游梁式抽油机的设计(4)

CYJY12-4.8-73HB型抽油机设计

(3)下死点(从下冲程到上冲程的转折点)

此时，对抽油杆柱或油管柱来说，载荷都发生了变化：

1)对抽油杆柱来说，在这一瞬间悬点载荷发生了变化，由下冲程的P静下变到上冲程的P静上，增加了一个载荷ΔP=P静上－P静下＝P长，伸长的大小λ

杆

‘油

(油柱重)，载荷增加就使抽油杆伸

等于：

?杆??PLEf杆?P油LEf杆` （式3-3）

式中 Ｅ－钢的弹性模量，等于2.1×1011N/m2(或Pa)

在伸长变形完毕以后，载荷△P才全部加到抽油杆或悬点上。实际上，在抽油杆柱受载伸长的过程中，驴头已开始上冲程。当悬点往上走了一个距离λ

杆

时，由于同

时产生的抽油杆柱伸长的结果，使柱塞还在原地不动，就是柱塞对泵筒没有相对运动，因而不抽油，如图3-2c所示。 作 2)对油管柱来说，下冲程时，由于游动阀打开和固定阀关闭，油柱重P

‘油

压在固

定阀上，即压在泵筒和油管的下部。而当转到上冲程时，游动阀关闭，整个油柱重量都由柱塞和抽油杆柱承担，而油管柱上就没有这个载荷作用。因此，在抽油杆柱加载的同时油管柱却卸载。卸载引起油管长度的缩短，并且一直到缩短变形完毕以后，油管柱的载荷才全部卸掉。油管柱的缩短的大小λ

?管?P油LEf管`管

等于：

（式3-4）

式中 f管——油管管壁的横截面面积，m2；

这样一来，虽然悬点带着柱塞一起往上走，但是由于油管柱的缩短，使油管柱的下端也跟着柱塞往上走，柱塞对泵筒还是没有相对运动，还不能抽油(如图3-2d所示)。一直到悬点走完一段距离等于λ

管

以后，柱塞才开始抽油。

上面所进行的分析表明：悬点从下死点到上死点虽然走了冲程长度Ｓ，但是由于抽油杆柱和油管柱的静变形结果，使抽油泵柱塞的有效长 度S效，要比Ｓ小。所以

S效?S?? （式3-5）

而静变形λ的大小等于

???杆??管 （式3-6）

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抽油机动力分析

f杆P油L?（1?） Ef管f管`??杆?

式中 ??（1?1f杆f管称为变形分配系数，一般可取０.６～０.９。

）S效λλλ杆管h沉S效λ管λ下冲程上冲程管

(a) (b) (c) (d) (f) 图3-2 抽油杆柱和油管柱变形过程图解

(4)上死点(从上冲程到下冲程的转折点)

它和下死点的情况恰恰相反。这时，对抽油杆柱说，静载荷由上冲程的P静上，，变到下冲程的P

静下

，减少了油柱重P‘油，抽油杆因而缩短λ

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杆

。因此，当悬点往下走

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了λ

杆

时，由于抽油杆柱的缩短，柱塞在井下原地不动，它对泵筒不产生相对运动，

管

因而不能排油。而对油管柱来说，因为加载P‘油而伸长了λ柱塞往下走。因此，在悬点再走完λ

管

，油管(或泵筒)好象跟着

以前，柱塞和泵筒还不能产生相对运动，也不

会排油。因此，在排油过程中，柱塞的有效冲程长度S效比悬点最大冲程长度S减少了一个同样的静变形入值。

现在把上、下冲程中悬点静载荷随它的位移变化规律利用图形来表示(图3-3)，这种图形称为静力示功图。图中AB斜线表示悬点上冲程开始时载荷由柱塞传递到悬点的过程。EB线相当于柱塞和泵筒没有发生相对运动时悬点上行时的距离，即EB= λ。当全部载荷作用到悬点以后，静载荷就不再变化而成水平线BC，到达上死点C为止。CD线表示抽油杆柱的卸载过程。卸载完毕后，悬点又以一个不变的静载荷向下运动，成为水平线DA而回到下死点A。这种静力示功图，只有在浅井，而且抽油机冲次较低时才能用动力仪测得。

SλS效上死点P`+P`杆油P`油A下死点P`杆

图3-3 静力示功图

图3-3表明，在上、下冲程内，悬点静载荷随悬点位移的变化规律是一个平行四边形ABCD。

3.1.2悬点动载荷的大小和变化规律

在井较深、抽油机冲程次数较大的情况下，必须考虑动载荷的影响。动载荷是由惯性载荷和振动载荷两部分组成。为简化起见，本文只讨论惯性载荷。

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抽油机动力分析

惯性载荷包括抽油杆柱和油柱两部分，即P杆惯和P油惯。如果忽略抽油杆和油柱的弹性影响，可以认为，抽油杆柱以及油柱各点的运动规律和悬点完全一致。所以，P杆惯和P油惯的大小和悬点加速度ac大小成正比，而作用方向和后者相反。

p杆惯?P杆g?c （式3-7）

P油惯?P油g?c?? （式3-8）

式中：ε——考虑油管过流断面扩大引起油柱加速度降低的系数(见图3-4)，其大小为：

FE?f杆F管?f杆f杆f管f杆?1 ??? （式3-9）

?1式中的F管-表示油管过流断面的面积，它和上式中采用的符号f 管是不同的，后者表示油管管壁的截面积。

F管f杆－Ff杆－

图3-4 油管过流断面扩大图

1)惯性载荷对悬点总载荷的影响

上冲程时，柱塞(或抽油杆)带着油柱运动，所以冲程的惯性载荷P惯上等于：

（1? P惯上?P杆惯?P油惯?P油惯P杆惯）P杆惯?（1?m)P杆gac （式3-10）

式中 m一表示油柱惯性载荷与抽油杆柱惯性载荷的比值。利用上式可得

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F m?P油惯P杆惯?P油P杆???油g(F?f杆）?杆gf杆L?f杆f管f杆?1 （式3-11）

?1??油?杆（?Ff杆F管f杆?1)?12

下冲程时，柱塞(或抽油杆)不带油柱运动，所以下冲程的惯性载荷P惯下等于： P惯下?P杆惯?P杆gac （式3-12）

考虑了惯性载荷作用以后，悬点的总载荷为： 上冲程：P上?P静上?P惯上 下冲程：P下?P静下?P惯下

这样，示功图就由平行四边形ABCD(静力示功图)变成扭曲的四边形A' B' C' D'，这种示功图，称为动力示功图，如图3-5所示。

SP振B`上死点油 PmaxP`+P`P`油A`A下死点D`C`杆Pmin

图3-5 动力示功图

从图中可以看出，悬点的最大载荷Pmax发生在上冲程静变形期结束后一瞬间，如图中的B`点。最大载荷Pmax等于静载荷加上动载荷(绝对值)；悬点的最小载荷Pmin。发生在下冲程静变形期结束后一瞬间，如图中的D`点。其大小等于静载荷减去动载

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