抽油机设计

东 北 石 油 大 学

工程训练研究报告

2011年12月20日

课 程 机械设计基础

题 目 常规游梁式抽油机传动系统设计

院 系 机械科学与工程学院

专业班级 装备10-3

学生姓名

学生学号 1004031403

指导教师 许冯平

目 录

任务书

第1章 概述 ....................................... 错误！未定义书签。

1.1 抽油机的种类和特点 ........................ 错误！未定义书签。

1.2 抽油机的发展趋势 ........................................... 4

第2章 常规游梁式抽油机传动方案设计 ................................ 4

2.1抽油机系统的工作原理 ........................................ 5

2.2目前还存在问题 .............................................. 5

2.3系统的机构（运动）简图 ...................................... 5

第3章 曲柄摇杆机构设计 ............................................ 6

3.1 设计参数分析与确定• ......................................... 6

3.2 按K设计曲柄摇杆机构 ........................................ 7

3.3 曲柄摇杆机构优化设计分析 .................................... 8

第4章 常规游梁式抽油机传动系统运动和动力参数分析计算 ............. 10

4.1 传动比分配和电动机选择 ..................................... 10

4.2 各轴转速计算 ............................................... 11

4.3各轴功率计算 ............................................... 11

4.4各轴扭矩计算 ............................................... 11

第5章 齿轮减速器设计计算 ......................... 错误！未定义书签。

5.1 高速级齿轮传动设计计算 ..................... 错误！未定义书签。

5.2 低速级齿轮传动设计计算 ..................................... 13

第6章 带传动设计计算 ............................................. 15

6.1 带链传动的方案比较 ......................................... 15

6.2 带传动设计计算 ............................. 错误！未定义书签。

第7章 轴系部件设计计算 ........................................... 17

7.1 各轴初算轴径 ............................................... 17

7.2 轴的结构设计 ............................................... 18

7.3轴的强度和刚度验算 ......................... 错误！未定义书签。

7.4滚动轴承寿命验算 ........................... 错误！未定义书签。

第8章 连接件的选择和计算 ......................... 错误！未定义书签。

8.1 齿轮连接平键的选择与计算 ................... 错误！未定义书签。

8.2 带轮连接平键的选择与计算 ................... 错误！未定义书签。

8.3螺纹连接件的选择 ........................... 错误！未定义书签。

第9章 设计结论汇总 ............................... 错误！未定义书签。

总结 .............................................................. 27

参 考 书 目 ....................................................... 27

东北石油大学工程训练任务书

课程 机械设计基础

题目 常规游梁式抽油机传动系统设计

专业 装备10-3班 姓名 杨彬 学号 100403140327

主要内容、基本要求、主要参考资料等

一、设计的目的

1、综合利用所学的知识，培养解决生产实际问题的能力。

2、掌握一般的机械传动系统设计方法和步骤。

3、掌握基本机构一般的设计方法和步骤。

4、熟悉和运用设计标准、规范及相关资料。培养独立解决问题的能力。

二、机械设计的一般过程

1、设计前的准备；2、总体方案设计；3、总体结构设计；4、零部件设计；5、联系厂家，生产样机，现场实验；6、根据实验，修改设计；7、编写设计说明书和使用说明书 8、鉴定

三、课程设计题目

1、功能

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主要由三部分组成：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。三部分之间的相互位置关系如图1所示。

抽油机由电动机驱动，经减速传动系统和执行系统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。

悬点载荷P、抽油杆冲程S和冲次n是抽油机工作的三个重要参数。悬点指执行系统与抽油杆的联结点，悬点载荷P（kN）指抽油机工作过程中作用于悬点的载荷；抽油杆冲程S（m）指抽油杆上下往复运动的最大位移；冲次n（次/min）指单位时间内柱塞往复运动的次数。

假设悬点载荷P的静力示功图如图2所示。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。

四、原始数据及设计要求

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。两种油井工况

图1 抽油机系统示意图 图2 静力示功图

分别为：

工况1：抽油杆上冲程的时间为8T/15，下冲程的时间为7T/15。

工况2：抽油杆上冲程时间与下冲程时间相等。

两种工况下抽油机的设计参数如表1所示。

表1 抽油机的设计参数

组号 1 2 3 4

冲程S(m) 1.4 1.6 1.8 2.0

冲次n(次/min) 5 6 7 8

悬点载荷P（kN） P1=40，P2=15 P1=20，P2=5

五、设计任务

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。（注：选作完成齿轮减速器装配图设计）。

5、编写研究报告一份。

设计说明书应包括以下内容：

1）功能分解；2）原始数据及计算；3）简述方案设计思路及讨论、改进；4）执行机构设计步骤或分析计算过程；5）传动系统设计计算；6）对所设计的结果分析讨论；7）感想与建议。

六、参考资料

1、《机械设计基础》高等教育出版社 杨可桢 程光蕴主编（第五版）1999

2、《机械原理》 高等教育出版社 孙桓等 主编 （第七版）2006

3、《机械设计》 高等教育出版社 濮良贵 主编 （第七版）2006

4、《机械原理课程设计》 科学出版社，王淑仁主编 2006

5、《机械设计课程设计》 华中科技大学出版社，唐增宝等主编（第二版）1998

6、其它机械原理和机械设计课程设计书籍和有关机械方案设计手册

完成期限

指导教师

专业负责人

第1章 概述

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。当抽油机上冲程时，油管弹性收缩向上运动，带动机械解堵采油器向上运动，撞击滑套产生振动；同时，正向单流阀关闭，变径活塞总成封堵油当抽油机下冲程时，油管弹性伸长向下运动，带动机械解堵采油器向下运动，撞击滑套产生振动；同时，反向单流阀部分关闭，变径活塞总成仍然封堵油套环形油道，使反向单流阀下方区域形成高压区，这一运动又对地层内的油流通道产生一种反向的冲击力。

1.1游梁式抽油机种类及特点

1..1.1常规游梁式石油抽油机

常规游梁式抽油机是油田使用历史最悠久，使用数量最多的一种抽油机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环

四杆机构，结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果差，效率低，能耗大，不符合节能要求，基本停止了生产。

1.1.2.前置式抽油机

前置式抽油机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆、游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式抽油机低，整机寿命长。前置式抽油机可配置较小功率的电动机，节能效果显著。与常规式抽油机相比，具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。