游梁式抽油机的工作原理及节能改造的应用

游梁式抽油机基础知识-相关知识抽油机是抽油井地面机械传动装置,它和抽油杆、抽油泵配合使用，能将井下原油抽到地面。

1、机械采油油田开发过程中，有些油田由于地层能量逐渐下降，到一定时期地层能量就不能使油井保持自喷；有些油田则因为原始地层能量低或油稠一开始就不能自喷。

油并不能保持自喷时，或虽然能自喷但产量过低时，就必须借助机械进行采油，这种利用机械进行采油的方法称为机械采油。

目前,机械采油的形式很多。

通常按是否用抽油杆来传递动力，可将机械采油分为两大类：有杆泵采油——借助于抽油杆将地面动力传递给井下泵,从而将原油举升到地面的采油方法。

有杆泵采油设备主要包括抽油机一深井泵（游梁式抽油机、无游梁式抽油机）和电动螺杆泵。

无杆泵采油——不用抽油杆来传递地面动力，而是用电缆或高压液体将地面能量传输到井下,带动井下机组把原油举升到地面的采油方法。

目前，无杆泵采油设备主要有水力活塞泵、电动潜油泵、射流泵等。

2、抽油机的分类抽油机按传动方式可分为机械传动抽油机?口液压传动抽油机。

抽油机按照外形和结构原理可分为游梁式抽油槌口无游梁式抽油机。

第一代抽油机分为常规型、变型、退化有游梁型和斜直井型四种类型。

第二代抽油机分为高架曲柄型、电动机换向型、机械换向型和其他无游梁型四种类型。

第三代抽油机分为单柄型、直驱多功能型和高架作业型三种类型。

变传动抽油机是将常规游梁式抽油机的皮带减速器传动改变为多级皮带传动的游梁式抽油机。

游梁式抽油机是利用曲柄做旋转运动,通过四连杆机构使游梁和驴头上下摆动,从而带动抽油杆柱和抽油泵往复工作的抽油机,这种抽油机目前在各油田中使用最为广泛。

游梁式抽油机的具体分类(1)按结构形式可分为：常规型、前置型、偏置型、斜井式、低矮式、活动式。

(2)按减速器传动方式可分为：齿轮式链条式、皮带式、行星轮式。

(3)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、异驴头式。

(4)按平衡方式可分为：游梁平衡(丫)、曲柄平衡(B)、复合平衡(F)、天平平衡(T)、液力平衡、气动平衡(Q)、差动平衡。

游 梁抽油机 节能探讨
谢拓（ 辽河油 田辽兴油气开发公司采油作业四区， 内蒙古 通辽 ０ ２ ８ ３ ０ ０ ）
摘要 ： 游 梁抽 油机是 一种 原 油开 采设 备 ， 在 原 油 开采 工作 造成 电能 损耗 ， 并 且如果 电压处 于持 续升 高的 状态 ， 还 会使 得 电容 器本 身 的功率 损耗 增加 ， 同时还 伴随 着温 度的提 高 ， 对 抽
则 应进 行补偿 。 起 来 。对其 进行 节能 设计 ， 应用 节能 型抽 油 机 ， 如偏 置 式节能 需 进 行补 偿 。另～ 方面 当前 功率 小于 期望 值 ， 功率补 偿公式 为 ： Ｑ ｃ ＝ Ｐ １ （ ｔ ａ ｎ １ ｔ ａ ｎ ２ ） ， 其 中 Ｐ １ 为抽 油机 电机有 功 抽 油机 ， 可以节约 耗电 １ ５ ％－ ３ ５ ％； 偏轮式高效 节能抽 油机 ， 可节 约耗 电 ３ ０ ％－ ５ ０ ％。
２ ． ４电机变频设计 采用电机变频设计方式 ， 可以根据油井实际供液能力， 对抽
主要就是 在游 梁尾部 增设一 个 固定并且 可调节 的平衡装 置 ， 对
油机 的抽取速 度进行 动态调 节 ， 在提高 原油产 量的 同时降低 能 曲柄 平衡量 进行 消除 。设 计时需 要将 曲柄锯短 ， 以短距原 理为 耗， 达到综合提升泵效的 目的 。另外 ， 采 用变频调速控制 ， 还可以 基础 削减 悬 点荷 载峰 值扭 矩 ， 减 小负扭 矩 ， 达 到 降低抽 油机 周 有效 提高 电动机功 率因数 ， 可 以降低 设备运行 对 电网产生 的压 期荷载 系数 ， 减少能耗 的 目的 。 力， 减少 了线损情 况的发生 。同时 ， 选择 电机 变频设计不需 要停 ２ ． ２ 复 合 平衡 设计 机即可完成对速度的调整 ， 避免 了设备停机造成的损失 。 选 择复 合平衡 设计方 式进 行处理 ， 即在 游梁尾 部位 置增设 个 可以调 节偏 置平衡 的装置 ， 将其 与 曲柄平衡相 结合形 成复 ３结语 在利 用平 衡设 计 、 无 功补 偿 、 电机变 频技 术对 游梁 式抽 油 合平 衡 。选 择此 种设 计方 式 ， 可 以 削减 减 速 器峰值 扭矩 ， 达到

