本文關(guān)鍵詞：基于新型齒輪傳動(dòng)的抽油機(jī)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)性能分析　出處：《西安石油大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：抽油機(jī)是石油開(kāi)采的重要設(shè)備之一,本文在對(duì)目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的各種抽油機(jī)調(diào)研分析的基礎(chǔ)上,提出了改善抽油機(jī)的節(jié)能效果,應(yīng)著重從改進(jìn)結(jié)構(gòu)、采用節(jié)能電氣設(shè)備、采用節(jié)能元件和改變平衡方式等幾點(diǎn)著手�；谶@幾點(diǎn)節(jié)能理念,針對(duì)低產(chǎn)量油井提出了一種新型齒輪傳動(dòng)抽油機(jī)。并對(duì)抽油機(jī)的換向機(jī)構(gòu)提出了兩種方案,確定了新型齒輪傳動(dòng)抽油機(jī)的整體方案。進(jìn)而對(duì)選定的抽油機(jī)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)及分析,論文主要包括以下幾部分:首先,完成了新型抽油機(jī)電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和鋼絲繩的選型,并設(shè)計(jì)了不完全齒輪、齒條、天輪、機(jī)架、平衡重、移位機(jī)構(gòu)及往復(fù)架整體結(jié)構(gòu);對(duì)軸和不完全齒輪進(jìn)行了模態(tài)分析,得出一階固有頻率分別為79.11Hz和576.05Hz,高于抽油機(jī)的工作頻率,不會(huì)發(fā)生共振;對(duì)齒輪齒條嚙合進(jìn)行靜力學(xué)分析并對(duì)材料重新選擇;其次,建立了抽油機(jī)的三自由度含單側(cè)間隙碰撞的強(qiáng)迫振動(dòng)力學(xué)模型,選擇Hertz-damp碰撞模型對(duì)其模擬,利用MATLAB/Simulink數(shù)值求解,并討論了主要參數(shù)對(duì)最大碰撞力和速度的影響;之后,建立了抽油桿柱的一維波動(dòng)方程(吉布斯方程),給出其差分格式;對(duì)差分方程的邊界條件進(jìn)行討論,重點(diǎn)討論了新型抽油機(jī)桿柱運(yùn)動(dòng)波動(dòng)方程的上邊界條件;并編程求解常規(guī)抽油機(jī)和新型抽油機(jī)桿柱運(yùn)動(dòng)差分方程,得出了抽油桿的懸點(diǎn)示功圖;最后,分析了齒輪傳動(dòng)抽油機(jī)沖程、沖次、配套抽油泵泵徑和井液動(dòng)力粘度對(duì)抽油桿受力的影響,得出:隨著沖程、沖次和泵徑變大,抽油桿受力波動(dòng)范圍變大,且當(dāng)沖次變大時(shí),抽油桿上端所受交變載荷變化劇烈,不利于安全工作,因此新型抽油機(jī)適用于低沖次采油,并得出隨著井液動(dòng)力粘度的變大,抽油桿的應(yīng)力波動(dòng)范圍變小,這與常規(guī)抽油機(jī)的規(guī)律不同,主要是由于新型抽油機(jī)特殊的位移曲線。
[Abstract]:Pumping unit is one of the important equipment in petroleum exploitation. Based on the investigation and analysis of various pumping units used in the field at present, the paper puts forward the improvement of energy saving effect of pumping unit, and should focus on improving the structure. Using energy-saving electrical equipment, using energy-saving components and changing the balance of several points. Based on these ideas. A new type of gear drive pumping unit is proposed for low production wells, and two schemes for reversing mechanism of pumping unit are proposed. The whole scheme of the new type of gear drive pumping unit is determined. Then the selected pumping unit scheme is designed and analyzed. The paper mainly includes the following parts: firstly, the new pumping unit motor and reducer are completed. The selection of coupling and wire rope, and the design of incomplete gear, rack, sky wheel, frame, balance weight, shift mechanism and reciprocating frame overall structure; The modal analysis of shaft and incomplete gear shows that the first order natural frequencies are 79.11Hz and 576.05Hz respectively, which are higher than the operating frequency of pumping unit, and no resonance will occur. The static analysis of gear rack meshing and the re-selection of materials are carried out. Secondly, a three-degree-of-freedom forced vibration dynamic model with one side clearance is established, and the Hertz-damp collision model is selected to simulate the model. The effects of main parameters on the maximum collision force and velocity are discussed by using MATLAB/Simulink numerical method. Then the one-dimensional wave equation (Gibbs equation) of sucker rod string is established and its difference scheme is given. The boundary conditions of the difference equation are discussed, and the upper boundary conditions of the wave equation of the rod column motion of the new pumping unit are discussed. The difference equations of rod string motion between conventional pumping unit and new type pumping unit are solved by programming, and the hanging point dynamometer diagram of sucker rod is obtained. Finally, the effects of stroke, stroke, pump diameter and well fluid dynamic viscosity on sucker rod force are analyzed. It is concluded that the stroke and pump diameter become larger with stroke. The fluctuation range of sucker rod force is larger, and when the impact times become larger, the alternating load on the upper end of the sucker rod changes sharply, which is not conducive to safe operation, so the new pumping unit is suitable for low-impact oil recovery. It is concluded that the stress fluctuation range of the sucker rod becomes smaller with the increase of the dynamic viscosity of the well fluid, which is different from the rule of the conventional pumping unit, mainly because of the special displacement curve of the new pumping unit.
【學(xué)位授予單位】：西安石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TE933.1

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本文編號(hào)：1430895