《C―228D―256―100型游梁式抽油机平衡仿真分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《C―228D―256―100型游梁式抽油机平衡仿真分析.doc（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、C228D256100型游梁式抽油机平衡仿真分析Abstract：Conventional beam pumping unit is simple and practical because of its structure， high reliability， high maintenance and economy， industry standard and technology are more mature， maintain a large quantity， widely used in domestic and foreign oil production equipment
2、occupies an absolute leading position . However， the structure of the pumping unit is heavy， especially the switchboard power is low， the balance effect is not good and the utilization rate of the electric energy is low， resulting in a huge waste of energy. Based on C-228D-256-100 regular pumping un
3、it， the movement law， kinematics and dynamics calculation of the pumping unit are studied and analyzed， and the reducer is calculated by MATLAB software. Net torque curve of the pumping unit to balance the situation analysis to determine the balance of the pumping unit to adjust the method for the a
4、utomatic balance adjustment device to lay the theoretical basis for the design. Key Words： Beam pumping unit；balance；simulation 1 工作原理、基本结构和几何尺寸 1.1 工作原理 C-228D-256-100常规游梁式抽油机是四杆机构的演化形式，其工作过程类似于一架天平，一端是抽油杆和油液等载荷，另一端是与之匹配的曲柄平衡块进行配重。C-228D-256-100抽油机结构图如图1所示，传动结构顺序如图2所示。 1.2 基本尺寸 C-228D-256-100抽油机工作参
5、数是： （1）驴头悬点的最大允许载荷为256 00l bf（磅）114 kg； （2）悬点冲程长度：2.54 m； （3）减速器曲柄轴额定扭矩：228 000 in?1bf（英寸?磅）26 kN?m； （4）悬点的额定冲次：3次/min； （5）平衡方式：曲柄平衡； （6）外形尺寸（长宽高）：1.1 m2.8 m7.3 m。 该抽油机为重型、中等冲程、中等冲数、中等扭矩、大功率抽油机。 1.3 几何尺寸 该抽油机几何参数如图3所示。 （1）R-曲柄半径：1.1 m； （2）P-连杆长度：3.5 m； （3）A-游梁前臂长度：3.1 m； （4）C-游梁后臂长度：2.8 m； （5）K-基杆：4
6、.5 m； （6）I-减速器输出轴中心点与游梁旋转中心的水平点的长度：2.8 m； （7）H-减速器输出轴中心点与游梁旋转中心点的垂直长度：3.5 m； （8）-曲柄与连杆的夹角：39。 2 运动学和动力学分析 2.1 游梁式抽油机的几何关系 游梁式抽油机几何关系的分析有多种方法，因速度瞬心法求解速度和加速度问题相对简单，且计算结果较为精确。所以应选用悬点速度瞬心法分析该抽油机。运动简图如图4所示。 根据抽油机图纸和以下公式进行游梁式抽油机运动学和动力学分析： 2.2 曲柄起始位置的确定 以12点的方向设置为转角零度。抽油机从上冲程起点开始运动时，曲柄顺时针转动。因抽油机传动结构是四杆机构，存
7、在急回特性，对于抽油杆存在“慢提快放”的运动过程。“慢提”使悬点加速度降低，对石油进入抽油泵有利。“快放”有效的提高了抽油效率。 =arccosk2+（R+p）2-c22k（R+p）-arccosk2+（p-R）2-c22k（p-R） 2.3 悬点位移 悬点位移计算公式：S=g 2.4 悬点速度和加速度 利用瞬心法计算悬点速度和加速度，如图5所示02。 悬点速度为：VA=Rac?sinsin 悬点加速度为：aA=-a2Rkcpsin3?cossinsin1+Rc?sincossin（-1） 利用MATLAB软件进行计算，悬点运动规律如图6所示： 悬点位移=2.419 m； 悬点最大速度=0.3
8、96 m/s； 悬点最小速度=-0.383 m/s； 最大扭矩因素=1.261； 最小扭矩因素=-1.219； 悬点最大加速度=0.165 m/s2； 悬点最小加速度=-0.103 m/s2； 2.5 驴头悬点载荷分析 驴头载荷可以分为静载荷和动载荷。主要载荷包括抽油杆自重载荷，主要有悬绳器、抽油杆自重等。但当抽油杆置于油井中时，产生了液柱载荷，运动惯性载荷，井下工作摩擦等，并可能产生振动。悬点载荷在上、下冲程过程中时变化的，所以要分解为上、下冲程分别分析03，抽油机静力和动力示功图，如图7、8所示。 3 仿真分析计算 分析抽油机平衡的方法主要有三种，分别是功率平衡法、电流平衡法和扭矩平衡分析
9、法。以上三种方法都适用于游梁式抽油机平衡的分析。电流法虽然在国内油田广泛使用，但常会出现实测电流数值与平衡状况不符合情况，所以不选用；功率法与电流法从判断原理上基本一致，但需要以功率测试仪进行获取，不利于数学模型的建立和分析，所以不选用；扭矩法依据实测示功图，利用扭矩曲线调整抽油机的平衡，符合油井实际情况，准确性较高；所以，采用扭矩法作为仿真分析的方法，主要针对减速器净扭矩进行仿真分析04。 （1） 目标函数： 选取将动力参数为目标函数，即以减速器均方根扭矩最小值。 C-228D-256-100抽油机油井实际井况如表1所示。 依据常规型游梁式抽油机C-228D-256-100结构参数和井况情况
10、，利用MATLAB软件对该数学模型进行分析，该减速器扭矩曲线如图9所示，减速器扭矩曲线及相关参数峰值如表2所示。 4 结论 从曲线图可以分析得出：减速器净转矩波动性和峰值载荷转矩都较大，甚至在下冲程时，出现了负载荷转矩。该现象的出现导致了电动机的两个问题。 （1）抽油机在工作过程中，减速器净扭矩载荷下降较快，电动机功率因数也下降很快，电动机效率显著降低。 （2）减速器净扭矩与电动机的电流和功率的波动量成正比关系。在该图中，减速机净扭矩变化越大，电动机可变能耗也越大，即电动机的效率越低，抽油机工作效率越低，能耗越大。 因此，在抽油机正常工作的情况下，减速器净扭矩曲线的变化越小，越平稳，即减速器净扭矩波动越小，那么电动机功率越高，抽油机工作效率越高，节能效果越好。