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中国加入WTO以后,由于出口环境的改善,机电产品的出口数量大幅上升,石油机械产品的出口也从无到有,数量也在逐年不断地增加,近年来,抽油机的出口也成逐年上升的趋势。抽油机是油田有杆抽油系统的地面驱动设备,其数量占油田采油设备总数的90%以上,其中游梁式抽油机应用最广。
随着油田的不断开发,地层压力逐渐降低,开发的油藏类型越来越复杂,投入开采的储层深度不断增加,一般抽油机难以满足开采要求,急需大功率的抽油机来满足开采。针对以上情况,特研制出C1824D型抽油机,配以1824减速器实现深油层开采,同时可完善API常规抽油机系列品种,而且是我国出口抽油机中最大的游梁式抽油机,对加速我国抽油机出口,占领国际市场份额具有重要的指导意义。
首先,通过确定四连杆机构尺寸,从而对C1824D-427-240抽油机进行理论分析,分别做几何计算、运动计算、工艺计算及机构的受力分析与计算,在此基础上参照LUFKIN公司的产品结构,结合国内抽油机标准(如SY/T5044-20000《游梁式抽油机》、SY/T5795-93《游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸》)进行设计出驴头、游梁、横梁、连杆、曲柄平衡装置、支架,底座、轴承、减速器、刹车装置等零部件的结构,同时对抽油机主要承载构件(如游梁、横梁)进行强度校核,对支架轴承、尾轴承以及曲柄销轴承进行静强度和疲劳强度校核,并对减速器的齿轮、轴进行校核,以确保零件设计的合理性。
其次,使用Pro/Engineer软件对抽油机各零部件进行三维建模,对比较复杂零件(如减速箱)的建模过程进行详细说明,并对渐开线齿轮进行参数化设计;同时说明模型装配理论即在计算机上创建装配模型,通过计算机模拟零件及装配器械在装配过程中的运动形态和空间位置关系,从而可在产品生产之前,检验零部件的可装配性,并可尽早发现装配过程中可能存在的问题,为制定高效而可靠的装配工艺提供决策依据,在此基础上,对C1824D-427-240型抽油机进行虚拟装配,并说明装配路径,然后对抽油机装配模型进行干涉检验,并生成工程图,验证了装配的可行性。
最后,在Pro/Engineer软件中对减速箱、支架、底座分别进行一定的简化,然后导入有限元分析软件ANSYS中进行静力学分析,根据结构的特性,对减速器选用Solid187单元进行计算,对支架和底座也选用Solid187单元进行计算,并说明单元理论。根据SY5044-2000《游梁式抽油机》标准中规定的计算模式,曲柄每转过15°出一组计算结果。这样便可计算出C1824D-427-240型常规抽油机受力的载荷谱,然后,在载荷谱中选取有代表性的计算点(当支架受力最为严重的时候),从而确定支架有限元分析的工况点和载荷谱,再将载荷谱输入SAPSP软件包进行计算。当冲次数n=4.0min-1,冲程长度S=6.0694m,泵径D=32mm时,该抽油机处于最不利工作工况,在此工况下,对减速箱、支架以及底座进行静力学分析,直观的展现了减速箱、支架和底座的位移图和应力图,同时得出所受到的最大应力、最大位移以及相应的节点,并验证其强度、刚度以及稳定性,为产品的安全使用提供了重要依据。
本文在抽油机设计中引入了三维设计以及有限元分析技术,增加了产品的可视性,提高了产品设计质量,缩短了开发周期,减少设计费用,为今后抽油机的改型和优化设计奠定了很好的基础。
随着油田的不断开发,地层压力逐渐降低,开发的油藏类型越来越复杂,投入开采的储层深度不断增加,一般抽油机难以满足开采要求,急需大功率的抽油机来满足开采。针对以上情况,特研制出C1824D型抽油机,配以1824减速器实现深油层开采,同时可完善API常规抽油机系列品种,而且是我国出口抽油机中最大的游梁式抽油机,对加速我国抽油机出口,占领国际市场份额具有重要的指导意义。
首先,通过确定四连杆机构尺寸,从而对C1824D-427-240抽油机进行理论分析,分别做几何计算、运动计算、工艺计算及机构的受力分析与计算,在此基础上参照LUFKIN公司的产品结构,结合国内抽油机标准(如SY/T5044-20000《游梁式抽油机》、SY/T5795-93《游梁式抽油机安装尺寸、易损件配合尺寸》)进行设计出驴头、游梁、横梁、连杆、曲柄平衡装置、支架,底座、轴承、减速器、刹车装置等零部件的结构,同时对抽油机主要承载构件(如游梁、横梁)进行强度校核,对支架轴承、尾轴承以及曲柄销轴承进行静强度和疲劳强度校核,并对减速器的齿轮、轴进行校核,以确保零件设计的合理性。
其次,使用Pro/Engineer软件对抽油机各零部件进行三维建模,对比较复杂零件(如减速箱)的建模过程进行详细说明,并对渐开线齿轮进行参数化设计;同时说明模型装配理论即在计算机上创建装配模型,通过计算机模拟零件及装配器械在装配过程中的运动形态和空间位置关系,从而可在产品生产之前,检验零部件的可装配性,并可尽早发现装配过程中可能存在的问题,为制定高效而可靠的装配工艺提供决策依据,在此基础上,对C1824D-427-240型抽油机进行虚拟装配,并说明装配路径,然后对抽油机装配模型进行干涉检验,并生成工程图,验证了装配的可行性。
最后,在Pro/Engineer软件中对减速箱、支架、底座分别进行一定的简化,然后导入有限元分析软件ANSYS中进行静力学分析,根据结构的特性,对减速器选用Solid187单元进行计算,对支架和底座也选用Solid187单元进行计算,并说明单元理论。根据SY5044-2000《游梁式抽油机》标准中规定的计算模式,曲柄每转过15°出一组计算结果。这样便可计算出C1824D-427-240型常规抽油机受力的载荷谱,然后,在载荷谱中选取有代表性的计算点(当支架受力最为严重的时候),从而确定支架有限元分析的工况点和载荷谱,再将载荷谱输入SAPSP软件包进行计算。当冲次数n=4.0min-1,冲程长度S=6.0694m,泵径D=32mm时,该抽油机处于最不利工作工况,在此工况下,对减速箱、支架以及底座进行静力学分析,直观的展现了减速箱、支架和底座的位移图和应力图,同时得出所受到的最大应力、最大位移以及相应的节点,并验证其强度、刚度以及稳定性,为产品的安全使用提供了重要依据。
本文在抽油机设计中引入了三维设计以及有限元分析技术,增加了产品的可视性,提高了产品设计质量,缩短了开发周期,减少设计费用,为今后抽油机的改型和优化设计奠定了很好的基础。