1、液壓抽油機設(shè)計摘 要一種液壓傳動式石油開采抽油機，由包括液壓泵、馬達、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機械零件裝配組連為一個整體構(gòu)成液壓傳動部件，通過其中的液壓傳動部件中的液壓馬達傳動輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動結(jié)構(gòu)與相對應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈式或者繩索式柔性傳動件相配合，構(gòu)成該機的往復(fù)工作機構(gòu)。 通過由機、電、液元器件裝配組連所構(gòu)成的工作沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來調(diào)整和控制該機往復(fù)工作機構(gòu)，牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作。電動機的動力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實現(xiàn)配合連接，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過濾器、管路、附件將工作液容

2、箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動部件的液壓動力源部分。一種滑塊式盤傳動低速大扭矩液壓馬達的傳動盤的外周直接裝配輪面?zhèn)溆信c繩或者帶或者鏈式柔性傳動件相對應(yīng)配合的傳動結(jié)構(gòu)的傳動輪，即構(gòu)成該部件的動力轉(zhuǎn)換和傳動部分。其特點是:結(jié)構(gòu)簡單,制造、使用、維護成本低，明顯節(jié)能。關(guān)鍵詞：液壓泵1，液容箱2，控制閥3，傳動輪4 Hydraulic pumping unit designABSTRACTA hydraulic drive type oil pumping unit, by including hydraulic pumps, motors, control valves, p

3、iping accessories, including hydraulic components and mechanical parts associated with the assembly as a whole constitutes a group of hydraulic components, through which the hydraulic parts of the hydraulic motor drive wheel or gear wheel surface, or trough-type structure corresponding to the transm

4、ission side and the oil wells pump connecting rod connecting the belt or chain or rope-style flexible transmission parts matched to form reciprocating machine working bodies. Through the mechanical, electrical, hydraulic components, the assembly constituted by the work group with stroke and rushed r

5、evision control system to adjust and control the aircraft reciprocating body traction pump oil wells set by the stroke and the rushing back and forth consecutive working . Motor power output shaft and the pump rotor shaft directly or through a coupling component to achieve with the connection, via t

6、he hydraulic control valve, the working fluid filters, piping, accessories will be the working fluid between the tank and pump together into groups and work-loop hydraulic control, hydraulic components that make up the hydraulic power source part. One kind of slider-style disk drive low speed high t

7、orque hydraulic motor drive plate assembly wheel peripheral surface with a direct and flexible rope or belt or chain drive transmission parts corresponding with the structure of the drive wheel, which constitute the components of the power conversion and transmission parts. It features: simple struc

8、ture, manufacture, use, maintenance costs low, clear energy.KEY WORDS： hydraulic pump 1, the tank liquid 2, the control valve 3, wheel drive 4目 錄前言7第1章 液壓傳動的發(fā)展概況和應(yīng)用10§1.1 液壓傳動的發(fā)展概況10§1.2 液壓傳動的特點及在機械行業(yè)中的應(yīng)用11第2章 液壓傳動的工作原理和組成12§2.1 工作原理12§2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成12第3章 液壓系統(tǒng)工況分析13§3.1 運動分析、

9、負載分析、負載計算13§3.2 液壓缸的確定14 液壓缸工作負載的計算15 確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑15 計算液壓缸在工作循環(huán)中各個階段的壓力、流量和功率的實際值16第4章 擬定液壓系統(tǒng)圖17§4.1 選擇液壓泵型式和液壓回路17§4.2 選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成17第5章 液壓元件的選擇20§5.1 選擇液壓泵和電機20 確定液壓泵的工作壓力、流量20 液壓泵的確定21§5.2 輔助元件的選擇21§5.3 確定管道尺寸22§5.4 確定油箱容積22第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗算22§6.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗算

10、22 判斷液流類型22 沿程壓力損失22§6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算23第7章 抽油機深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計算24§7.1 抽油機深井泵抽油裝置24 抽油機24 抽油泵26 抽油桿28§7.2 抽油泵的工作原理28 泵的抽汲過程28 泵的理論排量29§7.3 抽油機懸點載荷的計算30 懸點承受的載荷30 懸點最大、最小載荷37§7.4 抽油機平衡、扭矩與功率計算39 抽油機平衡計算39 電機的選擇與功率計算42§7.5 泵效的計算44 柱塞沖程46 泵的充滿程度49 提高泵效的措施51第8章 抽油機井系統(tǒng)效率及節(jié)能技術(shù)53&

11、#167;8.1 系統(tǒng)效率53 系統(tǒng)效率的影響因素56 提高系統(tǒng)效率的方法58§8.2 抽油機井節(jié)能技術(shù)59 抽油機的電能消耗的特點59 節(jié)能技術(shù)60附表65前言一種液壓傳動式石油開采抽油機，由包括液壓泵、馬達、控制閥、管路輔件在內(nèi)的液壓元件及相關(guān)機械零件裝配組連為一個整體構(gòu)成液壓傳動部件，該部件與底座、支架及其連接構(gòu)件裝配組合構(gòu)成的機架部分一道構(gòu)成該機的主體結(jié)構(gòu)，通過其中的液壓傳動部件中的液壓馬達傳動輪的輪面式或者齒式或者槽式傳動結(jié)構(gòu)與相對應(yīng)的一端與采油油井的抽油泵連接桿相接的帶式或者鏈式或者繩索式柔性傳動件相配合，構(gòu)成該機的往復(fù)工作機構(gòu)，通過由機、電、液元器件裝配組連所構(gòu)成的工作

