表中指定的不必相同。 在附录B提供曲柄均衡评级的推荐格式（见图B.1），并记录抽油机的冲程和扭矩因素（见图B.2）。抽油机扭矩系数应用的建议和实例计算，包含在附录C至福建F中，抽油机减速器扭矩值的计算实例在附录G中。 系统分析的建议，包含在附录H中。 5.2技术要求 5.2.1概述 在本规范发布以后，游梁式抽油机的开发设计，应按照第6和第7章定义的方法和设想进行。 在本规范发布之前设计开发的游梁式抽油机，如制造商存档的一致性/性能记录符合本标准中的要求，可视为达到本标准的要求。 5.2.2冲程和扭矩系数 对于一个减速器的扭矩从测力计试验数据能方便而准确地确定，如果买方有要求，抽油机制造商应提供冲程和趋避欧诺个位置每隔15°的扭矩系数。如图B.2是一个记录数据格式的例子。 5.2.3设计要求 设计要求应根据包括第6、第7章和其他有关规定界定的标准进行设计。采用的附加部件的尺寸公差，应确保游梁式抽油机正常的运转。这项规定适用于制造商组装设备和更换部件或组件（分总成）的组装。 5.2.4设计文件 设计文件应包括方法、假设、计算和设计要求。设计文件应由有资格的人员而不是用原来的设计人员进行审查和核实。根据下面的列表，设计文件在最后制造日期之后应保存10年。 a）一个完整的成套图纸，文字说明/标准，包括第6和第7章指定的材料类型和屈服强度； b)游梁式抽油机的安全装配和拆卸提供方法指导，并允许规定的操作和预先排除故障和
抽油机机械系统设计 目录： 1．设计任务(1) 2．设计内容(2) 3．方案分析(2) 4．设计目标(3) 5．设计分析(3) 6．电机选择(7) 7． V带传动设计(10) 8．齿轮传动设计(11) 9．轴的结构设计(19) 10．轴承寿命校核(21) 11．心得与总结(25) 12．附录(26) 机械设计课程设计 设计任务：抽油机机械系统设计 抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。常用的有杆抽油设备由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。 抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。
悬点——执行系统与抽油杆的联结点 悬点载荷P(kN)——抽油机工作过程中作用于悬点的载荷 抽油杆冲程S(m)——抽油杆上下往复运动的最大位移 冲次n(次/min)——单位时间内柱塞往复运动的次数 悬点载荷P的静力示功图——在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。 假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。油井工况为：
设计内容： 1. 根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。 2. 根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统(执行机构)的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能。 3. 建立执行系统输入、输出(悬点)之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图(取抽油杆最低位置作为机构零位)。 4. 选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动的传动比，并进行传动机构的工作能力设计计算。 5. 对抽油机机械系统进行结构设计，绘制装配图及关键零件工作图。 6. 编写机械设计课程设计报告。 方案分析： 1.根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成。 该系统的功率大，且总传动比大。减速传动系统方案很多，以齿轮减速器减速最为常见且设计简单，有时可以综合带传动的平稳传动特点来设计减速系统。在这里我选用带传动加上齿轮二级减速。 执行系统方案设计： 输入——连续单向转动；输出——往复移动 输入、输出周期相同，输入转1圈的时间有急回。 常见可行执行方案有很多种，我选用“四连杆（常规）式抽油机”机构。
2011年第03期 抽油机井典型示功图分析及应用 孙 浩 大庆油田有限责任公司第二采油厂 黑龙江大庆 163414 摘 要：利用示功图对井下生产状况进行分析时，必须要全面了解油井的情况（井下设备、管理措施、目前产量、液面、油气比以及以往的生产情况等），才能对泵的工作状况和故障原因做出正确的判断，可诊断抽油机井是否正常生产，并提出了地面示功图的发展方向，为油田开发现场分析诊断提供可借鉴性依据。 关键词：抽油机 示功图 应用 发展 一、典型示功图分析 典型示功图是指某一因素的影响十分明显，其形状代表了该该因素影响下的基本特征。虽然实际情况下有多种因素影响示功图的形状，但总有其主要因素。所以，示功图的形状也就反映着主要因素影响下的基本特征。 （1）正常功图。动载荷和摩擦载荷不大，充满良好，漏失较小的正常功图，较接近于理论静载荷示功图。见图1。 图1 图2 图3 图4 （2）气体影响。由于在下冲程结束前，泵的余隙内残存一定数量的溶解气和压缩气，上冲程开始后泵内压力因气体的膨胀而不能很快降低，使固定阀打开滞后，加载变缓。