【摘要】：有桿抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)的抽油泵采油是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械采油技術(shù),但是傳統(tǒng)的柱塞或活塞抽油泵效率低下、適應(yīng)范圍窄,對(duì)某些惡劣的抽油環(huán)境不適應(yīng),特別是隨著地下油田的不斷開(kāi)采,出現(xiàn)了高含水、高含砂以及稠油井,甚至造成采油系統(tǒng)的提前報(bào)廢。而用螺桿泵采油能夠有效的克服上述缺點(diǎn),特別適應(yīng)于對(duì)高含砂以及稠油井的開(kāi)采。為此,本文將傳統(tǒng)的往復(fù)上下直驅(qū)式的有桿抽油機(jī)與新型的桿螺桿泵結(jié)合,提出并設(shè)計(jì)一種基于抽油桿驅(qū)動(dòng)的直旋螺桿泵。論文基于有桿抽油機(jī)提出了直旋螺桿泵的結(jié)構(gòu),通過(guò)價(jià)值分析原理對(duì)直旋螺桿泵進(jìn)行性能價(jià)值分析與評(píng)價(jià),從而選擇性能價(jià)值最好的直旋螺桿泵進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)性能仿真分析。論文主要工作為:(1)以游梁式抽油機(jī)為例介紹了有桿抽油機(jī)的主要組成,以及傳統(tǒng)活塞(柱塞)式抽油泵的工作原理,分析了傳統(tǒng)活塞泵或柱塞泵工作在“空抽”狀態(tài)以及抽汲含氣、含砂油和稠油時(shí),使泵效率降低,以及可能損壞抽油泵零部件或設(shè)備的原因。進(jìn)而基于直旋動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了直旋單向旋轉(zhuǎn)的單螺桿泵,以及直旋往復(fù)旋轉(zhuǎn)的螺桿泵結(jié)構(gòu)方案。(2)基于價(jià)值工程原理建立了直旋螺桿泵設(shè)計(jì)方案的性能價(jià)值指標(biāo)體系、權(quán)重集以及性能價(jià)值的評(píng)價(jià)模型,并針對(duì)單向旋轉(zhuǎn)直旋單螺桿泵、單向旋轉(zhuǎn)直旋雙螺桿泵、往復(fù)旋轉(zhuǎn)直旋單螺桿泵以及往復(fù)旋轉(zhuǎn)直旋雙螺桿泵的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行了性能價(jià)值評(píng)價(jià)�；谠u(píng)價(jià)結(jié)果選擇了性能價(jià)值最高的直旋螺桿泵作為計(jì)算分析的具體結(jié)構(gòu)方案。(3)介紹了基于性能價(jià)值評(píng)價(jià)所選擇的螺桿泵主要零部件結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn);建立了往復(fù)旋轉(zhuǎn)雙螺桿泵的性能特性曲線,對(duì)直旋動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿泵本體、同步齒輪傳動(dòng)裝置等直旋螺桿泵的主要零部件,進(jìn)行了理論機(jī)理分析和詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算。(4)建立了基于抽油桿直驅(qū)的直旋往復(fù)旋轉(zhuǎn)雙螺桿泵系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型;將系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為狀態(tài)空間法描述的仿真模型,并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,分析抽油桿及螺桿泵的運(yùn)動(dòng)速度、加速度以及螺桿泵轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等動(dòng)力學(xué)特性的變化規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TE933.3
【圖文】：

