第四節(jié)抽油機的平衡、扭矩與功率計算

1、章節(jié)內(nèi)容游梁式抽油機的平衡授課類型講授教學目的重點與難點教具參考資料通過本部分學習主要讓學生掌握游梁式抽油機平衡原理及條件，不同平衡方式的平衡計算；掌握抽油系統(tǒng)效率、抽油機效率、油井效率、水功率、光桿功率等的概念及計算。重點：平衡條件、 平衡計算及抽油系統(tǒng)效率、 抽油機效率、 油井效率、水功率、光桿功率等的概念及計算。難點：平衡條件及平衡計算采油工游梁式抽油機的平衡一、抽油機平衡原理（一）抽油機不平衡的原因： 抽油機在工作過程中懸點承受的是不對稱的脈動載荷，上沖程載荷很大，下沖程載荷較小，這樣就會造成上沖程電動機做功很大，下沖程電機做負功，即懸點拉著電機旋轉。因此也就會造成抽油機不平衡。（二）

2、抽油機不平衡的危害：抽油機運轉不平衡，影響電機的工作效率，使電機的功率因數(shù)降低，加大電機的功率損耗，減小電機的壽命； 抽油機運轉不平衡會使抽油機發(fā)生振動， 嚴重時會造成翻抽油機的惡性事故， 影響抽油機的壽命。因此抽油機必須利用平衡裝置調(diào)節(jié)達到運轉平衡。（三）平衡原理1平衡原則及平衡條件抽油機達到平衡的原則是：（1）電動機在上下沖程中做功相等；（2）上、下沖程中電機的電流峰值相等；（3）上、下沖程中的曲柄軸峰值扭矩相等。抽油平衡原理，如圖3-31 所示：在抽油機游梁后端加一重物， 在下沖程中電機和下沖程的懸點載荷一起對重物做功，把重物升高儲存位能 Aw ：AwAdAmd ,則得到電機在下沖程中做

3、的功為：AmdAwAd式中Aw 下沖程中懸點載荷和電機對平衡系統(tǒng)做的功，即平衡系統(tǒng)儲存的能量；Ad 懸點在下沖程中做的功；Amd 電機在下沖程中做的功。在上沖程中平衡系統(tǒng)放出能量，幫助電機對懸點做功：AuAw Amu則得電機在上沖程中做的功為：AmuAuAW式中Au 懸點在上沖程中做的功；Amu 電機在上沖程中做的功。根據(jù)第一條平衡原則：AmuAmd即 AwAdAuAw可得到平衡系統(tǒng)在下沖程中應儲存的能量為：AuAd（ 3-50）Aw2上式說明抽油機的平衡條件為： 平衡系統(tǒng)下沖程中儲存的能量要等于懸點在上、下沖程中做功之和的一半。2平衡系統(tǒng)要達到平衡需要的平衡功當只考慮靜載荷做功時，懸點在上沖

4、程中做的功為：Au(WrWL ) s ；下沖程做的功為：AdWr s 。則由（ 3 50）得理論上需要的平衡功為：AwAu Ad(WrWl )s(3-51)22二、游梁式抽油機的機械平衡計算1游梁平衡方式計算游梁平衡：是將平衡重裝在游梁后端；適用于小型抽油機，如圖3-31 所示。在下沖程中懸點向下運動了s(m),而平衡重 Wb 升高的距離 sc 為：sccas ，儲存的能量或稱實際產(chǎn)生的平衡功為：cAwsWba要達到平衡，實際產(chǎn)生的平衡功應等于需要的平衡功，即：c sWb(WrWl )sa2可得游梁平衡重為：a(WrWl)Wb2c如果抽油機本身不平衡，設游梁后臂比前臂重X uc ，相當于平衡重