余隙越大，残余的气量越多，泵口压力越低，则固定阀打开滞后的越多，则线越长。下冲程时，气体受压缩，泵内压力不能迅速提高，使游动阀滞后打开，卸载变缓。泵的余隙越大，进入泵内的气量越多，示功图卸载线的上凸抛物线越明显，见图2。 （3）泵充不满。当沉没度过小，供液不足，使液体不能充满泵筒时示功图特征是，下冲程中悬点载荷不能立即减小，只有当柱塞接触到液面时才迅速卸载。所以，卸载线较气体影响的卸载线（左凸形抛物线）陡而直。有时，因柱塞撞击液面（液击）在抽油泵上会造成很高的冲击应力，使卸载线出现波浪。快速抽吸时往往因液击发生较大的冲击载荷使图形变形严重。见图3。 （4）泵漏失。泵漏失主要包括排出部分漏失，吸入部分漏失和排出和吸入同时漏失。排出部分漏失：上冲程时，泵内压力降低，柱塞两端产生压差，使柱塞上面的液体经排出部分不严密（游 动阀及柱塞间隙），漏失到柱塞下部的泵筒内，漏失速度随柱塞下面压力减小而增大。当漏失量很大时，由于漏失液体对柱塞的“顶脱”作用很大，上冲程的载荷远低于最大载荷，固定阀始终是关闭的，泵的排量为零，见图4。吸入部分漏失：下冲程开始后，由于吸入阀漏失使泵内压力不能及时提高，延缓卸载过程。下冲程后半冲程中因速度减小，当小于漏失速度时，泵内压力降低使游动凡尔提前关闭，悬点提前加载。当固定凡尔漏失严重时，游动凡尔一直不能打开，悬点不能卸载，功图在下载荷线以上，接近上载荷线漏失图，见图5。吸入和排出部分同时漏失：吸入部分和排出部分同时漏失的示功图是分别漏失图形的叠加，在上下载荷线之间，近似于椭圆形。 图5 图6 图7 图8 （5）带喷井。在抽吸过程中，游动凡尔和固定凡尔处于同时打开状态，液柱载荷基本上不能作用于悬点。示功图的位置和载荷变化的大小取决于喷势的强弱以及抽吸液体的粘度。见图6。 （6）抽油杆柱断脱。抽油杆断脱后的悬点载荷实际上是断脱点以上的抽油杆柱重量，只是由于摩擦力，才使上下载荷线不重合。图形的位置取决于断脱点的深浅。见图7。抽油杆断脱位置比较深的示功图可能类似于带喷井的示功图，但带喷井的泵效高、产量高，而断脱井泵效和产量较低，甚至为零。抽油杆柱断脱的位置可根据公式（1）计算：L=hf d /（（1－ρL /ρr ）q r ），（1） 式中：L—自井口算起的断脱点深度，m；f d —测示功图所用动力仪的力比，N/mm；h—示功图中线至基线的距离，mm；q r —每米 抽油杆在空气中的自重，N/m。
机械原理课程设计说明书设计题目：抽油机机械系统设计 设计者： 指导教师： 2010年5月24日
目录 1、设计任务 (1) 2、执行机构的选择与比较 (2) 3、主要机构设计 (4) 4、机构运动分析 (8) 5、原动机的选择 (9) 6、传动机构的选择与比较 (9) 7、机构循环图 (10) 8、设计心得与体会 (10) 9、参考文献 (11) 10、机构简图 (11)
一、设计任务 抽油机是将原油从井下举升到地面的主要采油设备之一。常用的有杆抽油设备由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。 抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统（将转动变换为往复移动）带动抽油杆及抽油泵柱塞作上下往复移动，从而实现将原油从井下举升到地面的目的。整体工作原理见图1： 图1 悬点—执行系统与抽油杆的联结点 悬点载荷P(kN)—抽油机工作过程中作用于悬点的载荷 抽油杆冲程S(m)—抽油杆上下往复运动的最大位移 冲次n(次/min)—单位时间内柱塞往复运动的次数 图2
悬点载荷P的静力示功图（图2）——在柱塞上冲程过程中，由于举升原油，作用于悬点的载荷为P1，它等于原油的重量加上抽油杆和柱塞自身的重量；在柱塞下冲程过程中，原油已释放，此时作用于悬点的载荷为P2，它就等于抽油杆和柱塞自身的重量。假设电动机作匀速转动，抽油杆（或执行系统）的运动周期为T。选择油井工况为： 1. 根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图； 2. 根据设计参数和设计要求，采用优化算法进行执行系统(执行机构)的运动尺寸设计，优化目标为抽油杆上冲程悬点加速度为最小，并应使执行系统具有较好的传力性能； 3. 建立执行系统输入、输出(悬点)之间的位移、速度和加速度关系，并编程进行数值计算，绘制一个周期内悬点位移、速度和加速度线图(取抽油杆最低位置作为机构零位)； 4. 机构静态分析，通过建立机构仿真模型，并给系统加力。编制程序，打印外加力曲线，并求出最大平衡力矩和功率； 5. 编写设计说明书一份，应包括设计任务，设计参数以及设计过程。 根据任务要求，进行抽油机机械系统总体方案设计，确定执行系统和减速系统的组成。 二、执行机构的选择和比较 抽油机作为一种将原油从井下举升到地面的主要采油设备，常用的有杆抽油设备由三部分组成：一是地面驱动设备即抽油机；二是井下的抽油泵，它悬挂在油井油管的下端；三是抽油杆，它将地面设备的运动和动力传递给井下抽油泵。因此在保证其能够正常工作的同时，还必须保证整个抽油机具有很高的传动性能以及比较精确的运动。所以在设计整个抽油机系统时，对执行机构的选择尤为关键。执行机构的选择不仅要保证其有确定的运动以及良好的运动性能，而且要尽可能的减少系统的额外功。并且为了满足设计需要，在设计时应满足： 输入—连续单向转动 输出—往复移动 输入、输出周期相同，输入转一圈的时间有急回。 我们在设计和选择执行机构的过程中，设计了三种执行机构的方案，并针对每个机构的优缺点做出了一定的评价。综合考虑了各个优缺点，选择了最终的执行机构方案。 方案一： 方案一原理图见图3