常规游梁式抽油机自动平衡改造方案及节能原理分析常规游梁式抽油机结构简单可靠、耐久性好，一直以来占据采油设备的主导地位，但其耗能高、制造成本高、平衡调节困难等不足日益突出。

通过分析游梁式抽油机的节能原理以及开展抽油机平衡调整技术的研究，提出了以节能为目的的游梁辅助平衡方案，在此基础上提出了一种新型自动调节游梁平衡装置。

该新型游梁式抽油机平衡调节装置对原机的改动小，通过配重块在配重横梁上的相对移动可以抵消部分驴头负载，实现不停机調节平衡从而起到节能作用。

标签：游梁式抽油机；自动平衡；节能0 引言据统计，我国在用抽油机井近9万口，年新机装备量5千余台，年耗电量105亿kwh，电费开支40余亿元。

在采油成本不断上升而油价由于供求失衡等原因持续低迷的情况下，节能降耗、不断降低生产成本已成为采油行业的主题。

当前抽油机的节能措施主要集中在以下三个方面：一是将常规型游梁式抽油机分批进行节能改造，改造成前置式抽油机下偏杠铃抽油机等；二是给常规型游梁式抽油机加装节能辅助平衡装置，实施节能改造；三是在抽油机电控柜加装电容器，对电动机无功功率进行补偿。

本文的节能方案属于第二种节能方法。

这种方法相比第一种方法的优势在于，基本无需改变抽油机的自身结构，改造费用低，节能效果好。

依据力矩平衡的原理，在游梁式抽油机的游梁上增加一个配重梁及合适的配重，由执行机构带动配重在游梁上移动，通过改变配重块在游梁上的位置来改善抽油机的平衡性。

1 主要结构原理固定安装在游梁式抽油机游梁尾端的配重横梁及安装在配重横梁上可移动的辅助平衡装置主要结构如图1所示。

电动机的旋转经皮带、减速器后，转化为曲柄旋转运动，再经曲柄连杆机构转化为游梁的上下摆动。

可移动配重块在链条的拉动下，沿配重横梁上的滑轨可做往复移动，当由于井下载荷变化导致平衡度偏离允许范围时，可通过平衡块沿配重横梁的移动调节平衡度。

最后经驴头的上下运动带动悬绳器上挂着的光杆、泵等井下载荷上下运动完成往复抽油过程。

机电设备管护南方农机2016.12129游梁式抽油机节能原理分析昝 帅 ，李伟伟（新疆维吾尔自治区第三机床厂，新疆 乌鲁木齐 830013）摘 要：随着我国经济和科学技术的不断发展，人们对生活质量提出了极高要求。

在石油工业活动的中，抽油机的使用对人们的生活和生态环境带来了相应影响，因此要对采油活动中的抽油机节能进行研究和分析，保证其在正常运转状态下，降低生态污染。

本文主要就游梁式抽油机节能原理展开分析和研究。

关键词：游梁式抽油机；节能原理；分析研究中图分类号：TE933 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2016）12-0129-021 游梁式抽油机节能的产生背景和影响游梁式抽油机在我国工业活动中被广泛应用，极大地促进了工业活动的有效进行。

游梁式抽油机具有自身的优势。

其构建简单，易于操作，稳定性能好，具有持久性，利于维修，满足现场施工活动，因此在工业活动中，被广泛应用。

游梁式抽油机的结构体系，具有局限性。

在我国的石油开采活动中，游梁式抽油机的使用所消耗的电力占百分之三十五左右，在石油企业的总能耗中占百分之二十，在油田能源消耗中排第二。

1958年，异向设备的产生，我国开始关注节能功能的重要性。

1991年，是我国游梁式抽油机节能的良好开端。

游梁式抽油机节能涵盖以下几个方面：电动设备的管控体系、四连设备体系、悬点承载体系、平衡设备、运作设备。

这些设备组成，是游梁式抽油机节能的主要切入点。

2 游梁式抽油机的节能原理体现2.1 游梁式抽油机双驴头节能机游梁式抽油机双驴头节能设备，是游梁式抽油机的主要种类，其在运作活动中主要是利用力矩节能理念，利用曲线形式，对游梁式设备的不同部分进行连接，进而获得游梁后部设备的宽度和长度。

其连杆的运动是伴着曲柄进行运动的，利于在石油开采活动中转化能量。

游梁式抽油机双驴头节能设备在实际运作活动中，对于游梁式抽油机双驴头节能设备后部的装置的长度要和悬点匹配，依据游梁式抽油机的后臂进行运作，保证悬点的承载力较大时，其游梁式抽油机后臂长、均衡体系的力矩增加；悬点的承载力降低时，对于游梁式抽油机的后臂变短[1]。