5、，則平衡重就可減小，這時游梁平衡重為：a(WrWl) X uc（ 3-52）Wb2c2曲柄平衡方式計算曲柄平衡 :是指平衡重裝在曲柄上，適用于大型抽油機。如圖3-33 所示。在下沖程中，曲柄平衡重Wcb 上升的高度為2R，曲柄自重 Wc 上升的高度為2Rc ，抽油機本身不平衡值X ub 上升的高度為 2r ，則平衡系統(tǒng)在下沖程中儲存的能量，或?qū)嶋H產(chǎn)生的平衡功為：Aw2RWcb2RcWc2rX ub ，令其與需要的平衡功相等：2RWcb2RcWc2rX ub (WrWl ) s ，2可得到平衡半徑的計算公式為：R (WrWl)sRcWcrX ub(3-53)22WcbWcbWcb圖 3-33曲柄

6、平衡3復合平衡方式計算復合平衡：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如圖 3-34 所示，適用于中型抽油機。同理可導出平衡半徑的計算公式：R (Wr Wl )sRcWc(X ucWb ) cr（3-54）22WcbWcbbWcb三、平衡測量與調(diào)整測電動機上、下沖程的電流峰值I u和I d，若 I I，平衡不足， I I，則udud平衡過重。在兩個電流中有一個小的，一個大的，若I小/I大0.8 時就認為是平衡了，否則就要重新計算平衡半徑或平衡重，重新調(diào)整平衡。四、抽油機井的系統(tǒng)效率（一）抽油機井的有用功率有用功率或稱有效功率，也稱為水力功率NH , ：是指在一定時間內(nèi)，將一

7、定量的液體提升一定的距離所需要的功率：N HQHg（3-73）86400式中Q 油井產(chǎn)液量， t/d；H 泵對液體的有效提升高度，m；NH 抽油機井的有效功率，kw。泵對液體的有效提升高度計算如下：1如果忽略沉沒壓力和回壓的影響，有效提升高度等于下泵深度：H=L 。2考慮沉沒壓力和回壓的影響時，為了計算簡單，忽略氣柱重力和進泵阻力的影響，并認為環(huán)空中和油管中的液體密度相同，有效提升高度為：H L fPBPC106（3-74）lg式中PB 、 PC 分別為回壓和套壓， MPa；l 井中液體密度， kg/m3。當上式中用相對密度 l ，并且重力加速度取9.8 時，H L f 102(PBPC) /

8、l 。3考慮環(huán)形空間中與油管中的液體密度不同時，有效提升高度為：H L fPB PC106hSlo（3-75）l gl式中hS 泵的沉沒度， m。（二）光桿功率光桿功率：即是抽油機懸點載荷做功的功率，是提升液體和克服井下消耗所需要的功率?？捎檬竟D的面積計算：AsnC（ 3-76）N p600l式中N p 光桿功率， kw ；A 示功圖載荷線包圍的面積， cm2；S 光桿沖程， m；n 沖數(shù)， r/min ；C 動力儀力比， N/mm；l 示功圖上沖程長度， mm；由于計算示功圖麻煩，常近似地按理論靜載荷計算懸點做功：Wlsn（ 3-77）N p4610式中Wl 轉移載荷， N；s 光桿沖程， m；n沖數(shù)， r/min ；（三）抽油機井的效率1抽油機的效率Np p ，是光桿功率與電動機功率之比，它表達了抽油機工作狀況好壞及N r功率利用程度。2油井效率H N H ，是有效功率與光桿功率之比， 主要表達了抽油泵工作狀況的好壞N p及功率利用情況。 即懸點做的功，除了提升液體做有效功外， 還要克服井下摩擦、桿柱振動、漏失等機械損失、水力損失和容積損失做無效功。3抽油機井系統(tǒng)效率t N H ，為本抽油機井輸出功率與輸入功率之比， 表達了該抽油機井的總體效N r益和能量的綜合利用情況。通過學習使學生掌握抽油機不同平衡方式的平衡計算方法。掌握有關課抽