论文部分内容阅读
[摘 要]目前在油田生产过程中，抽油机是采油最主要的设备，据统计， 我国目前抽油机采油井占80%左右， 采油量占总产量的75%以上。而大多数抽油机是以交流电动机作为其主要动力设备，通过皮带传动带动减速箱及曲柄连杆机构，把电动机的旋转运动转化为抽油杆的上、下往复式运动，从而将原油从地下提升到地面。
[关键词]抽油机；交流电动机
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0219-01
引言
目前在油田生产过程中，抽油机是采油最主要的设备，据统计， 我国目前抽油机采油井占80%左右， 采油量占总产量的75%以上。而大多数抽油机是以交流电动机作为其主要动力设备，通过皮带传动带动减速箱及曲柄连杆机构，把电动机的旋转运动转化为抽油杆的上、下往复式运动，从而将原油从地下提升到地面。
一、现状：
目前，油田常用的抽油机电动机主要有3种：分别是普通电机、永磁电机和双速电机，为了最大限度的节约电能，普遍使用了永磁电机替代普通电机。我们油田目前使用的永磁电机按照抽油机型号不同分别配备了30KW、22KW、18.5KW三种功率电机，其转速主要有2种，一种是750转/分钟，一种是500转/分钟。
在油井日常生产中，当发生光杆断、毛辫子断、蜡卡、油井不出油等情况需要维修或作业时，经常发生抽油机的驴头甩不下来现象（主要表现在22KW和18.5KW永磁电机）。现场通常采用更换大功率电动机或者使用吊车甩驴头的办法使驴头甩下来。----老办法
为什么甩不下来呢？下面我们具体分析驴头甩不下来原因。
* M曲柄=P曲柄/Ω曲柄角；
* Ω曲柄角= Ω输入轴皮带轮角/i减速箱传动比；
* Ω输入轴皮带轮角= V输入轴皮带轮线/R输入轴皮带轮；
* V输入轴皮带轮线=V电机皮带轮线；
* V电机皮带轮线=Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮。
其中：
* M曲柄为曲柄的旋转扭矩；
* P曲柄为曲柄旋转所需功率；
* Ω曲柄角为曲柄旋转角速度；
* Ω输入轴皮带轮角为减速箱输入轴皮带轮角速度；
* V输入轴皮带轮线为减速箱输入轴皮带轮线速度；
* R输入轴皮带轮为减速箱输入轴皮带轮半径；
* V电机皮带轮线为电机皮带轮线速度；
* Ω电机皮带轮角为电机皮带轮角速度；
* R电机皮带轮为电机皮带轮半径。
我们可以推导出：
* M曲柄
=P曲柄/ Ω曲柄角
= P曲柄/（Ω输入轴皮带轮角/i减速箱传动比）
= P曲柄/{（V输入轴皮带轮线/R输入轴皮带轮）/ i减速箱传动比}
= P曲柄/{（V电机皮带轮线/R输入轴皮带轮）/ i减速箱传动比}
= P曲柄/【{（Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮）/R输入轴皮带轮}/ i减速箱传动比】
* 即：M曲柄= P曲柄/【{（Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮）/R输入轴皮带轮}/ i减速箱传动比】
* 从公式中我们可以得出，其中P曲柄、R电机皮带轮、R输入轴皮带轮、i减速箱传动比四个值现场为定值， M曲柄（曲柄的旋转扭矩）与Ω电机皮带轮角（电机皮带轮角速度）成反比，即电机皮带轮启动角速度越大，传递给曲柄旋转扭矩越小
分析造成抽油机空载时驴头甩不下来的原因主要是永磁电机虽然节能效果好，但功率低、启动扭矩相对较小，在抽油机空载时，电机扭矩不足以举升抽油机平衡块的重量，从而出现驴头甩不下来的现象。----新问题
因此，研究改变抽油机减速箱的运行速度，以提升其扭矩输出，实现空载甩驴头成为我们的研究方向之一。
二、措施对策
针对普通10型抽油机使用22KW永磁电机空载时驴头甩不下来，而更换30KW永磁电机以后就可以甩下来的现象，按照电机扭矩计算公式：电机扭矩=9550*电机功率/电机转速 我们分别计算各型号电机扭矩如下：
我们选取了一台扭矩达到600的摆线针轮减速机，设计了可调节底座，将电动机的风扇拆下，与减速机相连，采用380V电源。使用时，将摆线针轮减速机与电动机相连后，启动减速机运行即可。
1、装置结构
摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位180的双偏心套在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构、两个摆线针轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道.并由摆线轮与针齿轮上一组环形捧列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套）.具体如图1：
2、装置工作原理
该装置的原理是将电机皮带轮启动角速度降低后，使传输给曲柄旋转扭矩增大，达到足以举升抽油机平衡块的重量的扭矩，从而成功将驴头甩下来。具体如下：
当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线针轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助w输出机构，将摆线针轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴从而获得较低的输出转速。（见图2）
3、生产现场应用
江苏油田花庄油田应用的三口油井参数分别为：
针对不同参数的三口井，装置应用均取得良好的效果。
三、经济效益评价
1、该减速装置成本为3500元，现场安装需要30分钟就可以解决驴头甩不下来的问题。
2、如果选择传统的方式进行更换大功率电机一般需要2小时以上，而且工人劳动强度很大。
3、如果使用吊车进行甩驴头操作，一次性吊车使用费最少4000元，同时因吊车数量有限，往往不能及时到达现场进行甩驴头操作，耽误作业时间，影响作业效率。
因此，不论是从成本上还是时间上，又或是工作量上衡量，都能为油田的稳定生产带来巨大助力。
采油队的工作比较繁杂，如何能省时省力又省事的高效完成手上的工作是目前我们所要面对的重要课题。针对目前江苏油田试采一厂的生产现状，笔者所设计出的这一套甩驴头装置不仅能在工作效率上得到显著的体现，还能从生产成本上有效的降低成本。在经过多次的试验后，该装置具有在江苏油田推广的价值。
[关键词]抽油机；交流电动机
中图分类号：TE933.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0219-01
引言
目前在油田生产过程中，抽油机是采油最主要的设备，据统计， 我国目前抽油机采油井占80%左右， 采油量占总产量的75%以上。而大多数抽油机是以交流电动机作为其主要动力设备，通过皮带传动带动减速箱及曲柄连杆机构，把电动机的旋转运动转化为抽油杆的上、下往复式运动，从而将原油从地下提升到地面。
一、现状：
目前，油田常用的抽油机电动机主要有3种：分别是普通电机、永磁电机和双速电机，为了最大限度的节约电能，普遍使用了永磁电机替代普通电机。我们油田目前使用的永磁电机按照抽油机型号不同分别配备了30KW、22KW、18.5KW三种功率电机，其转速主要有2种，一种是750转/分钟，一种是500转/分钟。
在油井日常生产中，当发生光杆断、毛辫子断、蜡卡、油井不出油等情况需要维修或作业时，经常发生抽油机的驴头甩不下来现象（主要表现在22KW和18.5KW永磁电机）。现场通常采用更换大功率电动机或者使用吊车甩驴头的办法使驴头甩下来。----老办法
为什么甩不下来呢？下面我们具体分析驴头甩不下来原因。
* M曲柄=P曲柄/Ω曲柄角；
* Ω曲柄角= Ω输入轴皮带轮角/i减速箱传动比；
* Ω输入轴皮带轮角= V输入轴皮带轮线/R输入轴皮带轮；
* V输入轴皮带轮线=V电机皮带轮线；
* V电机皮带轮线=Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮。
其中：
* M曲柄为曲柄的旋转扭矩；
* P曲柄为曲柄旋转所需功率；
* Ω曲柄角为曲柄旋转角速度；
* Ω输入轴皮带轮角为减速箱输入轴皮带轮角速度；
* V输入轴皮带轮线为减速箱输入轴皮带轮线速度；
* R输入轴皮带轮为减速箱输入轴皮带轮半径；
* V电机皮带轮线为电机皮带轮线速度；