探究游梁式抽油机用节能电动机及其控制方法摘要：游梁式抽油机已经是我国开采油矿必备的设备，我们根据游梁式抽油机用电动机的特点，加以分析在生产的过程中还在存在的问题，主要因为抽油机用电动机运行效率低和功率属地的原因，并采取新的电动机设计以及有效的控制方法，从而让电动机在不同的负载情况下也可以高负载率运行，提高了电动机的功效，也达到了节能的目的。

关键词：游梁式抽油机；节能电动机；控制方法引言：游梁式抽油机的结构相对比较简单，可靠性也很高，使用以及维护相对也比较方便，但是其中电费在所有中的成本超过了一半还要多，如果能够控制电力就可以达到节能的主要目的，目前来看抽油机的机箱效率为百分之九十左右，目前大多功率是接近0.5，负载为百分之30左右，这种情况下，会严重的浪费电力。

与最初设计制造的通过电机工作想法不符合，在运行过程中其转动随着负荷没有太大的变化，但是却加大了电动机的电动耗损，实际情况抽油机不匹配，大大的降低了地面效率，应该根据每台抽油机存在的不同问题，做出不同的针对性，只有这样才能推动效益的运行。

一、抽油机用电动机目前存在的问题（一）电动机负载过低必须能够保证抽油机的启动要求和在运行时足够的过载能力，一般情况下会给配电动机功率表较大的，而电动机正常运行时，一般都是轻载运行，这种情况就造成抽油机负载率低，与电动机不能够匹配，使相应的功率耗损大大增加，电动机的运行效率取决于负载率，在轻载时电动机的效率一般情况下都会很低，当负载增加到一定数值情况下，变化就会很小，具相关数据表明，负载率低于0.4时候，效率变化一般情况下不会太大，负载率大于0.7的时候，这种情况下效率是最高的。

一般在电动机符合很低的时候，电动机从电网吸取很大的功率，从而降低功率因数，从这些来看就是目前电动机功率低的因素[1]。

（二）平衡率过低据具体的研究表明，使用抽油机平衡率低，这种情况严重不平衡的造成大量电力浪费，这导致过多的电动机因为电流变化不平衡使得电动机消耗大大增加，影响整个工作系统的效率[2]。

—卫生罂己———————————————二８：４二‘技术版舀■■■■—■蛐翻翻■■■——————■●■●—■——■■——■—●●●■■■———■——●■■●●——■—■■—■■—●——■——■■●■—●—■——●—■—■———■翻ｋ，删＊。

＾＾７－’，—＾●－限度地与负载扭矩曲线吻合，从而得到平稳、低峰值的净扭矩曲线。

降低了减速器和电动机的扭矩．降低抽油机运行电流，实现节能。

常规型抽油机扭矩曲线见图ｌａ。

２．改造内容。

改造前后抽油机外观图如图２所示。

（ａ）改造前（ｂ）改造后图２调径变矩改造前后抽油机外观图（１）将原常规游梁平衡抽油机曲柄更换为调径变矩节能曲柄。

（２）在抽油机游梁尾部加装调径变矩节能平衡装置，改造后的平衡方式由曲柄平衡改为游梁平衡。

（３）增加游梁调冲程支撑装置。

（４）将原机后向刹车改为侧向刹车。

（５）增加抽油机防护装置。

三、实施效果１．在保证油井供采协调的前提下，实现产量、效率、寿命三者的协调统一，降低机械能耗．延长设备使用寿命。

２．调径变矩节能改造方式经济指标见表２。

３．改造后抽油机减速箱峰值扭矩受力分析见图ｌｂ。

４．调径变矩节能改造内容少。

工序简单，施工时间短。

改造前后抽油机各项参数对比见表３。

裹２改造后机械能耗测试数据统计单位原油百米吨液单功率功率利用扭矩利用平衡率／％耗电／耗／率，％率，％因数ｋＷ・ｈ（ｋＷ・ｈ／ｔ・液）４４．５７０．６６９５７．５７０．８０６０．８３２衰３改造试验前后各项参数对比对比项目改造前改造后刹车系统纵剁横刹平均电流／Ａ２１．４５１１．６７电动机功率／ｌｃＷ２２２２配电柜普通普通支撑装置无有平衡方式曲柄平衡游梁平衡地面效率，％６１．８６５．８系统效率／％２５．４２７．９平衡率／％８０９０四、经济效益改造后，平衡方式改变，提高了抽油机承载能力。

