【摘要】有桿泵抽油設(shè)備成為目前國內(nèi)外使用最為廣泛的抽油設(shè)備。文章通過分析抽油泵的工作原理，了解到了往復(fù)式抽油機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，并且找出往復(fù)式抽油機(jī)耗能大的原因，考慮了一系列減小換向功的方法，為設(shè)計(jì)游梁式抽油機(jī)提供了設(shè)計(jì)思路。

【關(guān)鍵詞】抽油機(jī) 節(jié)能機(jī)理 運(yùn)行機(jī)理

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對于能源的認(rèn)識(shí)也進(jìn)一步提高，對于不可再生資源更是有了新的認(rèn)識(shí)，也逐重視起能源問題，能源的開發(fā)工具不斷得到改善，開發(fā)技術(shù)也不斷得到發(fā)展。抽油機(jī)是石油開發(fā)中必不可少的工具之一，因此，如何能使抽油機(jī)得到高效的利用，在使用過程中如何節(jié)能已成為科研工作者日益關(guān)注的問題。

1 往復(fù)式抽油機(jī)的運(yùn)行機(jī)理

要了解抽油機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，首先必須要了解懸點(diǎn)靜載荷的大小及其變化規(guī)律。這可分為兩種情況討論。懸點(diǎn)從下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)的過程稱為上沖程。上沖程時(shí)，游動(dòng)閥處于柱塞之上，它會(huì)因壓力的作用而關(guān)閉，固定閥由于泵筒內(nèi)外產(chǎn)生壓力差而打開，游動(dòng)閥的關(guān)閉導(dǎo)致抽油桿的自身重力與柱塞上油柱的重力都作用于懸點(diǎn)上，而這兩個(gè)力的方向都是向下的，這樣會(huì)使抽油桿拉得更長，我們稱這個(gè)為抽油桿沖程損失。固定閥的打開使油管外的油柱向下沉，而這個(gè)油柱會(huì)對柱塞的下表面產(chǎn)生浮力，浮力的方向是向上的，這樣算來，當(dāng)油泵處于上沖程時(shí)，懸點(diǎn)的靜載荷為抽油桿重力與油柱重力之和減去向上的浮力。若將抽油桿與配重分別掛于一個(gè)輪子的兩側(cè)，忽略因油柱沉沒而產(chǎn)生的浮力，那么懸點(diǎn)的靜載荷則為抽油桿與油柱的重力之和，此時(shí)抽油機(jī)對油柱做向上提方向的功，使油管不斷抽出原油。當(dāng)懸點(diǎn)到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，排油過程結(jié)束。若油柱沉沒較多，油柱的沖次低，那浮力也要算內(nèi)其內(nèi)。如果懸點(diǎn)開始下放，忽略一切微小損失，按照原油量與井口線一致的計(jì)算方法，我們也可以得到將懸點(diǎn)進(jìn)行下行時(shí)的排油量，這樣一來，在一上一下的沖程中，井口的排油總量就可以計(jì)算出來。按理論來說，排油是必然有一上一上兩個(gè)行程的。但是因?yàn)橹膱A面積與抽油桿的圓面積相比要大得多，因此，上行時(shí)的排油量與下行時(shí)的排油量比較，上行時(shí)的排油量肯定也要大得多。隨著原油的持續(xù)排出，懸點(diǎn)載荷必然會(huì)出現(xiàn)一定程度上的波動(dòng)。懸點(diǎn)在不斷下行的過程中，游動(dòng)閥會(huì)隨之打開，而固定閥則會(huì)選擇關(guān)閉，理論上來說，這時(shí)的油柱載荷是零，那油柱的質(zhì)量自然就會(huì)算在油管上，致使油管不斷拉伸，造成油管沖程會(huì)有一定量的損失。