* Ω电机皮带轮角为电机皮带轮角速度；
* R电机皮带轮为电机皮带轮半径。
我们可以推导出：
* M曲柄
=P曲柄/ Ω曲柄角
= P曲柄/（Ω输入轴皮带轮角/i减速箱传动比）
= P曲柄/{（V输入轴皮带轮线/R输入轴皮带轮）/ i减速箱传动比}
= P曲柄/{（V电机皮带轮线/R输入轴皮带轮）/ i减速箱传动比}
= P曲柄/【{（Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮）/R输入轴皮带轮}/ i减速箱传动比】
* 即：M曲柄= P曲柄/【{（Ω电机皮带轮角×R电机皮带轮）/R输入轴皮带轮}/ i减速箱传动比】
* 从公式中我们可以得出，其中P曲柄、R电机皮带轮、R输入轴皮带轮、i减速箱传动比四个值现场为定值， M曲柄（曲柄的旋转扭矩）与Ω电机皮带轮角（电机皮带轮角速度）成反比，即电机皮带轮启动角速度越大，传递给曲柄旋转扭矩越小
分析造成抽油机空载时驴头甩不下来的原因主要是永磁电机虽然节能效果好，但功率低、启动扭矩相对较小，在抽油机空载时，电机扭矩不足以举升抽油机平衡块的重量，从而出现驴头甩不下来的现象。----新问题
因此，研究改变抽油机减速箱的运行速度，以提升其扭矩输出，实现空载甩驴头成为我们的研究方向之一。
二、措施对策
针对普通10型抽油机使用22KW永磁电机空载时驴头甩不下来，而更换30KW永磁电机以后就可以甩下来的现象，按照电机扭矩计算公式：电机扭矩=9550*电机功率/电机转速 我们分别计算各型号电机扭矩如下：
我们选取了一台扭矩达到600的摆线针轮减速机，设计了可调节底座，将电动机的风扇拆下，与减速机相连，采用380V电源。使用时，将摆线针轮减速机与电动机相连后，启动减速机运行即可。
1、装置结构
摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位180的双偏心套在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构、两个摆线针轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道.并由摆线轮与针齿轮上一组环形捧列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构，（为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针齿套）.具体如图1：
2、装置工作原理
该装置的原理是将电机皮带轮启动角速度降低后，使传输给曲柄旋转扭矩增大，达到足以举升抽油机平衡块的重量的扭矩，从而成功将驴头甩下来。具体如下：
当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线针轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制之故，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助w输出机构，将摆线针轮的低速自转运动通过销轴，传递给输出轴从而获得较低的输出转速。（见图2）
3、生产现场应用
江苏油田花庄油田应用的三口油井参数分别为：
针对不同参数的三口井，装置应用均取得良好的效果。
三、经济效益评价
1、该减速装置成本为3500元，现场安装需要30分钟就可以解决驴头甩不下来的问题。
2、如果选择传统的方式进行更换大功率电机一般需要2小时以上，而且工人劳动强度很大。
3、如果使用吊车进行甩驴头操作，一次性吊车使用费最少4000元，同时因吊车数量有限，往往不能及时到达现场进行甩驴头操作，耽误作业时间，影响作业效率。
因此，不论是从成本上还是时间上，又或是工作量上衡量，都能为油田的稳定生产带来巨大助力。
采油队的工作比较繁杂，如何能省时省力又省事的高效完成手上的工作是目前我们所要面对的重要课题。针对目前江苏油田试采一厂的生产现状，笔者所设计出的这一套甩驴头装置不仅能在工作效率上得到显著的体现，还能从生产成本上有效的降低成本。在经过多次的试验后，该装置具有在江苏油田推广的价值。