平衡率从７０％一８５％提高到９５％一１００％，平均节电率ｌｌ％左右。

预计在２．５年内可收回改造投资。

收稿日期：２０１０－＇０９—２１【鳊辑：郭霄】广备棠虱、彩色广告前插８北京泛泰克斯仪器有限公司封面上海通用汽车有限公司前插９中国运载火箭技术研究院北京京航公司封二思爱普（北京）软件系统有限公司（ＳＡＰ）前插１０《中国信息界一Ｅ制勘征订单封三海卓力克工业技术（北京）有限公司前插ｌ１《中国铁路装备》征订单封底斯凯孚（中国）销售有限公司（ＳＫＦ）版权页中华自动化前插１上海容知测控技术有限公司目录页北京森德格科技有限公司前插２上海神模电气有限公司前插３上海华阳检测设备有限公司黑白广告前插４上海东昊测试技术有限公司正文６５机械工业出版社前插５上海东昊测试技术有限公司正文７０２０１ｌ第１２届长春国际机床工具及模具技术设备展前插６北京博华信智科技有限公司正文７ｌ制药机械网前插７成都美迅检测设备有限公司正文７２阿里巴巴（中国）网络技术有限公司２０１０１９１２，ｑＩ中困设备工程６３。

游梁式抽油机井有杆泵采油是目前我国最广泛应用的 采油方式，大约有80%以上的油井采油采用该举升方式。
有杆泵采油
典型杆驱往复泵抽油系统 典型杆驱螺杆泵抽油系统
游梁式抽油机井有杆泵采油
抽油装置
（由抽油机、抽油杆和抽油泵所组成的抽油系统）
工 作 过 程
在抽油机的驱动下，通过下 入井中的抽油杆带动抽油泵 柱塞上下往复运动，将地层 流体抽吸至地面。
抽油机 结构图
工作时，动力机将高速旋转运动通过皮带和减速箱
工 作 原 理
传给曲柄轴，带动曲柄作低速旋转。曲柄通过连杆
经横梁带动游梁作上下摆动。挂在驴头上的悬绳器 便带动抽油杆柱作往复运动。
（一）、抽油机
（一）、抽油机
分类
（按结构） 普通式（后置式）、 前置式
相同点：组要组成部分相同 不同点： ①游梁和连杆的连接位置不同。 ②平衡方式不同—后置式多采用机
无杆泵采油:利用抽油杆以外的其它方法将地 面能量传递到井下以驱动井下深井泵抽油的 方法。
区别
动力传递方式不同
有杆泵采油
游梁式抽油机井有杆泵采油：抽
油机悬点的往复运动通过抽油杆传递给井下 柱塞泵。
相同点
用抽油杆将地面动 力传递给井下泵
图
地面驱动螺杆泵采油：井口驱动头的旋
转运动通过抽油杆传递给井下螺杆泵。
空心抽油杆
含腐蚀介质的油井进行深抽
高含蜡、高凝固点的稠油井
（三）、抽油杆
接箍是抽油杆组合成抽油杆柱时的连接零件。按其结构特 征可分为：普通接箍、异径接箍和特种接箍。 普通接箍：连接等直径的抽油杆
异径接箍：用于连接不同直径的抽油杆
特种接箍：主要有滚轮式接箍和滚珠式接箍，用于斜 井或普通油井中降低抽油杆柱与油管之间的摩擦力， 减少对油管的磨损。

(9)电机座：它的主要作用是承载电机的重量，它 自成一体与抽油机底座由螺丝连接，它上面有井字 钢，目的是为了调整电机的前、后、左、右位置， 保持电机轮与减速器轮的“四点一线”，它是由槽 钢焊接而成。
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(10)电机：电机是动力的来源，一般采用感应 式三相交流电动机。它固定在电机座上由皮带 传送动力至减速器大皮带轮。前后对上有两条 顶丝可调节皮带的松紧度。
（8）检查三角皮带，应无损伤。皮带 松紧合适。
（9）检查电器部分及配电箱。
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二、 抽油泵：抽油泵 也称深井泵．它是有杆 机械采油的一种专用设 备，泵在油井井筒中动 液面以下一定深度，依 靠抽油杆传递抽油机动 力，将原油抽出地面．
1、分类：按泵在井
内安装的方式，分为管
式泵和杆式泵两种。
(11)刹车装置：刹车也叫制动器，它是由手 柄、刹车中间座、拉杆、锁死弹簧、刹车轮、 刹车片等部件组成。刹车片与刹车轮接触时发 生摩擦而起到制动作用，所以也叫制动器。
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(12)大皮带轮：电动机把旋转的动力传给皮带，再由 皮带传给大皮带轮，由大皮带轮带动输入轴，它是减 速器做功的桥梁。
(13)尾轴承：它起着尾梁和游梁相连的作用，减小摩 擦使游梁上下运动较轻便。
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(2)曲柄平衡 是将平衡块加在曲柄上，适用于10吨(也叫10型)以上重 型抽油机。这种干衡方式减小了游梁平衡引起的抽油机摆 动，调整比较方便。但是，曲柄上有很大的负荷和离心力。 (3)复合平衡 在一台抽油机上同时使用游梁平衡和曲柄平衡。特点： 小范围调整时，可调整游梁平衡，大范围调整时，则调整 曲柄平衡块．这种平衡方式适用于中深井。 (4)气动平衡 利用气体的可压缩性来储存和释放能量达到平衡的目的， 可用于10吨以上重型抽油机，这种平衡方式减少了抽油机 的动负荷及震动，但其装置精度要求高，加工麻烦。

