直线电机井下驱动采油装置设计毕业设计.doc

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1、直线电机井下驱动采油装置设计毕业设计目录第1章前言1§1．1国内外无游梁式抽油机的发展现状1§1．2主要的无游梁式抽油机6§1．2．1链条抽油机6§1．2．2液压抽油机8§1．2．3直线电机抽油机8§1．3直线电机的应用及发展概况10§1．3．1探索实验时代10§1．3．2工业应用时代13§1．3．3实用商品时代14§1．3．4中国直线电机的研制历史与发展15第2章直线电机驱动的基本原理19§2．1直线驱动装置与直线系统概述19§2．2直线电机的基本结构22§2．3直线电机的基本工作原理26§2．4直线电机作为井下动力系统的优势28§2．5潜油式直线电机抽油机的原理29§2．6本章小结3

2、1第3章直线电机的设计32§3．1直线电机的设计32§3．1．1井下电机的特殊性32§3．1．2潜油电机时同步与异步电机的比较33§3．1．3直线感应电机34§3．1．4直线同步电机35§3．1．5直线直流电机36§3．1．6圆筒型永磁直线同步电机37§3．2永磁材料主要性能参数39§3．2．1稀土永磁直线电机的特点42§3．2．2稀土永磁在直线电机中的应用43§3．3．4参数计算58§3．3．5性能计算61结论69参考文献71致谢76第1章前言§1．1国内外无游梁式抽油机的发展现状随着采油设备的深入研究，抽油油机在最初的雏形上有了长足的发展。传统的游梁式抽油机以适应野外恶劣工作环境等明

3、显优势，区别于其它众多类型的抽油机，而且以其结构简单、易损件少、坚实耐用、可靠性强、操作简便、维修方便、维护费用低等特点，一直占据有杆泵采油地面设备的主导地位。游梁式抽油机是最古老、应用最广泛的一种型式，工作可靠、坚实，使用和维修方便，并且在常规型基础上发展了多种型式。常规型游梁式抽油机其工作过程为：用电机带动减速机，减速机带动皮带轮，皮带轮带动曲柄连杆将旋转运动变成驴头悬点的往复运动，依靠抽油杆和光杆传递运动，带动井下抽油泵柱塞提上放下，而将油带出地面进入输油管道中或储油罐中，完成抽油过程。77抽油机工作时，在上、下冲程中，电动机所承受的载荷相差很大。上冲程时，驴头悬点静载荷主要是抽油

4、泵柱塞以上的液柱重量与抽油杆重量之和，提起这部分重量电机需要作很大的功；而下冲程时，液柱重量转移到固定阀和油管上，驴头仅承受抽油杆柱的重量，电机不仅无需做功，反而由于抽油杆自重下落，使电机处于发电机状态。因此，在上、下冲程中，电机的负载极不均匀，加上悬点运动速度和加速度的变化，更加剧了这种不均匀性。结果使抽油机振动加剧，电机、减速箱、抽油泵等效率降低，寿命缩短，抽油杆断裂现象增加，能耗过多。游梁式抽油机以其特别能适应野外恶劣的工作环境等明显优势，区别于其它众多类型的抽油机。常规型游梁式抽油机更是以其结构简单、易损件少、坚实耐用、可靠性强、操作简单、维修方便、维护费用低等特点，一直占据有杆

5、采油地面设备的主导地位。但是，游梁式抽油机还是存在许多需解决的问题。由于游梁式抽油机自身结构的原因，它仍存在着一些问题。(1)传动效率低①皮带传动的功率损失。一般以弯曲功率损失和滑动损失为主，可以用以下公式计算（1-1）(1-2)式中：A为皮带面积，;为皮带包角，rad;为皮带纵向弯曲弹性模量，MPa；为皮带拉伸弹性模量，Mpa;F为皮带拉力，N；I为皮带截面惯性矩，;n为转速，r／min；为皮带绕轮弯曲损失功率，kW；为皮带弹性滑动损失功率，kW;r为皮带轮半径，mm;v为皮带轮转速，m/s。由公式(1-1)和公式(1-772)可以看出为减少皮带轮损失，应减小皮带的纵向弯曲模量和截面惯

6、性矩，并增加皮带的拉伸弹性模量。上个世纪70年代以来，对皮带做了大量改进，创造出窄V带、多楔带、同步带等，传动效率由83％提高到94％。据资料，由于管理等方面的原因，大量抽油机皮带传动效率在85％左右。②减速箱传动功率损失。轴承传动损失加上齿轮的损失，减速箱总传动损失约为9％左右。③四连杆结构轴承损失，钢丝绳变形损失一般统计约为3％。以上三个方面的能量损失造成游梁式抽油机能量损失达30％左右。(2)游梁式抽油机增大冲程，减速箱扭矩成比例增大，需要更换更大更重的减速箱；又因受游梁摆角限制四连杆尺寸必然增大，引起抽油机外形尺寸和总机重量大幅度增加。(3)游梁式抽油机的四连杆机构使得驴头悬点的

7、运动规律类似简谐运动，其最高速度和最低速度较匀速运动的速度差得多，所以加速度较匀速运动也大得多，造成惯性载荷大，使抽油机承受载荷过大，缩短了抽油机的使用寿命。77随着井深和产量的不断增加，同时随着油井开采复杂条件的经常出现(如高粘、多蜡、多砂、多气、水淹和强腐蚀性等条件)，传统游梁式抽油机的许多问题明显地显现出来。主要是抽油机的能耗高、重量大和难以实现长冲程、低冲次抽油，在生产中抽油杆的事故增多、抽油泵的排量降低等。为了克服这些缺点