第三節(jié)抽油機(jī)的平衡、扭矩與功率計(jì)算平衡率、扭矩利用率、功率利用率、系統(tǒng)效率1精選ppt一、抽油機(jī)平衡計(jì)算不平衡的危害：抽油機(jī)懸點(diǎn)承受的是不對(duì)稱的脈動(dòng)載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，如果抽油機(jī)沒(méi)有平衡裝置，就會(huì)造成(1)上沖程電動(dòng)機(jī)做功很大，下沖程電機(jī)做負(fù)功，即懸點(diǎn)拉著電機(jī)旋轉(zhuǎn)。(2)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡，影響電機(jī)的工作效率，使電機(jī)的功率因數(shù)降低，加大電機(jī)的功率損耗，減小電機(jī)的壽命；(3)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡會(huì)使抽油機(jī)發(fā)生振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成翻抽油機(jī)的惡性事故，影響抽油機(jī)的壽命。因此抽油機(jī)必須利用平衡裝置調(diào)節(jié)到達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡。2精選ppt一、抽油機(jī)平衡計(jì)算〔一〕平衡原理1．平衡原那么及平衡條件抽油機(jī)到達(dá)平衡的原那么是:〔1〕電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等；〔2〕上、下沖程中電機(jī)的電流峰值相等；〔3〕上、下沖程中的曲柄軸峰值扭矩相等。3精選ppt

抽油機(jī)平衡裝置的作用是在下沖程把懸點(diǎn)和電機(jī)的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在上沖程放出，幫助電機(jī)對(duì)懸點(diǎn)做功。

例如，在游梁后臂端加一重物，在下沖程中電機(jī)和下沖程的懸點(diǎn)載荷一起對(duì)重物做功，把重物升高儲(chǔ)存位能：那么得到電機(jī)在下沖程中做的功為：4精選ppt

在上沖程中平衡系統(tǒng)放出能量，幫助電機(jī)對(duì)懸點(diǎn)做功：那么得電機(jī)在上沖程中做的功為：現(xiàn)在我們以第一條平衡原那么來(lái)推導(dǎo)平衡條件，即要使抽油機(jī)到達(dá)平衡，電動(dòng)機(jī)在上下沖程中做功相等：即可得到平衡系統(tǒng)在下沖程中應(yīng)儲(chǔ)存的能量為：該式說(shuō)明要到達(dá)平衡的條件是：平衡系統(tǒng)下沖程中儲(chǔ)存的能量要等于懸點(diǎn)在上、下沖程中做功之和的一半。5精選ppt2．平衡系統(tǒng)要到達(dá)平衡需要的平衡功1〕理論上需要的平衡功當(dāng)只考慮靜載荷做功時(shí)，懸點(diǎn)在上沖程中做的功為：下沖程做的功為：理論上平衡系統(tǒng)在下沖程需要儲(chǔ)存的能量或稱理論上需要的平衡功為：6精選ppt2．平衡系統(tǒng)要到達(dá)平衡需要的平衡功2)實(shí)際需要的平衡功實(shí)際需要的平衡功要根據(jù)懸點(diǎn)實(shí)際做功的多少來(lái)計(jì)算，實(shí)測(cè)示功圖就是反映了懸點(diǎn)實(shí)際做功的圖形。如下圖，上沖程載荷線與基線之間包圍的面積為A1，下沖程載荷線與基線包圍的面積為A2，那么實(shí)際需要的平衡功：但是由于計(jì)算示功圖面積麻煩，在實(shí)際計(jì)算中經(jīng)常近似地用最大、最小載荷做功代替：7精選ppt〔二〕游梁式抽油機(jī)的機(jī)械平衡方式計(jì)算1．游梁平衡方式計(jì)算游梁平衡方式是將平衡重裝在游梁后端，適用于小型抽油機(jī)如下圖，在下沖程中懸點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)了s(m),而平衡重升高的距離為：平衡系統(tǒng)儲(chǔ)存的能量或稱實(shí)際產(chǎn)生的平衡功為：8精選ppt1．游梁平衡方式計(jì)算要到達(dá)平衡，實(shí)際產(chǎn)生的平衡功應(yīng)等于需要的平衡功，即：可得游梁平衡重計(jì)算公式為：如果抽油機(jī)本身不平衡，設(shè)游梁后臂比前臂重，相當(dāng)于平衡重，那么平衡重就可減小，這時(shí)游梁平衡重為：9精選ppt2．曲柄平衡方式計(jì)算

如下圖，曲柄平衡方式的平衡重裝在曲柄上，適用于大型抽油機(jī)。在下沖程中，曲柄平衡重上升的高度為2R，曲柄自重上升的高度為，抽油機(jī)本身不平衡值上升的高度為，那么平衡系統(tǒng)在下沖程中儲(chǔ)存的能量，或?qū)嶋H產(chǎn)生的平衡功為：令其與需要的平衡功相等：可得到平衡半徑的計(jì)算公式為：10精選ppt