游梁式抽油机节能技术分析作者：韩刚来源：《科学与信息化》2016年第26期摘要游梁式抽油机运行中存在一些问题，例如电动机荷载较低、平衡率较低、电动机耗电严重等，这些问题都严重制约着抽油机节能运行的顺利发展。

本文就游梁式抽油机节能技术的一些问题进行以下分析。

关键词游梁式抽油机；节能技术游梁式抽油机，在抽油机的各种类型中，占重要地位，约占油井人工举升设备的95%，是油田使用最广泛的一种举升设备。

此类设备是油田的耗电大户，其用电量约占油田总用电量的40%，占油田总用电量的比例非常高，且总体效率仅在30%左右，效率很低，浪费大量电能，采油的成本因此而提高。

所以，本文重点就游梁式抽油机的节能作为研究方向进行探讨。

目前我们通过游梁式抽油机的工作原理进行深入分析，研究可通过Y-△转换调节电机电压相和无功补偿结合的装置来提高了电机效率和功率因素，减小电机损耗，实现抽油机节能，减少了能源的浪费，这样降低了电费成本[1]。

1 游梁式抽油机的工作原理解析游梁式抽油机的工作原理基本是这样的，从传动皮带在高速运转的运动下将动力机传送到减速箱，再进行三轴减速，再通过曲柄连杆使得高速旋转运动从动力机中产生后演变为在游梁上下的垂直摆动运动，最终以抽油杆带动的油泵柱塞循环上下往复运动的悬绳器汲取原油。

在这个整个运动过程中会存在一定的损耗，这包括传动损失、电动机损失和换向及平衡损失。

传动损失主要存在在润滑条件与机械摩擦的传动损耗之间，目前条件下使用的高效率的传动皮带转动，即使在润滑条件良好的环境下其节能空间也是有限的。

电动机损耗主要是由于大耗损，大功率电动机消耗下的损耗。

目前最佳状态的低消耗抽油机也只能达到百分之七十左右，其节能潜力巨大，目前电动机损耗主要包括材质损失、热损失和摩擦损失。

换向及平衡损失，主要是指在一定的结构条件下，较小耗损的能量，再加之高速率的运行速度，适当的节能空间会使得整个平衡方式会有所差异，这同样也影响着扭矩曲线的峰值。

摘要常规型抽油机，是机械采油设备中问世最早，应用最广泛，结构最简单的设备。

抽油机是石油工业中的一项重要组成部分，在抽油机驱动下，带动其他设备运转，实现油井的机械式开采。

主要分为游梁式和无梁式两大类。

游梁式抽油机主要由发动机、三角带、曲柄、连杆、横梁、游梁、驴头、悬绳器、支架、撬座、制动系统及平衡重组成。

随着时代的发展，对环保节能要求的不断提高，在理论与实践相结合的基础之上，目前国内外抽油机的总的发展趋势是向着超大载荷，长冲程，低冲次，精确平衡，自动化，智能化，节能化，高适应性，无游梁长冲程方向发展。