2 往復(fù)式抽油機(jī)的節(jié)能機(jī)理

往復(fù)式抽油機(jī)包括閉環(huán)軌道式與直線正反轉(zhuǎn)纏繞式兩種，下面重點(diǎn)分析閉環(huán)軌道式抽油機(jī)的運(yùn)行機(jī)理及能量損耗情況。針對無游梁式抽油機(jī)來講，換向滑塊的運(yùn)行是由鏈條來帶動(dòng)的，在這個(gè)過程中，鏈條的上行帶動(dòng)換向架實(shí)現(xiàn)懸點(diǎn)的拉動(dòng)，當(dāng)換向滑塊升到油泵的最高點(diǎn)時(shí)，鏈條的上行速度則為零，此時(shí)換向開始。換向后換向滑塊進(jìn)行下行的速度慢慢由零加速到與鏈條相同的速度再進(jìn)行直線下行。當(dāng)滑塊到達(dá)最底端時(shí)換向再次開始。換向滑塊在整個(gè)運(yùn)行過程中只有垂直與水平方向的運(yùn)動(dòng)，我們將在水平方向運(yùn)動(dòng)所做的功稱為換向功。因此，換向功的大小是影響節(jié)能多少的因素之一。針對游梁式抽油機(jī)來講，它其實(shí)就是由兩個(gè)輪子組成的，第一個(gè)輪子的擺能讓懸點(diǎn)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此可發(fā)現(xiàn)，加大游梁前臂的長度增大擺動(dòng)弧度都能使長沖程得以實(shí)現(xiàn)。然而，基于游梁式抽油機(jī)具有的特殊性質(zhì)，若想要實(shí)現(xiàn)長沖程，加大游梁前臂長度是不可能辦到的，因此，只有考慮增大擺動(dòng)弧度。第二個(gè)輪子的圓心是減速器的輸出軸，曲柄的工作范圍是一個(gè)以曲柄長度為半徑的圓。連桿的拉動(dòng)是靠曲柄銷的上下移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，而連桿的拉動(dòng)又能 帶動(dòng)游梁的擺動(dòng)，曲柄銷水平方向的運(yùn)動(dòng)是為使曲柄銷能換向。曲柄銷因受切向力的作用會(huì)開始旋轉(zhuǎn)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)力不僅會(huì)使曲柄銷在水平方向移動(dòng)，也會(huì)使得抽油機(jī)的支架擺動(dòng)起來，這也有助于節(jié)能。曲柄銷因換向而必須耗費(fèi)一定量的功。因此，曲柄銷的好壞一定程度上也能體現(xiàn)抽油機(jī)的節(jié)能水平。

3 分析直線往復(fù)式抽油機(jī)的運(yùn)行機(jī)理及其耗能情況

直線往復(fù)式抽油機(jī)的運(yùn)行是依靠電機(jī)的正反轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。電機(jī)要正反轉(zhuǎn)就必須由零件的一系列運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在，這個(gè)過程可通過智能控制變頻調(diào)速及智能控制開關(guān)磁阻能等方式來實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)控制過程當(dāng)中，可依靠能耗減速制動(dòng)及慣性減速制動(dòng)來進(jìn)行減速。而對于智能控制，若想要減小運(yùn)行過程中的換向功，可選擇在進(jìn)行過檢測分析之后讓電機(jī)提前斷電，利用機(jī)械的慣性讓電機(jī)一直運(yùn)行到功能停止。如果在換向時(shí)使用了能耗制動(dòng)方式，那么電機(jī)的制動(dòng)能量就作了換向功?，F(xiàn)使用最多的游梁式抽油機(jī)則是由于曲柄的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生換向功，因此，若想在中、低沖次中減少換向功，應(yīng)考慮加大使游梁能夠平衡的分量，因?yàn)橛瘟浩胶夥至颗c曲柄的驅(qū)動(dòng)扭矩成反比，加大平衡分量可減少徑向分力，使換向功更小。這樣比較之下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，若抽油機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，那么游梁平衡抽油機(jī)的節(jié)能效果要比曲柄平衡抽油機(jī)的效果好得多。通過分析也能發(fā)現(xiàn)，在長沖程過程中，鏈條機(jī)比游梁機(jī)要節(jié)能，直線抽油機(jī)在工作時(shí)，電機(jī)正反轉(zhuǎn)與閉環(huán)軌道式相比要更節(jié)能。

4 結(jié)語

根據(jù)以上分析，對于往復(fù)式抽油機(jī)在運(yùn)行過程中的節(jié)能措施是可根據(jù)油泵的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來。抽油機(jī)對于石油勘探來說是必不可少的設(shè)備之一，但抽油機(jī)制耗能非常大，如何才能使抽油機(jī)能有更高的使用效率、節(jié)約使用時(shí)的耗能是我們現(xiàn)在要考慮的一個(gè)重大問題。但值得慶幸的是，長期的實(shí)踐及對于抽油機(jī)的性能研究使我們慢慢總結(jié)出了一套最好的節(jié)能辦法，也研究出了一套有效用于節(jié)能的機(jī)器?？v使現(xiàn)在這些技術(shù)和設(shè)備還有缺陷，但我相信，只要我們將實(shí)踐不斷應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中，我們就能發(fā)現(xiàn)問題，將現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改善，最終取得理想的節(jié)能效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

鄧懷峰，男，漢族，1986.07出生，籍貫：黑龍江省明水縣；工作單位：遼河油田沈陽采油廠；學(xué)歷：本科，專業(yè)：地質(zhì)學(xué)；職稱級(jí)別：職稱級(jí)別：助理工程師。