12、沖程和沖次調(diào)整控制系統(tǒng)來調(diào)整和控制該機往復(fù)工作機構(gòu)牽引石油油井的抽油泵按設(shè)定的沖程和沖次連續(xù)往復(fù)工作，其特征是:通過連接底座將一種滑塊式具有變排量、變流向結(jié)構(gòu)和功能的液壓泵與相匹配的動力電動機裝配組合，電動機的動力輸出軸端與液壓泵的轉(zhuǎn)子軸端直接或者經(jīng)由連軸構(gòu)件實現(xiàn)配合連接，工作液容箱安裝于連接底座的上部，經(jīng)由液壓控制閥、工作液過濾器、管路、附件將工作液容箱和液壓泵之間組連成液壓控制和工作回路，構(gòu)成該液壓傳動部件的液壓動力源部分；于一種滑塊式盤傳動低速大扭矩液壓馬達的傳動盤的外周直接裝配輪面制備有與繩或者帶或者鏈式柔性傳動件相對應(yīng)配合的傳動結(jié)構(gòu)的傳動輪，即構(gòu)成該部件的動力轉(zhuǎn)換和傳動部分；將此兩個

13、部分安裝于裝配有升降導(dǎo)向輪、配置有用于安放由數(shù)塊配重塊疊加組合構(gòu)成的組合體托架的架體之上，通過液壓管路溝通這兩部分之間的液壓回路，即構(gòu)成該傳動部件的完整結(jié)構(gòu)；在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，所采用的液壓泵是一個由變量、換向液壓泵與組合配流閥一體化的泵、閥組合體，其組合配流閥的具體結(jié)構(gòu)是，于泵的殼體的體內(nèi)沿殼體內(nèi)腔軸心線方向平行設(shè)置有兩閥腔，兩閥腔的中部，各有一徑向通液孔與殼體內(nèi)腔溝通，與工作液進、回液管路相接的進、回油口沿水平方向、平行、并列、垂直于兩閥腔軸線的方向設(shè)置于閥腔壁的外部，兩油口的底孔分別將兩閥腔垂直交匯貫通，閥腔的內(nèi)置件的構(gòu)成及由內(nèi)向外的裝配順序依次是，由內(nèi)閥體、內(nèi)閥芯、內(nèi)壓縮彈簧、內(nèi)腔依次裝配

14、中心閥芯和外壓縮彈簧再由限位卡環(huán)限定的中間閥體和外端部設(shè)置有液壓管路接口的外閥體構(gòu)成；該組合配流閥在泵的工作過程中的配流規(guī)律是，當一閥腔的徑向通液孔溝通的是泵的吸液工作腔，則該閥腔的內(nèi)閥芯被吸外移，開通進液油口與該吸液工作腔的液流通道，中間閥體連同內(nèi)腔處于關(guān)閉狀態(tài)的中心閥芯一道整體被吸內(nèi)移，開通回液油口經(jīng)由外閥體的徑向通液孔和外端管路接口與所連接管路之間的通道；與此同步，另一閥腔的徑向通液孔溝通的必定是泵的排液工作腔，此時該閥腔的內(nèi)閥芯關(guān)閉、中間閥體封閉外閥體的徑向通液孔，即進、回液油口與泵工作腔的通路同時關(guān)閉，中間閥體內(nèi)腔的中心閥芯被工作液推動外移，開通泵的排液工作腔與外閥體外端的管路接口所

15、連接管路之間的通路；該泵的工作液排量和流向的變換是通過其體內(nèi)變位定子零件的軸心線相對于轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的徑向位移量的變化實現(xiàn)的，即，徑向位移量增大，則排量增大，徑向位移量減小，則排量減小，徑向位移由轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸線的一側(cè)移動至另一側(cè)，則該泵改變工作液流向；變位定子的徑向位移是通過徑向相對裝配于該泵的殼體上的兩只平衡液缸的活塞桿受到控制液交替往復(fù)推動實現(xiàn)的，位移量值的確定，即泵工作排量的調(diào)定是通過調(diào)整液缸蓋上的限位螺釘限定活塞復(fù)位位置來實現(xiàn)的，平衡液缸的液壓動力是由液壓系統(tǒng)中的控制回路提供的；在總體上，液壓傳動部件的整個液壓系統(tǒng)是一個開式泵控馬達容積調(diào)速及換向的液壓系統(tǒng)，由液壓動力傳動工作回路和液壓控制

16、回路兩部分構(gòu)成；液壓動力傳動工作回路的基本構(gòu)成是，工作液自工作液容箱經(jīng)由供液管路、進液油口、組合配流閥進入液壓泵的工作腔加壓后，再經(jīng)由組合配流閥、液壓管路進入液壓馬達的工作腔，驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)后，再經(jīng)由液壓管路、組合配流閥、工作液回液油口、工作液回液管路、回液過濾器過濾后返回工作液容箱，完成整個工作循環(huán)；液壓控制回路的基本構(gòu)成是，于泵的端蓋上裝配有工作液壓力繼電器、手動節(jié)流閥和二位四通電磁換向閥，端蓋的體內(nèi)設(shè)置有閥腔、裝配有梭閥芯、預(yù)制有相關(guān)通液孔道、設(shè)置有兩端和中間這三個油口構(gòu)成梭閥結(jié)構(gòu)，經(jīng)由控制管路將組合配流閥的兩只外閥體外端管路接口處分別與梭閥兩端油口接通，梭閥的中間油口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道分