本设计主要根据抽油机的四杆机构（曲柄——连杆——横梁——游梁）的工作原理。

本文介绍了常规抽油机工作原理与节能原理，以及设计过程中对抽油机运动学和动力学分析与计算，阐述了这种设备的运动规律。

游梁式抽油机驴头的悬点载荷标志抽油机的工作能力的重要参数之一，而看它是否节能，其技术指标是抽油机的电动机实耗功率的大小及减速器的工作状态。

本设计全面概述了常规性抽油机的发展概况，抽油机的优化设计及其节能原理。

另外，设计者对抽油机得几何参数，运动参数，动力学参数进行了全面的分析计算。

此外，本设计不仅采用了计算机编程来计算抽油机的运动和动力学参数，而且采用了Auto CAD绘图软件，并附有中英文对照资料。

关键词：常规型抽油机；悬点载荷；结构；设计计算AbstractConwentional beam-pumping unit to take out the oil machine,publishing in the machine oil extraction equapments at the earliest stage,applied extensive,the most simple equipments in structure.Pumping unit is an important component in the petroleum industry, driving by the pumping units，and the other equipments are running in order to achieve the mechanized exploitation of the oil well. It is mainly classified beam and non- beam two categories. Beam style pumping unit mainly consists of the engine, triangle belt, crank, connecting rod, beam, beam, donkey head, hanging a rope device, cradles, pry block, brake system and balance weight. With the development of the ages, the requirements of energy-saving and the consciousness of environmental protection enhancement, on the basis of the combining of the theory and practice, the current domestic and international pumping unit’s overall development trend is toward super-load, long stroke, low stroke times, precise balance, automatic, intelligent, energy- saving, high adaptability and non-beam long stroke direction. This design was mainly according to the principle of four-pole framework (crank -- connecting rod -- beam -- beam) of pumping unit’s.In this article ,working routine and power-saving technology of the conventional beam-pumping unit will be introduced, and during the designing procedure, the analysis of kinetic and dynamic to the pumping units express law of motion of this kind of equipment .The air load of beam style pumping unit is one of the important parameters, which is the first sign of the work capacity, and see it whether energy-saving, the technical indicators are the size of the electromotor consumption power and the work state of the pletely this design said the difference al mutually a development general situation that took out the oil machine excellent to turn the design and it economized on energy the principle .Moreover,designed to taking ou the oil machine get several parameter,sport parameter ,the dynamics parameter carried on the analytical calculation completely.In addition, not only computer programming to calculate the movement and dynamics parameters is used in the design, but also the application of the Auto CAD software, simultaneously with Chinese-English information.Key words: Conventional Pumping Unit,；Horsehead load,；Structural Characteristic,；Design Calculation目录第一章绪论 (1)1.1游梁式抽油机技术发展 (1)1.1.1我国抽油机的现状 (1)1.2常规性游梁式抽油机的工作原理及节能原理 (2)1.2.1工作原理 (2)1.2.2节能机理 (2)1.3节能型抽油机技术发展方向 (4)1.3.1智能控制是采油设备发展的方向 (4)1.3.2基础材料的研究应用即将造就一个立式抽油机时代 (5)1.3.3采油设备向通用化和个性化发展 (5)1.3.4采油设备向艺术性发展 (5)1.4游梁式抽油机优化设计数学模型的研究 (5)第二章计算部分 (7)2.1设计原始数据 (7)2.2结构组成 (7)2.3主要参数 (8)2.4建立动力模型示功图 (8)2.5运动学计算 (9)2.5.1常规游梁式抽油机几何关系计算式 (9)2.5.2光杆（悬点）加速度计算式 (10)2.5.3悬点载荷计算式 (10)2.5.4扭矩因数和光杆位置因数计算式 (10)2.5.5减速器净扭矩计算式 (10)2.5.6抽油机扭矩因数几几何计算 (11)2.6设计原始参数 (11)2.6.1参数 (11)2.6.2抽油机几何结构尺寸 (11)2.7运动学的运算 (12)第三章主要部件的设计计算 (14)3.1电动机的选择计算 (14)3.2计算传动比及减速器的选择 (14)3.2.1抽油机的总传动比 (14)3.2.2选减速器 (15)3.2.3带的传动比 (15)3.3传动装置的运动和动力参数的计算 (15)3.4带传动的设计 (16)第四章抽油机的各结构的强度校核 (19)4.1连杆的应力分析与强度校核 (19)4.2曲柄连接设计强度校核 (20)4.3游梁的应力分析及强度校核 (22)4.4游梁支承的强度校核 (25)4.5滚动轴承的选择和寿命计算 (28)结论 (30)参考文献 (31)致谢 (32)附录一中文译文 (i)附录二外文资料原文 (v)常规游梁式抽油机设计第一章绪论1.1游梁式抽油机技术发展抽油机产生和使用由来已久，迄今已有百年的历史。

前
言
寻找节能途径的“突破口” ，不同节能机理的产生 也缘于此。
常规游梁式抽油机（简称常规机）具有结构简 单、制造容易、可靠性高、耐久性好、维修方便、 适应现场工况等优点，在采油机械中占有举足轻重 的地位。在今后相当长的时间内仍是油田的首选采 油设备。但是由于常规机本身的结构特征，决定了 它平衡效果差，曲柄净扭矩脉动大，存在负扭矩、 载荷率低、工作效率低和能耗大等缺点。在采油成 本中，抽油机电费占 ’(% 左右，年耗电量占油田 总耗 电 量 的 )(% & ’(% ，为 油 田 电 耗 的 第 二 位， 仅次于注水。自从 !"#$ 年第一台异相曲柄平衡游 梁抽油机（简称异相机）应用以来，国内各大油田 开始重视抽油机的节能工作。 !""! 年双驴头节能 型抽油机的问世，开创了游梁式抽油机（简称游梁 机）节能应用研究工作的新局面，不断涌现出各种 各样的新型节能抽油机。 游梁机的节能潜力在哪里呢？按消耗大部分能 量的要素，可以把抽油机这个系统分成以下几个子 系统：电动机及控制装置、四连杆机构、悬点载荷 抽油机的悬点载荷状况是影响抽油机能耗的主 要因素。人们普遍认为，游梁机工作效率不高的主 要原因是其载荷特性与所用普通三相异步电动机的
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目前抽油机的电动机主要从三个方面实现节 能：其一，人为地改变电动机的机械特性，主要是 改变电源频率，以实现与负荷特性的柔性配合；其 二，从设计上改变电动机的机械特性（如高转差率 电动机和超高转差率电动机） ，从而改善电动机与 抽油机的配合；其三，提高电动机的负荷率和功率 因数。已经成功研制了超高转差率电动机、电磁滑 差电动机、稀土永磁同步电动机、变频调速电动 机、双功率电动机、绕线式异步电动机、电动机调 压装置和抽油机蓄能调压节能装置等。 （!）双功率电动机 石油大学与胜利油田合 作进行了双功率电动机试验，其定子绕组是两个可 以并联运行的绕组。比如原来 #*+, 的电动机，现 将其定子绕组设计成一个为 ""+,，一个为 !-+,。 电控箱中有一个电流检测电路，能够实现绕组的自 动切换。启动时两个绕组分时投入（时差约 ’.-/） ， 总的 启 动 电 流 减 小。当 负 荷 率 低 于 0’( 时， 以 ""+, 的 绕 组 运 行； 当 负 荷 率 低 于 $’( 时， 以 !-+, 的绕组运行。如果抽汲工况发生变化，负荷 万方数据 较大时，两个绕组都投入。这样，电动机在各种情