3．復(fù)合平衡方式計(jì)算復(fù)合平衡是以上兩種平衡方式的組合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重，適用于中型抽油機(jī)。同理可導(dǎo)出平衡半徑的計(jì)算公式：11精選ppt4．平衡測(cè)量與調(diào)整〔1〕聽(tīng)：聽(tīng)上下沖程抽油機(jī)的響聲，上沖程響聲大為平衡缺乏，下沖程響聲大為平衡過(guò)重。〔2〕看：看抽油機(jī)上下沖程運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢，上沖程快，下沖程慢是平衡過(guò)重，上沖程慢下沖程快事平衡缺乏。〔3〕測(cè)：利用第二條平衡原那么“上、下沖程電流峰值相等〞來(lái)檢測(cè)抽油機(jī)的平衡情況。測(cè)電動(dòng)機(jī)上、下沖程的電流峰值和，假設(shè)，平衡缺乏，，那么平衡過(guò)重。12精選ppt4．平衡測(cè)量與調(diào)整在兩個(gè)電流中有一個(gè)小的，一個(gè)大的，假設(shè)平衡率時(shí)就認(rèn)為是平衡了，否那么就要重新計(jì)算平衡半徑或平衡重，重新調(diào)整平衡。調(diào)整的距離為〔1-a〕m，平衡缺乏時(shí)向外調(diào)，平衡過(guò)重時(shí)向里調(diào)。采油工上的標(biāo)準(zhǔn)是平衡率：假設(shè)85%≤a≤115%為平衡，不需調(diào)整，假設(shè)a＜85%，是平衡缺乏，平衡重向外移動(dòng)〔1-a〕m，假設(shè)a＞115%是平衡過(guò)重，平衡重向里移動(dòng)〔a-1〕m.13精選ppt二、曲柄軸扭矩計(jì)算抽油機(jī)工作時(shí)，曲柄軸即減速箱輸出軸承受的是扭矩作用，一定型號(hào)的抽油機(jī)所配的減速箱輸出軸都有允許的最大扭矩，如果超過(guò)了這個(gè)扭矩允許值，就會(huì)發(fā)生軸的故障。曲柄軸的扭矩也是計(jì)算和選擇抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的功率，分析判斷抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的合理性的重要依據(jù)。14精選ppt〔一〕計(jì)算扭矩的準(zhǔn)確方法——扭矩因數(shù)法1、公式推導(dǎo)：我們僅以常用的曲柄平衡抽油機(jī)為例，如上頁(yè)圖所示。分別對(duì)曲柄軸中心O′和對(duì)支架軸中心O取力矩平衡，可得到曲柄軸扭矩的計(jì)算公式：

式中的第一項(xiàng)表示懸點(diǎn)載荷P在曲柄上造成的扭矩，稱為負(fù)荷扭矩，式中的第二項(xiàng)表示曲柄平衡重在曲柄上造成的扭矩，稱為曲柄平衡扭矩，令稱為扭矩因數(shù)，那么扭矩公式變?yōu)椋?3-56b)(3-60)15精選ppt〔一〕計(jì)算扭矩的準(zhǔn)確方法——扭矩因數(shù)法即曲柄軸上的凈扭矩等于負(fù)荷扭矩減去平衡扭矩。負(fù)荷扭矩上沖程大于零，下沖程小于零，平衡扭矩也是上沖程大于零，下沖程小于零。上沖程負(fù)荷扭矩絕對(duì)值大于平衡扭矩，下沖程負(fù)荷扭矩絕對(duì)值小于平衡扭矩。因而凈扭矩上下沖程都大于零。當(dāng)抽油機(jī)平衡不好時(shí)會(huì)出現(xiàn)凈扭矩小于零的現(xiàn)象，即會(huì)造成減速箱中齒輪產(chǎn)生反面沖擊。16精選ppt2．扭矩因數(shù)計(jì)算17精選ppt18精選ppt19精選ppt20精選ppt〔四〕扭矩曲線的應(yīng)用1．檢查是否超扭矩以及判斷是否發(fā)生“反面沖擊〞〔1〕將扭矩曲線上的最大值與抽油機(jī)銘牌上的允許扭矩值比較，實(shí)際扭矩不應(yīng)超過(guò)允許扭矩那么符合平安生產(chǎn)要求。〔2〕當(dāng)扭矩出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，說(shuō)明減速箱的主動(dòng)輪變?yōu)閺膭?dòng)輪，發(fā)生反向驅(qū)動(dòng)或說(shuō)是“反面沖擊〞，從而降低齒輪壽命。21精選ppt2．判斷及計(jì)算平衡，實(shí)際上一般不用這種方法22精選ppt〔二〕計(jì)算扭矩的近似方法

將懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)如下圖，對(duì)曲柄軸O′取力矩平衡得：對(duì)支架軸取力矩平衡得：兩式聯(lián)立得曲柄軸扭矩為：由于再令稱為折算到懸點(diǎn)的平衡重，那么得凈扭矩公式：