17、別與壓力繼電器的控制液接口和電磁換向閥進液口接通，該換向閥的兩控制液油口經(jīng)由蓋體體內(nèi)孔道、控制管路分別與徑向相對裝配于泵的殼體上的兩平衡液缸的油路接口接通，該換向閥的回液口經(jīng)由端蓋體內(nèi)孔道與節(jié)流閥的一端口接通，該節(jié)流閥的另一端口經(jīng)由端蓋的體內(nèi)孔道與泵的工作泄漏液容腔接通，由此構(gòu)成本系統(tǒng)的控制回路；該控制回路在工作狀態(tài)下的適時控制狀態(tài)是，分別自液壓動力傳動工作回路中與液壓馬達進、排油口相通的液壓管路引入的工作液至梭閥的兩端接口，經(jīng)梭閥調(diào)控后，由梭閥中間接口輸出壓力控制液，該控制液一路至壓力繼電器，根據(jù)該控制液的實際工作壓力相對于壓力繼電器設(shè)定的工作液壓力額定值的超、欠狀況自動控制動力電動機的運轉(zhuǎn)

18、或者停止；該控制液另一路至電磁換向閥，當電磁換向閥受電控換向，則與該閥相通的兩平衡液缸中的工作液壓力狀態(tài)同時轉(zhuǎn)換，即高壓變低壓、低壓變高壓，變?yōu)楦咭簤毫ζ胶庖焊椎幕钊麠U推動泵的變位定子向變?yōu)榈鸵簤毫顟B(tài)下的平衡液缸的方向移動，直到變?yōu)榈鸵簤浩胶庖焊椎幕钊艿较尬宦葆數(shù)南拗仆Ｖ梗苿拥乃俣热Q于節(jié)流閥對變?yōu)榈蛪旱钠胶庖焊椎墓ぷ饕夯亓魇┬泄?jié)流強度的大小，當節(jié)流強度大，則移動速度小，與之相應(yīng)的是液壓馬達的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的過程平滑緩慢，當節(jié)流強度小，則移動速度大，與之相應(yīng)的是液壓馬達的轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向的過程相對迅速。第1章 液壓傳動的發(fā)展概況和應(yīng)用§1.1 液壓傳動的發(fā)展概況液壓傳動和氣壓傳動稱為

19、流體傳動，是據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣為應(yīng)用的一門技術(shù)。當今，流體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。20世紀50年代我國的液壓工業(yè)才開始，液壓元件初用于鍛壓和機床設(shè)備上。六十年代有了進一步的發(fā)展，滲透到了各個工業(yè)部門，在工程機械、冶金、機床、汽車等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。如今的液壓系統(tǒng)技術(shù)向著高壓、高速、高效率、高集成等方向發(fā)展。同時，新元件的應(yīng)用、計算機的仿真和優(yōu)化等工作，也取得了卓有的成效。工程機械主要的配套件有動力元件、傳動元件、液壓元件及電器元件等。內(nèi)燃式柴油發(fā)動機是目前工程機械動力元件基本上都采用的；傳動分為機

20、械傳動、液力機械傳動等。液力機械傳動時現(xiàn)在最普遍使用的。液壓元件主要有泵、缸、密封件和液壓附件等。當前，我國的液壓件也已從低壓到高壓形成系列。我國機械工業(yè)引進并吸收新技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行研究，獲得了符合國際標準的液壓產(chǎn)品。并進一步的優(yōu)化自己的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，得到性能更好符合國際標準的產(chǎn)品。國外的工程機械主要配套件的特點是生產(chǎn)歷史悠久、技術(shù)成熟、生產(chǎn)集中度高、品牌效應(yīng)突出。主機和配套件是互相影響、互相促進的。當下，國外工程機械配套件的發(fā)展形勢較好。最近，這些年國外的工程機械有一種趨勢，就是：主機的制造企業(yè)逐步向組裝企業(yè)方向發(fā)展，配套件由供應(yīng)商提供。美國的凱斯、卡特彼勒，瑞典的沃爾沃等是世界上實力最強的主

21、機制造企業(yè)，其配套件的配套能力也是非常強的，數(shù)量上也是逐年大幅的增長，配套件主由零部件制造企業(yè)來提供。在科技大爆炸的今天，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)對人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生了前所未有的影響。這也為今后制造業(yè)的發(fā)展，設(shè)計方法與制造技術(shù)模式的改變指明了方向，為數(shù)字化的設(shè)計資源與制造資源的遠程共享，提高產(chǎn)品效率奠定了基礎(chǔ)。目前，在液壓領(lǐng)域中，特別是中小企業(yè)在進行液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計時，存在零部件種類繁多、系統(tǒng)集成復(fù)雜、參考資料缺乏等一系列困難，而遠程設(shè)計服務(wù)可以解決這些問題。§1.2 液壓傳動的特點及在機械行業(yè)中的應(yīng)用1、液壓傳動的優(yōu)點：（1）單位功率的重量輕，即在相同功率輸出

22、的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、動態(tài)特性好。（2）可實現(xiàn)較大范圍的無級調(diào)速。（3）工作平穩(wěn)、沖擊小、能快速的啟動、制動和頻繁換向。（4）獲得很大的力和轉(zhuǎn)矩容易。（5）操作方便，調(diào)節(jié)簡單，易于實現(xiàn)自動化。（6）易于實現(xiàn)過載保護，安全性好。（7）液壓元件以實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，便于液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用。2、液壓系統(tǒng)的缺點：（1）液壓系統(tǒng)中存在著泄漏、油液的可壓縮性等，這些都影響運動的傳遞的準確性，不宜用于對傳動比要求精確地場合。（2）液壓油對溫度敏感，因此它的性能會隨溫度的變化而改變。因此，不宜用于問短變化范圍大的場合。（3）工作過程中存在多的能量損失，液壓傳動的效率不高

