文档介绍：第三节抽油机悬点载荷计算
抽油机在工作时悬点所承受的载荷,是进行抽油设备选择及工作状况分析的重要依据。
一、悬点承受的载荷
动载荷
静载荷
其他载荷
振动
惯性
摩擦
杆重
液重
浮力
沉没压力
井口回压
1. 抽油杆柱的重力产生的悬点静载荷
抽油杆柱所受的重力在上、下冲程中始终作用在悬点上,其方向向下,故增加悬点载荷。
上冲程:
下冲程:
其中
2. 液柱的重力产生的悬点载荷
上冲程:液柱的重力经抽油杆柱作用于悬点,其方向向下,使悬点载荷增加
下冲程:液柱的重力作用于油管上,因而对悬点载荷没有影响。
3. 振动载荷与惯性载荷
初变形期:抽油机从上冲程开始到液柱载荷加载完毕,这一过程称之为初变形期。
抽油杆柱本身是一个弹性体,在周期性交变力的作用下做周期性变速运动,因而将引起抽油杆柱做周期性的弹性振动。这种震动还将产
生振动冲击力,这个力作用于悬点上便形成振动载荷。同时,变速运动将产生惯性力,作用于悬点上便形成惯性载荷。
在下面的讨论中忽略了液柱的振动载荷。
(1) 抽油杆柱的振动引起的悬点载荷
在初变形期末激发起的抽油杆柱的纵向振动,可用一端固定、一端自由的细长杆的自由纵振动微分方程来描述
式中 u ——抽油杆柱任一截面的弹性位移,m;
x ——自悬点到抽油杆柱任意截面的距离,m;
a——弹性波在抽油杆柱中的传播速度,等于抽油杆中的声速,m/s;
t——从初变形期末算起的时间,s。
假定悬点载荷在初变形期的变化接近于静变形,沿杆柱的速度按直线规律分布,则微分方程的初始条件和边界条件分别为
初始条件:
边界条件:
根据分离变量法,在以上初始条件和边界条件下,方程组的解为:
——抽油杆柱自由振动的固有频率, 。
抽油杆柱的自由纵振动在悬点处产生的振动载荷为
式中 E——抽油杆材料的弹性模量。
最大振动载荷为
最大振动载荷发生在, ...处。但实际上由于存在阻尼,振动将会随时间逐渐衰减,故最大振动载荷发生在处,出现最大振动载荷的时间则为
(2) 抽油杆柱与液柱的惯性产生的悬点载荷
驴头带动抽油杆柱和液柱做变速运动时存在加速度,因而将产生惯性力。
如忽略抽油杆柱和液柱的弹性影响,则可以认为抽油杆柱和液柱各点和悬点的运动规律完全一致。
最大惯性载荷:在上死点附近方向向上,减小悬点载荷;在下死点附近方向向下,增加悬点载荷。
如果采用曲柄滑块机构模型来计算加速度,上、下冲程最大惯性载荷值分别为:
, ——抽油杆柱和液柱在上冲程中产生的最大惯性载荷,N;