(3-71)23精選ppt設(shè)當(dāng)時(shí)分別出現(xiàn)，那么可求出峰值扭矩為：上沖程峰值扭矩為：下沖程峰值扭矩為：當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)平衡時(shí)，將兩式相減得平衡系統(tǒng)實(shí)際產(chǎn)生的有效平衡值：將兩式相加得平衡運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的扭矩：〔3-69〕當(dāng)抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡時(shí)，實(shí)際產(chǎn)生的有效平衡值可利用于云琦推導(dǎo)的公式計(jì)算：24精選ppt〔三〕計(jì)算最大扭矩的經(jīng)驗(yàn)方法蘇聯(lián)公式：中國(guó)公式：實(shí)踐證明近似公式和蘇聯(lián)公式計(jì)算結(jié)果偏小，而中國(guó)公式計(jì)算結(jié)果比較符合中國(guó)的油井情況。25精選ppt三、電動(dòng)機(jī)的選擇和功率計(jì)算

〔一〕扭矩法計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率

電動(dòng)機(jī)的功率與曲柄軸扭矩的關(guān)系為：?jiǎn)挝粸橥摺瞁〕,將代入，功率的單位用千瓦〔KW〕表示，并考慮傳動(dòng)效率后，得到電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算公式：26精選ppt三、電動(dòng)機(jī)的選擇和功率計(jì)算但是由于在抽油機(jī)的整個(gè)工作過(guò)程中其曲柄軸的扭矩是變化的，如果公式中用最大扭矩，那么抽油機(jī)只是在瞬時(shí)到達(dá)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而在大局部時(shí)間內(nèi)不能滿負(fù)荷工作，其效率和功率因數(shù)都不高，電能的利用不充分。在變負(fù)荷的條件下，電動(dòng)機(jī)選擇的一般方法是用等值扭矩計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率，所謂等值扭矩是瞬時(shí)扭矩的均方根，計(jì)算方法如下：27精選ppt分析得知：28精選ppt〔二〕測(cè)量電流電功法計(jì)算電機(jī)功率

1、根據(jù)瞬時(shí)電流和電壓計(jì)算電機(jī)功率，公式為：

該式中如果用電流峰值，經(jīng)常計(jì)算的結(jié)果偏大。2、測(cè)量電功法計(jì)算電機(jī)功率用電度表測(cè)量抽油機(jī)一個(gè)小時(shí)消耗的電功度數(shù)，就可以精確地得到電動(dòng)機(jī)實(shí)際耗用的功率。電機(jī)一個(gè)小時(shí)耗用了幾度電，電機(jī)的平均功率就是幾千瓦。〔三〕經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算電機(jī)功率現(xiàn)場(chǎng)工作人員在實(shí)踐中也總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，例如：29精選ppt四、抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率

在抽油機(jī)井的生產(chǎn)中，要力求投入最小的本錢，獲得最大的利益，這就要求抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率要高。抽油機(jī)井的系統(tǒng)效率是抽油機(jī)井做的有用功率與輸入功率的比值，這個(gè)值越高，抽油機(jī)井的效益越好。〔一〕抽油機(jī)井的有用功率有用功率或稱有效功率，也稱為水力功率NH,是指在一定時(shí)間內(nèi)，將一定量的液體提升一定的距離所需要的功率：Q——油井產(chǎn)液量，t/d；H——泵對(duì)液體的有效提升高度，m；NH——抽油機(jī)井的有效功率，kw。30精選ppt泵對(duì)液體的有效提升高度計(jì)算如下：

1．如果忽略漂浮壓力和回壓的影響，有效提升高度等于下泵深度：H=L。2．考慮漂浮壓力和回壓的影響時(shí)，為了計(jì)算簡(jiǎn)單，忽略氣柱重力和進(jìn)泵阻力的影響，并認(rèn)為環(huán)空中和油管中的液體密度相同，有效提升高度計(jì)算：活塞上方壓力：活塞下方壓力：抽油桿傳遞給活塞的有效提升壓力為：那么得有效提升高度：31精選ppt當(dāng)上式中用相對(duì)密度，并且重力加速度取9.8時(shí)，有效提升高度為：

3．考慮環(huán)形空間中與油管中的液體密度不同時(shí)，有效提升高度為：〔二〕光桿功率光桿功率即是抽油機(jī)懸點(diǎn)載荷做功的功率，是提升液體和克服井下消耗所需要的功率。可用示功圖的面積計(jì)算：式中為光桿功率，kw；A是示功圖載荷線包圍的面積，cm2；S為光桿沖程，m；n為沖數(shù)，r/min；C是動(dòng)力儀力比，N/mm；為示功圖上沖程長(zhǎng)度，mm；32精選ppt由于計(jì)算示功圖面積麻煩，常近似地按理論靜載荷計(jì)算懸