23、，不宜用于遠距離傳送。（4）液壓元件的制造精度要求較高，制造成本大，故液壓系統(tǒng)的故障較難診斷排除。3液壓系統(tǒng)在機械行業(yè)中的應(yīng)用：工程機械裝載機、推土機、抽油機等。汽車工業(yè)平板車、高空作業(yè)等。機床工業(yè)車床銑、床刨、床磨等。冶金機械軋鋼機控制系統(tǒng)、電爐控制系統(tǒng)等。起重運輸機械起重機、裝卸機械等。鑄造機械加料機、壓鑄機等。第2章 液壓傳動的工作原理和組成液壓傳動是以液體為工作介質(zhì)來傳遞動力（能量）的，它又分為液壓傳動和液力傳動兩種形式。液壓傳動中心戶要是以液體壓力能來進行傳遞動力的，液力傳動主要是以液體動能來傳遞動力。液壓系統(tǒng)是利用液壓泵將原動機的機械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，g經(jīng)各種控制閥、管路和液壓

24、執(zhí)行元件將液體的壓力能轉(zhuǎn)換成為機械能，來驅(qū)動工作機構(gòu)，實現(xiàn)直線往復(fù)運動和會回轉(zhuǎn)運動。油箱液壓泵溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸及連接這些元件的油管、接頭等組成了驅(qū)動機床工作臺的液壓系統(tǒng)。§2.1 工作原理液油在電動機驅(qū)動液壓泵的作用下經(jīng)濾油器從油箱中被吸出，加油后的液油由泵的進油口輸入管路。再經(jīng)開停閥節(jié)流閥換向閥進入液壓缸，推動活塞而使工作臺左右移動。液壓缸里的油液經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。節(jié)流閥用來調(diào)節(jié)工作臺的移動速度。調(diào)大節(jié)流閥，進入液壓缸的油量增多，工作臺的移動速度就增大；調(diào)小節(jié)流閥，進入液壓缸的油量就減少，工作臺的移動速度減少。故速度是由油量決定的，液壓系統(tǒng)的原理圖見圖2。&#

25、167;2.2 液壓系統(tǒng)的基本組成（1）動力元件：液壓缸將原動機輸入的機械能轉(zhuǎn)換為壓力能，向系統(tǒng)提供壓力介質(zhì)。（2）執(zhí)行元件：液壓缸直線運動，輸出力、位移；液壓馬達回轉(zhuǎn)運動，輸出轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速。執(zhí)行元件是將介質(zhì)的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的能量輸出裝置。（3）控制元件：壓力、方向、流量控制的元件。用來控制液壓系統(tǒng)所需的壓力、流量、方向和工作性能，以保證執(zhí)行元件實現(xiàn)各種不同的工作要求。（4）輔助元件：油箱、管路、壓力表等。它們對保證液壓系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定工作具有非常重要的作用。（5）工作介質(zhì)：液壓油。是傳遞能量的介質(zhì)。第3章 液壓系統(tǒng)工況分析§3.1 運動分析、負載分析、負載計算繪制動力滑臺的工作循環(huán)圖

26、，如圖1-1（a）所示。（a）圖表 1 (b) (c)快進工進快退§3.2 液壓缸的確定§3.2.1 液壓缸工作負載的計算（1）工作負載： （2）摩擦阻力：靜摩擦阻力動摩擦阻力（3）慣性阻力動力滑臺起動加速，反向起動加速和快退減速制動的加速度的絕對值相等，即v=0.1m/s，t=0.2m/s,故慣性阻力為：根據(jù)以上的計算，可得到液壓缸各階段的各各動作負載，見表1所示，并繪制負載循環(huán)圖，如圖1-c所示。表1液壓缸各階段工作負載計算工況計算公式液壓缸負載/N液壓缸推力F/N起動2 0002 222加速1 5001 667快進1 0001 111工進F= +13 00014 44

27、4反向起動F =2 0002 222加速F = +1 5001 667快退F =1 0001 111制動F =500556注：液壓缸的機械效率取=0.9§3.2.2 確定缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑參見課本資料，初選液壓缸的工作壓力為p1=25×105 Pa。液壓缸的面積由A=計算，按機床要求選用A1=2A2 的差動連接液壓缸，液壓缸回油腔的被壓取，并初步選定快進、快退時回油壓力損失。液壓缸的內(nèi)徑為：圓整取標準直徑D=95mm，為實現(xiàn)快進與快退速度相等，采用液壓缸差動連接，則d=0.707D，即d=0.70795=67.165mm，圓整取標準直徑d=71mm。液壓缸實際有效面積計

28、算無桿腔面積有桿腔面積§3.2.3 計算液壓缸在工作循環(huán)中各個階段的壓力、流量和功率的實際值結(jié)果見表3所示。表3液壓缸各工況所需壓力、流量和功率工況負載F/N回油腔壓力p2 (p2)/ (105 Pa)進油腔壓力p1/(105 Pa)輸入流量q/(L/min)輸入功率P/kW計算公式快進啟動2 2225.6_p1=(F+p2 A2)/(A1 -A2)q=(A1 -A2)v1P=p1 q×10-3加速1 6678.4_快速1 11123.723.70.33工進14 44423.10.20.0077p1=(F+p2 A2)/ A1q= A1v2P= p1q×10-3快