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目录： 1．设计任务***************************************************(1) 2．设计内容***************************************************(2) 3．方案分析***************************************************(2) 4．设计目标***************************************************(3) 5．设计分析***************************************************(3) 6．电机选择***************************************************(7) 7．V带传动设计*********************************************(10) 8．齿轮传动设计********************************************(11) 9．轴的结构设计********************************************(19) 10．轴承寿命校核********************************************(21) 11．心得与总结***********************************************(25) 12．附录**********************************************************(26)
. 2018年油水井三级动态分析理论试题 （操作员级） 题目出自《2008版采油地质工》题库，单选题160道，判断题40道，时间为2小时 第一部分单项选择题（计160道题，每题0.5分，共80分） 1、风化作用与剥蚀作用两者是相互依赖的，岩石风化以后易于()。 (A)风化(B)剥蚀(C)搬运(D)沉积 2、当蜡从油流中析出来附着在管壁上，使管壁内径缩小，影响生产，就需要采取一定的手段将其清除，这就是()。 (A)结蜡(B)防蜡(C)刮蜡(D)清蜡 3、根据形态和成因，层理可分为()层理、斜层理、交错层理和波状层理。 (A)斜直(B)水平(C)垂直(D)波痕 4、压力恢复曲线产生续流段的原因有()等。 (A)油井关井是地面关井(B)井中液体具压缩性(C)密封边界、断层干扰(D)A和B 5、某潜油电泵井的流压较高，但泵效低，即泵的排液能力丧失，该井位于动态控制图的()。 (A)参数偏小区(B)参数偏大区(C)生产异常区(D)待落实区 6、抽油机井三相流测井的重点是测量()情况。 (A)体积流量、密度(B)体积流量、含水(C)体积流量、密度、含水(D)体积、密度、含水 7、油嘴的作用是在生产过程中直接控制油层的合理()，调节油井产量。 (A)流饱压差(B)地饱压差(C)生产压差(D)总压差 8、由外力作用所形成的()分布面积很广，约占地表岩石面积的75%。 (A)沉积岩(B)岩浆岩(C)变质岩(D)火成岩 9、聚合物驱现场聚合物溶液粘度应()方案聚合物溶液粘度。 (A)小于(B)小于等于(C)大于(D)大于等于
10、分离器靠重力沉降原理只能除去100μm以上的液滴，它主要适用于( )阶段。 (A)碰撞(B)聚集(C)分离(D)沉降 11、机采井定压放气阀装在()的一侧。 资料Word . (A)生产阅门(B)套管阅门(C)总阀门(D)回油阀门 12、采油井水淹状况资料可直接反映()及储量动用状况。 (A)剩余油(B)原始含油饱和度(C)残余油(D)束缚水 13、内径600mm且有人孔的分离器日产量计算公式为:Q=( )/量油时间。 (A)9780(B)7329 (C)181035(D)21714.9 14、粘土岩的分布范围广泛，约占沉积岩总量的()。 (A)30% (B)70% (C)50% (D)80% 15、在四季变化显著和高寒地带，岩石裂隙中的水反复冻结和融化，使岩石裂隙不断扩大，直到把岩石劈开崩碎，因此称为()作用。 (A)冰劈(B)温度(C)冰模(D)破碎 16、抽油机井油管结蜡后通过( )，降低了油流阻力，能使油井产量恢复到正常水平。 (A)调冲程(B)热洗(C)放气(D)调冲次 17、石油( )的大小取决于温度、压力和石油的化学成分。 (A)粘度(B)透明度(C)凝固点( D)质量 18、在现场简易鉴定干气与湿气的方法之一就是将天然气点燃，仔细观察火焰颜色，若为( )色即为干气。 (A)蓝(B)绿(C)红( D)黄 19、抽油机井动态控制图的参数偏大区的井( )，表明供液能力不足，抽吸参数过大。 (A)流压低、泵效低(B)流压低、泵效高(C)流压高、泵效低(D)流压高、泵效高 20、注水井压力表的压力值应在使用压力表量程的()范围内。 (A)0-1/2 (B)1/3-2/3 (C)1/3-1/2 (D)1/2-2/3 21、压力表的实际工作压力要在最大量程的()之间，误差较小。