游梁式抽油机节能控制技术探讨摘要：自20世纪80年代以来,国内外开发了许多节能游梁式抽油机,节能电机和电机控制单元,特别是在节能抽油机研究方面。

新的研究与应用节能技术对降低油田生产成本、提高经济效益具有重要意义。

关键词：游梁式抽油机；控制技术游梁式抽油机结构简单,安全性高,技术发展成熟,在石油开采领域广泛应用。

根据数据,大约油井举升95%的井由游梁式组成,约占油田总能耗的40%。

但该装置的应用效率仅为30%左右,功耗高,效率低。

油田的生产成本仍然很高,节能控制技术的应用可以有效降低游梁式抽油机在使用过程中的能耗,降低石油生产成本,满足国家节能减排的要求。

一、通常采用的节能控制装置1.软启动,压力调节,节能控制单元,这种节能控制单元适用于高启动负荷,低运行负荷。

其工作原理是采用可控硅软启动、压力调节节能、降压节能、三角电机定子绕组转换，泵的功率水平是有限的,例如30,60,80100 kN等。

当抽取浅入深时,井的生产率下降,抽油机负荷也相应降低。

由于上述原因,抽油机实际负荷通常较低,大多数泵的负荷为20-30%,最大负荷为50%,导致低负荷现象。

当电动机在低负载下运行时,效率和功率因数相对较低。

如果根据电动机的充电速度调整电动机定子端的电压,可以降低电动机的励磁电流,从而降低电动机的铁损耗和吸收电流的反应功率。

这样可以提高发动机的效率和功率比,达到节能的目的。

2.现场无功功率补偿节能控制单元,节能控制单元采用自动无功补偿控制器,自动投切电容,实现电机无功补偿,降低市场电流,减少线路损耗,解决异步电机负载低、功率比低、无功率损耗高等问题。