29、退啟動2 2227.1_p1=(F+p2 A1)/ A1q= A2v2P=p1q×10-3加速1 66721.1_快退1 11119.40.0750.024制動55617.6_第4章 擬定液壓系統(tǒng)圖§4.1 選擇液壓泵型式和液壓回路由工況圖可知，系統(tǒng)循環(huán)主要由低壓大流量和高壓小流量兩個階段順序組成。從提高系統(tǒng)的效率考慮，選用限壓式變量葉片泵或雙聯(lián)葉片泵較好。將兩者進行比較（見表2）故選用雙聯(lián)葉片泵較好。表2雙聯(lián)葉片泵限壓式變量葉片泵1流量突變時，液壓沖擊取決于溢流閥的性能，一般沖擊較小1流量突變時，定子反應(yīng)滯后，液壓沖擊大2內(nèi)部徑向力平衡，壓力平衡，噪聲小，工作性能較好。2

30、內(nèi)部徑向力不平衡，軸承較大，壓力波動及噪聲較大，工作平衡性差3須配有溢流閥、卸載閥組，系統(tǒng)較復(fù)雜3系統(tǒng)較簡單4有溢流損失，系統(tǒng)效率較低，溫升較高4無溢流損失，系統(tǒng)效率較高，溫升較低§4.2 選擇液壓回路和液壓系統(tǒng)的合成1、（1）調(diào)速回路的選擇由工況圖可知，該液壓系統(tǒng)功率較小，工作負載變化不大，故可選用節(jié)流調(diào)速方式。由于鉆孔屬連續(xù)切削且是正負載，故采用進口節(jié)流調(diào)速較好。為防止工件鉆通時工作負載突然消失而引起前沖現(xiàn)象，在回油路上加背壓閥（見圖3-a）。（2）快速運動回路與速度換接回路的選擇采用液壓缸差動連接實現(xiàn)了快進和快退速度相等。在快進轉(zhuǎn)工進是，系統(tǒng)流量變化較大，故選用行程閥，使其速度

31、換接平穩(wěn)。從工進轉(zhuǎn)快退時，回路中通過的流量很大，為保證換向平穩(wěn)，選用電液換向閥的換接回路，換向閥為三位五通閥（見圖3-b）。（3）壓力控制回路的選擇由于采用雙泵供油，故用液控順序閥實現(xiàn)低壓大流量泵的卸荷，用溢流閥調(diào)整高壓小流量泵的供油壓力。為方便觀察壓力，在液壓泵的出口處，背壓閥和液壓缸無桿腔進口處設(shè)置測壓點（見圖3-c）。2、液壓系統(tǒng)的合成在選定的基本回路的基礎(chǔ)上，綜合考慮多種因素得到完整的液壓系統(tǒng)，如圖 所示。（1）在液壓換向回路中串入一個單向閥6，將工進時的進油路、回油路隔斷。可解決滑臺工進時進油路、回油路連通而無壓力的問題。（2）在回油路上串入一個液控順序閥7，以防止油液在快進階段返回

32、油箱，可解決滑臺快速前進時，回油路接通油箱而液壓缸無差動連接問題。（3）在電液換向閥的出口處增設(shè)一個單向閥13，可防止機床停止時系統(tǒng)中的油液流回油箱，引起空氣進入系統(tǒng)影響滑臺運動 平穩(wěn)性的問題。（4）在調(diào)速閥出口處增設(shè)一個壓力繼電器，可使系統(tǒng)自動發(fā)出快速退回信號。（5）設(shè)置一個多點壓力計開關(guān)口12，可方便觀察和調(diào)整系統(tǒng)壓力。電磁鐵和行程閥動作順序見表4電磁鐵和行程閥動作順序表4工況 元件1YA2YA行程閥壓力繼電器快進+-工進+-+快退-+-停止-圖3 a雙聯(lián)葉片泵 b三位五通電液換向閥 c用行程閥控制的換接回路第5章 液壓元件的選擇§5.1 選擇液壓泵和電機§5.1.1

33、確定液壓泵的工作壓力、流量（1）液壓泵的工作壓力已確定液壓缸的最大工作壓力為2.5 MPa。在調(diào)速閥進口節(jié)流調(diào)速回路中，工進是進油管路較復(fù)雜，取進油路上的壓力損失30×105 Pa,則小流量泵的最高工作壓力為P=(25+30)×105 Pa =55×105 Pa 。 大流量液壓泵只在快速時向液壓缸供油，由工況圖可知，液壓缸快退時的進油路比較簡單，取其壓力損失為 4×105 Pa，則大流量泵的最高工作壓力為Pp2=(19.4×105+4×105) =23.5×105 Pa。（2）液壓泵的流量由工況圖可知，進入液壓缸的最大流量在

34、快進時，其值為 23.7L/min ，最小流量在快退時，其值為0.075 L/min，若取系統(tǒng)泄漏系數(shù)k=1.2，則液壓泵最大流量為=1.2×23.7 L/min=28.44 L/min 由于溢流閥的最小穩(wěn)定流量為3 L/min，工進時的流量為0.2 L/min，所以小流量泵的流量最小應(yīng)為3.2 L/min。§5.1.2 液壓泵的確定根據(jù)以上計算數(shù)據(jù)，查閱產(chǎn)品目錄，選用相近規(guī)格YYB-AA36/6B型雙聯(lián)葉片泵。 液壓泵電動機功率為：由工況圖可知，液壓缸的最大輸出功率出現(xiàn)在快進工況，其值為 0.33kW。此時，泵的輸出壓力應(yīng)為=8.4×105 Pa ，流量為=(3

