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1、常规抽油机改造为双驴头抽油机的设计与实践Ξ高凤云(胜利石油管理局总机械厂)摘要为了满足油田对长冲程抽油机的需求,提出了一种将10型3m常规游梁式抽油机改造为10型长冲程双驴头节能抽油机的设计方法。在改造10型3m常规机时,考虑满足冲程和结构强度需要,尽量采用较多的原抽油机构件,对双驴头抽油机进行了结构尺寸优选、构件尺寸设计、减速器设计和支架改造等工作。还根据改造中遇到的平衡问题、驴头让位以及后驴头焊接定位问题,作了相应的改造。目前已有50余台改造机在油田使用,最长的运行2a多,运行可靠,节能效果显著,证明改造设计是
2、可行和成功的。关键词抽油机结构改造长冲程双驴头抽油机受力分析为了满足油田对长冲程抽油机的需求,同时,考虑到油田大量的10型3m冲程常规游梁式抽油机的使用时间较短,还有一定的剩余寿命,胜利石油管理局总机械厂开展了将10型3m常规游梁式抽油机改造为10型新型长冲程双驴头抽油机的理论和试验研究。将10型3m常规游梁式抽油机改造为长冲程、节能型双驴头抽油机时,应考虑满足冲程和结构强度需要,同时,尽量采用较多的原抽油机构件,并对新型双驴头抽油机进行结构尺寸优选、构件尺寸设计、减速器设计和支架改造等工作。笔者拟介绍该工作理论研
3、究和试验研究的情况,可供抽油机设计、油田抽油机管理和改造的同行们参考。可能多的使用原机配件,在改造双驴头抽油机时,选用与被改造的常规抽油机相同的曲柄回转中心到支架中心的水平距离。改造后的双驴头抽油机,应该具有与新设计抽油机相当的运动、动力性能。这样,改造后的抽油机才能在油田有应用价值。为此,笔者调研了胜利石油管理局主要采油厂近300口油井的地面示功图,经过回归分析,确定该改造抽油机的设计模型示功图(见图3)。分析表明,该示功图适合于胜利油田的主要油井工况。结构选型和尺寸优化图1常规抽油机结构简图(符号含义同表1)按
4、照上面模型示功图和设计要求,从图2可得改造抽油机设计变量为常规游梁式抽油机结构如图1所示,油田使用较多的10型抽油机的结构参数见表1,改造为双驴头抽油机后的结构如图2所示。从图2可知,双驴头抽油机和常规抽油机主要区别在于将固定长度的游梁后臂C变为变半径的圆弧曲线,采用了三段圆弧的结构方案。在新改造的抽油机中,为了尽[X]=C,φ1,C2,2,L2,C3,3,L3,H,P,R]Tφφ1(1)Li(I=1,3)———后驴头圆弧半式中φC,i,iΞ高凤云,女,工程师,生于1968年,1991年毕业于石油大学(华东)机械系
5、,现从事抽油机设计与制造工作。地址:(257000)山东省东营市。电话:(0546)8612888-3104。(收稿日期:2002-04-05;修改稿收到日期:2002-04-12)2002年第30卷第7期高凤云:常规抽油机改造为双驴头抽油机的设计与实践·51·径,m,圆心角(°),圆心在上一段圆弧半径方向上的偏移量,m;其余参数如图2所示。表1被改造抽油机尺寸参数m曲柄长度支架水平连杆长度支架高度游梁后臂游梁前臂距离IPRHCA0186～112～214～312～3121186～214～310图6改造抽油机的连杆拉
6、力曲线图2双驴头抽油机的机构简图(符号含义同表1)图7改造抽油机的减速器扭矩曲线分析以上各图和优化结果可知:①改造后抽油机的悬点加速度较小,可以改善抽油杆的工作状态;②减速器上的峰值扭矩为53kN·m左右,没有负扭矩,这表明原53型减速器可以满足改造抽油机的要求;③连杆中的拉力峰值为255kN左右,与10型常规抽油机连杆上的拉力相当,表明原抽油机连杆和横梁在新改造抽油机中仍可使用。基于上述分析,笔者认为,将原10型3m常规抽油机改造成新型长冲程双驴头抽油机时,原抽油机的底座、减速器、连杆、横梁均可以使用,游梁经改造
7、后可以使用,需重新设计前、后驴头、支架、软联结部分等构件。图3抽油机设计模型示功图按照油田的使用情况,我们取减速器上的峰值扭矩、驴头的对称性、软性件钢丝绳的受力、支架的水平力、抽油机减速器的均方根功率、平衡重的大小和悬绳器到地面最小距离等约20个约束条件为约束变量1。按照被改造机型的结构参数和减速器使用情况,进行优化设计,得到改造尺寸,然后进行结构设计和制造。典型机型的性能特性曲线如图4～7所示。改造抽油机的支架设计支架改造是抽油机中改变最大的部分之一,为了利用原抽油机的支架,同时考虑到油田安装方便,改造时,采用了
8、整体支架的思想,剔除了原抽油机安装时的水泥基础,在原支架下增加一个承上启下的底座(称为中底座)。这样,支架为原支架和中底座两部分组成。为了和原支架很好的连接,中底座上下均为连接板形式,各用12条M24螺栓与支架和底座联结到一起,易于拆卸。中底座外轮廓尺寸为2180mm×1280mm×2840mm(长×宽×高),立杆和横杆为┗125mm×12mm等边角钢,斜杆
