抽油机悬点载荷的计算.doc

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1、抽油机悬点运动规律及载荷分析一、游梁式抽油机悬点运动规律四连杆机构：以游梁支架轴和曲柄轴的连线为固定杆，以曲柄、连杆和游梁为三个活动杆所组成的四连杆机构。如图3-21所示，抽油机在一个冲程中，悬点的速度和加速度不仅大小在变化，而且方向也在不断改变。上冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向上；后半个冲程为减速运动，加速度方向向下。下冲程前半个冲程为加速运动，加速度方向向下；后半个冲程为减速运动，加速度方向向上。其最大速度发生在下、下冲程的中点，在上、下死点处速度为零；其最大加速度发生在上、下死点处，在上、下冲程的中点加速度为零。上下死点处的最大加速度分别为：（3-12）（

2、3-13）二、抽油机悬点载荷计算与分析（一）静载荷1．抽油杆柱载荷上冲程，悬点承受着整个抽油杆柱的重力为：＝（3-21）对于多级抽油杆：式中——抽油杆柱的重力，N；——抽油杆的截面积，m2；L——抽油杆柱的长度，m；——抽油杆材料（钢）的密度，。——每米抽油杆的平均质量，kg/m；（可查表3-1）——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的每米平均质量，kg/m；——用多级组合杆柱时各级抽油杆柱的长度，m。下冲程，作用在悬点上的杆柱载荷等于抽油杆柱的重力减去杆柱受到的浮力：或（3-23）式中——抽油杆柱在液体中的重力，N；――抽油杆的失重系数——抽汲液体的密度，；当原油含水时，可

3、用下式近似计算：（3-24）式中——原油密度，；——水的密度，；——原油含水率，小数。2．液柱载荷上冲程作用在悬点上的液柱载荷为：（3-26）式中——液柱载荷，N；其它符号同前。下冲程液柱载荷不作用在悬点上。3．上、下冲程中在杆柱和管柱之间相互转移的载荷—=＋—=，简称为转移载荷。由以上推导可知，上冲程的静载荷：　　　　　　　　　　　(3-27)上、下冲程静载荷随悬点位移的变化曲线：图3-29静载荷随悬点冲程变化的曲线4．其它静载荷1）沉没压力对悬点载荷的影响沉没压力：泵的吸入口沉没在液面以下一定深度，该处的压力称为沉没压力。吸入压力：上冲程中，在沉没压力作用下，井内液

4、体克服泵的入口设备的阻力进入泵内，此时液流具有的压力称吸入压力。吸入压力作用在活塞底部而产生向上的载荷为：（3-28）式中——吸入压力作用在活塞上产生的载荷，N；——吸入压力，Pa——活塞截面积，m2；——沉没压力，Pa；——液流通过泵的入口设备产生的压力降，Pa；下冲程中，吸入阀关闭，沉没压力对悬点载荷没有影响。2）井口回压对悬点载荷的影响上冲程增加悬点载荷：　　　（3-29）下冲程减小悬点载荷：　　　　　　（3-30）式中——井口回压在上冲程中造成的悬点载荷，N；——井口回压在下冲程中造成的悬点载荷，N；——井口回压，Pa；其它符号同前。由于沉没压力和井口回压在上冲

5、程中造成的悬点载荷方向相反，可以相互抵消一部分，所以在一般计算中可以忽略这两项。（二）动载荷1．惯性载荷根据牛顿第二定律可得：抽油杆柱的惯性力为：（3-31）液柱的惯性力为：　　　　　　　　　　　　　（3-32）式中ε——考虑油管过流断面变化引起液柱加速度变化的系数：式中——油管的流通断面面积。惯性载荷对悬点载荷的影响分析由图可以看出，惯性载荷的方向及对悬点载荷的影响为：上冲程前半冲程，悬点向上加速运动，惯性力向下，增加悬点载荷；后半冲程，悬点向上减速运动，惯性力方向向上，减小悬点载荷，下冲程前半冲程，悬点向下加速运动，惯性力向上，减小悬点载荷；后半冲程，悬点向下减速运

6、动，惯性力向下，增加悬点载荷。由图中可以看出，在上、下死点处惯性载荷对悬点载荷的影响最大，而在二分之一冲程处，惯性载荷为零。上冲程中抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：　（3-33）若取时：　　　　　　　　（3-34）下冲程抽油杆柱引起的悬点最大惯性载荷为：　　　　　（3-35）上冲程液柱引起的悬点最大惯性载荷为：　　　（3-36）下冲程中液柱不随悬点运动，因而没有液柱的惯性载荷上冲程中悬点最大惯性载荷为：　下冲程悬点最大惯性载荷为：　　注：当液柱中含气比较多且冲数比较小时，可忽略液柱引起的惯性载荷。2．摩擦载荷　上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷对抽油机悬点载荷有影

7、响的摩擦力包括以下五个方面：（1）抽油杆柱和油管柱的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷。（2）活塞与衬套之间的摩擦力，上下冲程都存在，上冲程增加悬点载荷，下冲程减小悬点载荷。（3）液柱与抽油杆柱之间的摩擦力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载荷。（4）液柱与油管之间的摩擦力，发生在上冲程，方向向下，增加悬点载荷。（5）液体通过游动阀的摩擦阻力，发生在下冲程，方向向上，减小悬点载荷。3．振动载荷在计算抽油机悬点最大载荷时，一般不考虑。三、悬点最大和最小载荷悬点的最大载荷：　　　（3-37）或　　　　　　　　　　（