35、6+6) L/min= 42L/min 。取泵的總效率p= 0.75 ，則電動機所需功率計算為/ 有上述計算，可選額定功率為1.1kW的標準型號的電動機。§5.2 輔助元件的選擇根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和通過閥的實際流量就可選擇各個閥類元件和輔助元件，其型號可查閱有關(guān)液壓手冊。液壓泵選定后，液壓缸在各個階段的進出流量與原定值不同，需重新計算，見表5。表5快進工進快退輸入流量/（L/min）排出流量/（L/min）運動速度/（L/min）§5.3 確定管道尺寸由于本液壓系統(tǒng)的液壓缸為差動連接時，油管通油量較大，其實際流量q約為75.28L/min=1.255×10-3 m

36、3/s，取允許流速v=3m/s。主壓力油管根據(jù)公式計算：d=圓整后取d=20mm。§5.4 確定油箱容積按經(jīng)驗公式V=(57)，選取油箱容積為:第6章 液壓系統(tǒng)的性能驗算§6.1 管路系統(tǒng)壓力損失驗算 由于有同類型液壓系統(tǒng)的壓力損失值可以參考，故一般不必驗算壓力損失值。下面以工進時的管路壓力損失為例計算如下：已知：進油管、回油管長約為l=5m，油管內(nèi)徑d=20mm，壓力有的密度為9000kg/ m3，工作溫度下的運動粘度=46 m3s。選用LHM32全損耗系統(tǒng)用油，考慮最低溫度為15，右路總的局部阻力系數(shù)為=7.2。§6.1.1 判斷液流類型利用下式計算出雷諾數(shù)為

37、層流。§6.1.2 沿程壓力損失利用公式分別算出進、回油壓力損失，然后相加即得到總的沿程損失。沿程壓力損失P1=75×5×9000×46×46/1304×20×2=0.058Mpa 局部壓力損失工進時總的沿程損失為§6.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱與溫升驗算 本機床的工作時間主要是工進工況，為簡化計算，主要考慮工進時的發(fā)熱故按工進工況驗算系統(tǒng)溫升。 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量:H= P1(1-)=0.33×(1-0.9×0.75)KW=0.11KW散熱量: K取145當系統(tǒng)達到熱平衡時 即H=H0=14.5最高溫度

38、為t+15=44<100,故不需采用相應(yīng)的散熱措施。第7章 抽油機深井泵抽油裝置及基礎(chǔ)理論計算機械舉升采油方式是目前大慶油田的最主要的、也是應(yīng)用最為廣泛的是采油方式。在機械舉升工藝中，抽油機深井泵采油是應(yīng)用井數(shù)最多的舉升工藝。在本章節(jié)中，重點介紹抽油機深井泵采油的基礎(chǔ)理論、技術(shù)發(fā)展、測試技術(shù)以及節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用。§7.1 抽油機深井泵抽油裝置抽油機深井泵抽油裝置 是指由抽油機、抽油桿、深井泵組成的抽油系統(tǒng)。它借助于抽油機曲柄連桿機構(gòu)的運動，將動力機（一般為電動機）的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣鈼U的上下往復(fù)運動，用抽油桿帶動深井泵柱塞進行抽油。§7.1.1 抽油機抽油機是抽油機深井

39、泵抽油系統(tǒng)中的主要地面設(shè)備。游梁式抽油機主要由游梁-連桿-曲柄機構(gòu)、減速箱、動力設(shè)備、輔助設(shè)備等四大部份組成。工作時，動力機將高速旋轉(zhuǎn)動動通過皮帶和減速箱傳給曲柄軸，帶動曲柄軸做低速旋轉(zhuǎn)運動，曲柄通過連桿經(jīng)橫梁帶動游梁作上下往擺動，掛在驢頭上的懸繩器便帶動抽油桿作上下往復(fù)動動。游梁式抽油機按照結(jié)構(gòu)主要分為兩大類：即普通式游梁式抽油機和前置式游梁式抽油機。隨著抽油機制造技術(shù)的不斷發(fā)展進步，自20世紀90年代后，陸續(xù)開發(fā)了不同形式的以節(jié)能為目的的抽油機，節(jié)能抽油機仍然屬于普通式游梁式抽油機結(jié)構(gòu)。關(guān)于節(jié)能型抽油機的結(jié)構(gòu)特點，將在節(jié)能技術(shù)中加以介紹。普通式游梁式抽油機和前置式游梁式抽油機兩者的主要組成

40、部分相同，只是游梁與連桿的連接位置不同。普通抽油機一般采用機械平衡，而前置式抽油機最初多采用氣動平衡，但由于技術(shù)上的不完善，后來使用機械平衡的方法，目前在我廠使用的前置式抽油機均為機械平衡。前置式抽油機上沖程曲柄轉(zhuǎn)角為195º，下沖程曲柄轉(zhuǎn)角165º，使得上沖程較下沖程慢。我國已制定了游梁式抽油機系列標準，其型號表示方法如下：CYJ 10 3 53 H B F-復(fù)合平衡 平衡方式代號 Y-游梁平衡 B-曲柄平衡 Q-氣動平衡 減速箱形式代號：H為點嚙合雙圓弧齒輪；漸開線人字齒輪省略 減速箱曲柄軸最大允許扭矩，KN.m 光桿最大沖程 m 懸點最大載荷 10KN CYJ-常規(guī)型

