文档介绍：抽油井平衡
主讲:王学杰
抽油机平衡
一抽油机不平衡的危害
当游梁式抽油机一抽油泵装置工作时,驴头悬点上作用的载荷是变化的。上冲程时,驴头悬点需要提起抽油杆柱和液柱,在抽油机未进行平衡的条件下,电动机就要作功,才能使驴头上行。在下冲程时,抽油杆柱在其自重的作用下克服浮力下行,这时电动机不仅不需要对外作功,反而接受外来能量作负功,这就是抽油机在上、下冲程中不平衡的原因。抽油机工作过程中,电动机在上、下冲程中作功不相等称为抽油机的不平衡。
1 抽油机不平衡时将带来以下危害:
(1)降低电动机使用效率和寿命。由于负荷不均匀,降低电动机使用效率和寿命。满足最大负荷时,造成功率的浪费较大。
(2)缩短抽油机使用寿命。由于负荷不均匀,在曲柄旋转一周中载荷忽大忽小,会使抽油机发生剧烈振动而缩短抽油机的寿命。
(3)影响抽油机和抽油泵的正常工作。由于负荷不均匀,会破坏曲柄旋转速度的均匀性,从而使驴头上、下摆也不均匀,影响抽油机和抽油泵的正常工作。
抽油机平衡
二平衡的基本原理
抽油机之所以不平衡,是因为在上、下冲程中驴头悬点载荷不同,因而造成电动机在上、下冲程中做功不相等。抽油机平衡的目的是为了在上、下冲程中使电动机作功近似相等。
下面用最简单的机械平衡方式来说明这种可能性和达到平衡的基本条件。

假定抽油杆柱下行时作功为Ad,在抽油机没有平衡的条件下这部分功全部传给电动机,使它作负功。现在只在游梁的后端悬挂一个足够大重物,以致于仅靠抽油杆柱下行时所作的功(Ad)都不能抬起,还需要电动机来带动作功Amd才能抬起来,这时可得到下列平衡方式
Aw=Amd+Ad
或 Amd=Aw-Ad
式中 Aw——下冲程中抽油杆柱自重和电动机举升重物需要作的功,即重物储存的能;
Amd——下冲程中电机对重物作的功,即电机在下冲程中作的功;
Ad——下冲程中抽油杆柱对重物所作的功,即驴头悬点作的功;
抽油机平衡二、平衡的基本原理

在上冲程时,设举升驴头悬点载荷所消耗的功为Au,不加平衡重物时,全部要由电动机供给,若加上重物后,重物靠自重而下,就帮助电动机作功,它所作的功也是Aw,此时电动机所作的功为Amu,得下列平衡方式程式:
Au=Amu+Aw
或 Amu=Au-Aw
式中 Au——上冲程举升驴头悬点载荷作的功;
Amu——上冲程电机作的功。
结论:要使抽油机平衡,应使电动机在上下冲程中作功相等,
所以 Amd=Amu
即 Aw-Ad=Au-Aw
整理得 2Aw=Au+Ad 即Aw=(Au+Ad )/2
通过上述的分析我们可以看出,只要把抽油机工作时在下冲程的能量储存起来,在上冲程再利用储存的能量来帮助电动机作功,就可以使不平衡运转向平衡运转转化。要达到平衡运转的条件是在下冲程中需要储存的能量是驴头悬点在上、下冲程中所作功之和的一半。
储存能量的方式既可以采用在游梁尾部或曲柄上放置重物的方式,也可以在游梁前臂设置气缸,利用压缩气体进行平衡等方式。
抽油机平衡三、抽油机的平衡方式

特点:可以减小连杆曲柄销的受力,还可以减小曲柄轴的弯曲力矩,但平衡块的调节不方便,当抽油机较大时,游梁就较高,平衡块也较重,取下安装困难危险。同时,这种平衡方式当冲数较大时,游梁平衡块将产生较大的惯性力,因此游梁平衡方式只适用于小型抽油机(30kN以下的轻型抽油机)。平衡重的计算如图4—3所示。
图中c表示平衡重的重心B点到O点(中轴承)的距离,a表示A点(驴头悬点)到O点的距离,b表示E点(尾轴承)到O点的距离,SA、SB分别表示A点、B点的位移。
假设抽油机游梁是前后等臂的,即a=c。也不考虑抽油机结构不平衡的值(即在连杆与曲柄销装置脱开后,游梁保持水平位置时所需加在驴头悬点的力),在只考虑驴头悬点静载荷的情况下,则
Aw=GuSB
Au=(Wr+WL)SA=(Wr′+WL′) SA
Ad=Wr′SA
则
因为a=c,则SB=SA
图4—3 游梁平衡示意图
抽油机平衡
式中 Gu——悬挂在游梁尾端重物的重力,N;
Wr——抽油杆柱的重力,N;
WL——柱塞以上的液柱重力,N;
Wr′——抽油杆在液柱中的重力,N;
WL′——相当于柱塞截面积以上的液柱重力,N。
从上式可以看出,此时在游梁后端所加平衡块的重力应是抽油杆柱在液体中的重力,再加上相当于柱塞截面积以上的液柱重力的一半。
如果考虑游梁前后是不等臂的和抽油机结构的不平衡重值时,则
式中 Xub——抽油机结构的不平衡值,N,是折算到游梁平衡块重心位置的附加平衡力,可查抽油机的出厂说明书。
图4—3 游梁平衡示意图
抽油机平衡三、抽油机的平衡方式

抽油机工作时,要使电机在上、下冲程中作功近似相等,可靠调