文档介绍：抽油井平衡
一、悬点所承受的载荷的分析
抽油杆将抽油机的动力传给深井泵, 在传递动力的过程中, 抽油杆柱悬点所承受载荷主要包括静载荷和动载荷。
抽油杆将抽油机的动力传给深井泵, 在传递动力的过程中, 抽油杆柱悬点所承受载荷主要包括静载荷和动载荷。
在计算悬点载荷时, 一般只考虑抽油杆柱的重力、液柱的重力及抽油杆柱引起的惯性载荷。
( 一) 抽油杆柱重力
抽油机上行(上冲程)时, 游动阀是关闭的,悬点(光杆)所受静载荷为(抽油杆重、活塞截面以上的液柱重):
(柱)重:
Wr=frρsgL
式中 Wr—杆重,N; fr—杆截面积,mm2;
ρs—钢的相对密度; g—重力加速度,;
L—杆长,m。
(柱)重:
抽油机下行(下冲程)时,固定阀是关闭的,游动阀是开的,悬点(光杆)所受静载荷为:
W΄=fr(ρs-ρ)gL
式中 W΄—在液体中杆柱重,即抽油杆(柱)自重减去液体对其浮力,N
( 二) 液柱载荷
在上冲程时由于固定阀打开, 游动阀关闭, 液柱载荷通过抽油杆作用在驴头悬点上。在下冲程, 由于固定阀关闭, 游动阀打开, 液柱载荷通过游动; 阀转移到油管上, 因而下冲程悬点不承受液柱载荷。活塞上的液柱载荷:
上冲程的液柱载荷为:
WL=(fp一fr) Lρg
式中 WL—液柱重,N;
fp—泵截面积,mm2;
fr—液体相对密度。
( 三)动载荷(惯性载荷)
1. 惯性载荷的分析
惯性载荷:是由于抽油机运转时驴头带着抽油杆柱和液柱做变速运动,因而产生杆柱和液柱的惯性力。
如果忽略抽油杆和液柱的弹性影响,则可以认为两者各点的运动规律是完全一致的。惯性的大小和方向随着抽油杆运动速度大小和方向而变化,在上下冲程开始时惯性载荷最大,而方向相反。所以在计算惯性载荷时,通常计算最大值。
其计算公式为:(曲柄旋转半径与连杆长度之比为1/4)
I惯=Wr
式中 I惯—惯性载荷最大值,N;
S—抽油机冲程,m;
n—抽油机冲速,min-1。
、最小载荷的计算
根据抽油机运动的特点,抽油机在上下冲程中悬点载荷是不同的,上冲程时为最大载荷,下冲程时为最小载荷。其计算公式如下:
式中 Pmax——悬点最大载荷,N;
S——悬点冲程,m;
n——冲数,r/min;
Wr——抽油杆柱的重力,N;
Wr′——抽油杆柱在液体中的重力,N;
WL——柱塞以上的液柱重力,N;
WL′——柱塞以上相当于柱塞截面积的液柱重力,N。
Pmin——悬点最小载荷,N
b——失重系数。
二、抽油机的平衡
(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。
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。
二、抽油机的平衡
(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;
二、抽油机的平衡(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,