41、 游梁式抽油機系列代號 CYJQ-前置型 CYJY-偏置型§7.1.2 抽油泵抽油泵是抽油機深井泵抽油系統(tǒng)中的井下設(shè)備。由于它的工作環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，而且它工作的好壞直接關(guān)系到油井的產(chǎn)量，因而應(yīng)滿足以下一般要求：（1）結(jié)構(gòu)簡單，強度高，質(zhì)量好。連接部分密封可靠；（2）制造材料耐磨，抗腐蝕性好，使用壽命長；（3）規(guī)格能滿足排量要求，適應(yīng)性強；（4）便于起下。抽油泵主要由工作筒、柱塞及固定凡爾、游動凡爾組成。按照抽油泵在油管中的固定方式分為桿式泵和管式泵。在我廠主要應(yīng)用管式泵。我國已制定了抽油泵系列標準，其型號表示方法如下：CYB 38 R 加長短節(jié)長度 m 柱塞長度 m 泵筒長度 m

42、 定位部件形式：C-皮碗式；M-機械式 定位部位：A-定筒式、頂部定位 B-定筒式、底部定位 T-動筒式、頂部定位 泵筒形式：H-金屬柱塞厚壁筒 L-金屬柱塞組合泵筒 W-金屬柱塞薄壁筒 S-軟柱塞薄壁筒 P-軟柱塞厚壁筒 抽油泵形式：R-桿式泵；T-管式泵 公稱直徑 mm 抽油泵代號 抽油泵柱塞和泵筒配合分為三個等級，其間隙值見下表間隙等級直徑上的間隙（m）2070>70120>120170抽油泵的等級與試壓時的漏失量有關(guān)，管式泵不同等級漏失量推薦值見下表：公稱直徑（mm）試驗壓力（MPa）間隙等級最大漏失量（L/min）32101054511196381255351421441

43、45620164556184789209457187803213170230986261783272116931039531213383552§7.1.3 抽油桿我國生產(chǎn)的抽油桿從級別上分有C、D、K三種級別。C級抽油桿用于輕、中型負荷的抽油機井；D級抽油桿用于中、重負荷的抽油機井；K級抽油桿用于輕、中負荷有腐蝕性的抽油機井。大慶油田使用的抽油桿為C級和D級抽油桿。由于各個抽油桿生產(chǎn)廠家采取的加工工藝不一，使用的加工材料不一，抽油桿的機械性能也各不相同。§7.2 抽油泵的工作原理§7.2.1 泵的抽汲過程1、上沖程抽油桿帶動柱塞向上運動，柱塞上的游動凡爾受管柱內(nèi)液

44、柱的壓力而關(guān)閉。此時泵內(nèi)壓力降低，固定凡爾在環(huán)形空間液柱壓力與泵內(nèi)壓力之差（即沉沒壓力）的作用下而打開。如果油管內(nèi)已充滿液體，在井口將排相當于柱塞沖程長度的一段液體，同時泵內(nèi)吸入液體。造成泵吸入液體的條件是泵內(nèi)壓力低于沉沒壓力。2、下沖程抽油桿帶動柱塞向下運動，固定凡爾立即關(guān)閉，泵內(nèi)壓力升高到大于柱塞以上液柱壓力時，游動凡爾打開，柱塞下部的液體通過游動凡爾進入柱塞上部，使泵排出液體。所以下沖程是泵向油管排液的過程，條件是泵內(nèi)壓力高于柱塞以上液柱壓力。§7.2.2 泵的理論排量泵的工作過程由三個基本環(huán)節(jié)組成，即：柱塞在泵內(nèi)讓出容積、井內(nèi)液體進泵內(nèi)和從泵內(nèi)排出液體。理想情況下，柱塞上、下

45、沖程進入和排出的液體體積都等于柱塞讓出的體積V。式中：fp柱塞面積，m2 s光桿沖程 m D泵徑 m每分鐘排量Vm每日排量：§7.3 抽油機懸點載荷的計算抽油在不同抽汲參數(shù)下工作時，懸點所承受的載荷是選擇抽油設(shè)備及分析設(shè)備工作狀況的重要依據(jù)。為此了解懸點承受哪些載荷和怎樣計算這些載荷是十分必要的。§7.3.1 懸點承受的載荷1、靜載荷（1）抽油桿柱載荷驢頭帶動抽油桿運動過程中，抽油桿柱的載荷始終作用于驢頭上。但在下沖程時，游動幾爾打開，油管內(nèi)液體的浮力作用于抽油桿柱上，所以，下沖程中作用在懸點上的抽油桿柱的重力減去液體的浮力，即它在液體中的重力作用在懸點上的載荷。而在上沖程

46、中，游動凡爾關(guān)閉，抽油桿柱不受油管內(nèi)液體浮力的影響，所以上沖程中作用在懸點上的抽油桿柱的載荷是抽油桿在空氣中的重力。上沖程作用在懸點上的抽油桿柱的載荷：式中：Wr抽油桿在空氣中的重力，N； g重力加速度，m/s2； fp抽油桿截面積，m2； s抽油桿材料（鋼）的密度，s=7850Kg/m3； L抽油桿長度m； qr每米抽油桿的質(zhì)量，Kg/m。下沖程作用在懸點上的抽油桿柱的載荷：式中：Wr抽油桿在空氣中的重力，N； l液體的密度，kg/m3。為了便于計算，我們在表中列出不同直徑抽油桿在空氣中的每米重量。直徑d(m)截面積（cm2）空氣中每米抽油桿重量（Kg/m）161922252.002.853