3.多速节能驱动的超高速电机,节能装置的出发点是减少水泵牵引装置的装机容量和库存。

由于其特殊的操作要求,相应的泵电压必须同时满足三个最大要求,即冲程、冲次、挂重。

此外,在启动抽油机时,必须有足够的堵转转矩来克服显著的静态不平衡。

其机械性能软,降低了悬点的最大负荷,降低了泵的行程速度,降低了抽油杆弹性变形,增加了泵的填充系数,增加了冲次来油量,从而降低了单位液体的能耗。

游梁式抽油机工作原理
梁式抽油机是一种常用于石油开采的设备，其工作原理主要分为五个步骤：启动、抽油、排油、停止和循环。

首先，在启动阶段，电动机、发动机或其它外部能源会驱动抽油机的工作，将其带动。

其次，抽油阶段是梁式抽油机的核心步骤。

当启动后，抽油机会使抽油杆与抽油泵连接，然后通过上下运动来提取地下的油藏中的石油。

具体实施时，抽油杆和抽油泵一起下降进入油井中，然后再上升，带动抽油泵从井底抽取石油。

第三，排油阶段是指当抽油机向上运动时，将抽取的石油从抽油泵中排出。

这是通过抽油泵的阀门来实现的，当抽油杆向上运动时，石油会被排出。

第四，停止阶段是指抽油机运行结束后的阶段。

一旦需要停止抽油机的工作，抽油机将停止运动，并进入待机状态。

这通常是通过控制系统来实现的，如关闭电动机或停止外部能源供应。

最后，循环阶段是指抽油机的循环工作。

一旦抽油机停止，等待下一个工作周期，它可以重新启动并重复之前的步骤，即再次进行抽油、排油等操作。

总的来说，梁式抽油机通过抽油杆和抽油泵的协同工作，实现了油井中的石油抽取和排出，从而实现石油的开采。

它是一种简单、可靠的设备，在石油工业中得到广泛应用。

异相型游梁式抽油机的节能分析及结构设计异相型游梁式抽油机是一种常用于油田开采的重要设备，其在节能方面的性能优势对于降低生产成本、提高生产效率具有重要意义。

本文将对异相型游梁式抽油机的节能分析及结构设计进行探讨，以期为相关领域的研究和实践提供一定的参考价值。

1. 能源损耗分析异相型游梁式抽油机是通过石油产出层的地下压力驱动工作的，因此其在抽油过程中主要消耗的能源是电力。

在节能方面，抽油机的电机功率是一个重要的影响因素。

一般来说，对于同一台抽油机来说，电机功率越小，耗能越低，节能效果越好。

在设计和选择异相型游梁式抽油机时，需要重点考虑其电机功率，力求在满足生产需求的前提下尽量降低功率，以达到节能的效果。

2. 结构设计优化在异相型游梁式抽油机的结构设计中，还可以通过优化设计来提高其节能性能。

例如采用轻量化材料、降低机械摩擦、改进动力传动系统等手段，可以减小系统的能量损耗，提高能源利用率。

还可以采用智能控制系统，对抽油机进行智能化管理和优化控制，以进一步提高整个系统的节能性能。

1. 游梁式结构设计异相型游梁式抽油机采用游梁结构，其具有结构简单、稳定可靠、维护方便等优点。

在结构设计中，需要合理确定游梁的长度、材料和截面形状，以保证其在工作过程中能够承受较大的扭转力和弯曲力，同时又能够尽量降低自身的质量。

2. 压力平衡系统设计在异相型游梁式抽油机的结构设计中，还需要考虑如何设计一个有效的压力平衡系统，以确保在工作过程中能够减小系统的压力损耗，提高工作效率。

这包括选择合适的密封件和轴承件，设计合理的润滑和冷却系统等，以确保系统的稳定运行和长期可靠性。

3. 防腐蚀防磨损设计由于异相型游梁式抽油机的工作环境通常比较恶劣，因此在结构设计中还需要考虑如何防止腐蚀和磨损对设备的影响。

在材料选择和涂层防护上需要特别注意，保证抽油机在潮湿、高温等恶劣环境下仍能够保持良好的工作状态，延长其使用寿命。

游梁式抽油机节能液压系统原理(1)主机功能结构游梁式液压抽油机是利用液压技术将石油从地下抽至地面上的采油设备，该新型游梁式液压抽油机采用了特殊液压缸组成的节能液压系统。

(2)液压系统及其工作原理图4-3所示为抽油机的节能液压系统原理图。

系统的液压执行器为动力缸2和平衡缸16。

动力缸2是系统的主缸，其功用是通过活塞杆伸缩驱动游梁1上下摆动，从而带动有杆泵吸、排采油；动力缸2内下端设有与其连成一体的缓冲缸3，其功用是在动力缸2换向时，将换向运动部件及系统的动能转换成液体压力能并挤入蓄能器11，其有效面积小于主缸的有效面积其动力取自游梁及其配重W的动能，行程取决于动能大小；平衡缸16是为抽油机机架的平衡而设置的执行器，通过改变主缸2的支点，使机架工作于最佳平衡状态，以减轻主缸功率和整机功耗。

平衡缸将换向时系统的动能转换成驱动力矩，它与动力缸为并联油路且顺序动作。

伺服阀14与液动换向阀15用于控制主缸2、平衡缸16的运动方向。

单向阀4和5构成补油阀组，单向阀6和7构成压油阀组，分别用于向缓冲缸的负压腔补油和向蓄能器压油。

液动换向阀13用于蓄能器贮存压力油的双向释放控制。

当游梁1上升时，液压泵17的压力油一部分经过伺服阀14进入缸2的无杆腔，使活塞a推动游梁1向上运动；此时，压力油在端面B上产生向下的作用力，因缓冲缸3的活塞杆与机架底座铰接，则B产生位移，使活塞b与端面B之间容腔C里的液压油被压出，经单向阀6挤入蓄能器11，这样，因缓冲缸3的位移而减少的游梁的位能被转换成C腔的压力能，再转换成蓄能器11中气体弹性势能。

同时，D腔形成负压，经补油单向阀5补油，为下次缓冲作准备。

当游梁1上升到一定位置时，缸2无杆腔的压力油经阀9的节流进入液动换向阀13的下端控制腔使该阀切换至下位，蓄能器11中气体弹性势能推出的液压油经调速阀12、换向阀13、单向阀8与主油路中的压力油汇合，一起推动缸2的活塞做功。

因而，游梁1起步时损失的位移量在动力缸活塞杆上行过程中得到补偿。