47、.803.911.642.303.073.17（2）作用在柱塞上的液柱載荷在上沖程時，由于游動凡爾關(guān)閉，液柱載荷作用在柱塞上；而下沖程時，由于游動凡爾打開，液柱載荷作用在油管上，因而懸點只在上沖程承受液柱載荷。（3）沉沒壓力對懸點載荷的影響上沖程時，在沉沒度壓力的作用下，井內(nèi)液體克服泵的入口設(shè)備的阻力進入泵內(nèi)，此時液流所具有的壓力稱吸入壓力，此壓力作用在柱塞底部產(chǎn)生向上的載荷： 式中：Pi吸入壓力pi作用在柱塞底部產(chǎn)生的載荷 N pi吸入壓力 Pa fp柱塞截面積 m2 pn沉沒壓力 Pa pi液流通過泵固定凡爾產(chǎn)生的壓力降 Pa而在下沖程時，吸入閥（固定凡爾）關(guān)閉，沉沒壓力對懸點載荷沒有影響

48、。其中，pi的確定比較復(fù)雜，計算公式如下：式中：vf-液體通過固定凡爾閥孔的流速，m/s; fp柱塞截面積，m2； f0固定凡爾閥孔截面積，m2； vp柱塞運動速度，m/s； 由實驗確定的閥流量系數(shù)。對于標準型閥可查圖。但在查圖之前需計算雷諾數(shù)NRe： 式中：d0固定凡爾閥孔徑，m； vf液流速度，m/s； 液體運動粘度，m2/s。（4）井口回壓對懸點載荷的影響液流在地面管線流動阻力所產(chǎn)生的井口回壓對懸點產(chǎn)生附加載荷。其性質(zhì)與液體產(chǎn)生的載荷相同，特點是上沖程增大懸點載荷，下沖程減小抽油桿柱載荷。上沖程時：下沖程時：式中：Ph井口回壓 Pa由于沉沒壓力和井口回壓在上沖程時產(chǎn)生的懸點載荷變化方向相

49、反，故此在近似計算中將其忽略。2、動載荷（1）慣性載荷抽油機運轉(zhuǎn)時，驢頭帶抽油桿和液柱做變速運動，因而產(chǎn)生抽油桿和液柱的慣性力。如果忽略抽油桿和液柱的的彈性影響，則可以認為抽油桿和液柱的各點與抽油機懸點運動完全一致，產(chǎn)生的慣性力除與抽油桿和液柱的質(zhì)量有關(guān)外，還與懸點加速度的大小成正比。抽油桿的慣性力Ir為： 液柱的慣性力Il為： 式中：-考慮油管過流斷面變化引起液柱加速度變化的系數(shù)： ftf-油管過流斷面面積如果結(jié)合抽油機懸點運動規(guī)律，最大加速度將發(fā)生的上死點和下死點，其加速度值分別為： 上死點時 下死點時以此可求得上沖程時抽油桿柱引起的懸點最大慣性載荷Iru為：下沖程時液柱引起的懸點最大慣性

50、載荷Ird為：上沖程時液柱引起的懸點最大慣性載荷Ilu為：下沖程時液柱不隨懸點運動，因而沒有液柱慣性載荷。實際上由于受抽油桿柱和液柱的彈性影響，抽油桿柱和液柱各點的運動與懸點的運動并不相同，所以按上述懸點最大加速度計算的慣性載荷將大于實際數(shù)值，在液柱中含氣和沖次較低的情況下，計算點最大載荷時可忽略液柱慣性載荷。（2）振動載荷抽油桿柱作為一彈性體，由于抽油桿柱作變速運動和液柱載荷周期性地作用在抽油桿上，從而引起抽油桿的彈性振動，它所產(chǎn)生的振動載荷也作用于懸點上，其數(shù)值與抽油桿的長度、載荷變化周期及抽油機結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一般情況下的理論計算時，忽略抽油桿柱的振動載荷。3、摩擦載荷抽油機井工作時，作用在

51、懸點上的摩擦載荷受以下五部份的影響：（1）抽油桿柱與油管之間的摩擦力：在直井內(nèi)通常不超過抽油桿柱重量的1.5%。（2）柱塞與襯套之間的摩擦力：當泵徑不超過70mm時，其值小于1717N。（3）液柱與抽油桿之間的摩擦力：除與抽油桿長度和運動速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（4）液柱與油管之間的摩擦力：除與液流速度有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。（5）流體通過游動凡爾的摩擦力：除與固定凡爾的結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要取決于液體的粘度。上沖程中作用在懸點上的摩擦載荷主要受（1）（2）及（4）三項影響，其方向是向下，增加懸點載荷。下沖程中作用在懸點上的摩擦載荷主要受（1）（2）（3）及（5）四項影響，其方向是向上，減小懸點載荷。在直井中無論稠油還是稀油，抽油桿柱與油管、柱塞與襯套之間的摩擦力數(shù)值都不大，均可忽略，但在稠油井內(nèi)，液柱摩擦引起的摩擦載荷則是不可忽略的，但對于大慶油田而言，原油的性質(zhì)不屬于稠油，因而液柱摩擦引起的摩擦載荷可以忽略。4、抽汲過程中的其它載荷一般情況下，抽油桿柱載荷、作用在柱塞上的液柱載荷及慣性載荷是構(gòu)成懸點載荷的三項基本載荷，在稠油井內(nèi)的摩擦載荷及大沉沒度井中的沉沒壓力對載荷的影響也是不可忽略的。除上述載荷外，在抽油過程中尚有其它一些載荷，如在低沉沒度井內(nèi)由于泵的充滿程度差，會發(fā)生柱塞與泵內(nèi)液