抽油桿上下往復(fù)直線驅(qū)動(dòng)抽油泵抽油系統(tǒng)稱為有桿抽油機(jī)抽油系統(tǒng)。有桿抽油機(jī)抽油逡逑系統(tǒng)主要由抽油機(jī)、抽油桿及抽油泵、環(huán)形套管以及井口裝置等組成。抽油機(jī)是深井有桿逡逑泵采油的地面主要設(shè)備。常見(jiàn)的抽油機(jī)是游梁式抽油機(jī)，由其組成的抽油系統(tǒng)如圖２．１所逡逑／Ｊｎ邋0逡逑－＊—６逡逑邐５逡逑—４逡逑３逡逑（＝＝）逡逑卜油層：２－抽油泵：３－油管：４－賽管：５－抽油桿；６－動(dòng)液面：７－井口：邐８－計(jì)貴站：９－輸油管：１０－驢頭：ＩＩ－游梁：１２－連桿：逡逑１３－曲柄；１４－減速箱：１５－電動(dòng)機(jī)逡逑圖２．１游j式抽油機(jī)抽油系統(tǒng)工作原理圖逡逑游梁式抽油機(jī)，主要由電機(jī)、游梁－連桿－曲柄機(jī)構(gòu)、減速器、平衡重等部分組成。工逡逑作時(shí)，電機(jī)通過(guò)減速器將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為曲柄軸的低速轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過(guò)連桿經(jīng)橫梁帶逡逑動(dòng)游梁和平衡重作上下往復(fù)擺動(dòng)，游梁前端的“驢頭”為圓弧狀，使掛在“驢頭”上的懸繩器逡逑的鋼索總是垂直牽引抽油桿柱作ｔ沖程和下沖程的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)�！绑H頭”通過(guò)鋼索拖動(dòng)抽逡逑油（光）桿上下運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)gc油泵gc汲石油到地面�！绑H頭”及其驅(qū)動(dòng)的抽油桿和抽油泵逡逑總成方與平衡重方的運(yùn)動(dòng)方向相反，且雙方力矩基本相等。一方勢(shì)能增加（升高）時(shí)，正逡逑好吸收另一方減少（降低）的勢(shì)能，以達(dá)到節(jié)能的效果。此時(shí)電機(jī)所輸出的功率主要消耗逡逑在機(jī)械摩擦耗能和提升油液的抽汲勢(shì)能上，故這類(lèi)抽油機(jī)效率比較高。逡逑２．２基于抽油桿直驅(qū)的活塞（柱塞抽油）泵逡逑２．２．１活塞（柱塞）抽油泵的工作原理逡逑基于有桿抽油系統(tǒng)的傳統(tǒng)的抽油泵主耍為活塞（或柱塞）式抽油泵

逑抽油泵、防砂泵、防氣泵、抽稠泵、斜井泵以及深gc泵等，目前應(yīng)用最廣泛的是常規(guī)抽油逡逑泵，也是最基礎(chǔ)的抽油泵。主要用于一般油井的石油抽汲，其原理如圖２．２所示。逡逑抽油桿Ｌ逡逑｜排汕球閥｜逡逑ｉｍｒ逡逑上沖程邐１進(jìn)油球閥廣邐下沖ｓ逡逑圖２．２活塞式抽油泵工作過(guò)程逡逑當(dāng)抽油機(jī)工作在上沖程時(shí)，抽油桿帶動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，在活塞及排油球閥上腔（桿管逡逑環(huán)空）內(nèi)的油液作用下使排油球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，活塞及排油球閥下腔的泵腔容積逐漸增逡逑大，其內(nèi)壓力隨之逐漸降低而形成真空狀態(tài)。在真空負(fù)壓作用下，進(jìn)油球閥打開(kāi)，油液通逡逑過(guò)進(jìn)油閥閥孔進(jìn)入到泵腔內(nèi)，而活塞及排油球閥上方桿管環(huán)空內(nèi)的液體就被不斷地舉升到逡逑地面上來(lái)。逡逑當(dāng)抽油機(jī)工作在下沖程時(shí)，抽油桿帶動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，活塞及排油球閥下腔內(nèi)的油液逡逑壓力升高，立即將進(jìn)油球閥關(guān)閉，在活塞下腔內(nèi)液柱壓力大于上腔內(nèi)液柱壓力時(shí)，排油球逡逑閥打開(kāi)，泵內(nèi)油液在壓力差作用下通過(guò)排油球閥流入活塞上部，進(jìn)而使泵排出油液。逡逑抽油泵工作一個(gè)抽油周期就是活塞上下沖程往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次。這樣周而復(fù)始地連續(xù)不斷逡逑將油液舉升到地面上來(lái)。逡逑２．２．２活塞（柱塞）泵在抽油系統(tǒng)中存在的問(wèn)題逡逑在新開(kāi)的油井中

為解決傳統(tǒng)柱塞（活塞）泵存在的上述問(wèn)題，其工作原理是將抽油桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)逡逑變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以抽汲石油。本論文提出基丁邋？抽油桿直驅(qū)的螺打gc逡逑油泵是一種新型的直旋螺桿泵，抽油桿直驅(qū)的螺桿泵傳動(dòng)系統(tǒng)如圖２．３所示。系統(tǒng)由抽油逡逑桿、滾珠花鍵螺旋軸、滾珠花鍵導(dǎo)軌套、滾珠螺旋套、方向控制離合器以及螺桿泵轉(zhuǎn)子等逡逑組成。gc油桿在抽油機(jī)驅(qū)動(dòng)下做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，滾珠花鍵螺旋軸上開(kāi)有沿橫截面圓周均勻逡逑分布的多頭（３？６頭）花鍵直線導(dǎo)軌滾道槽，以及與其交叉的多頭（３？６頭）滾珠螺旋滾逡逑道槽。由滾珠花鍵螺旋軸、滾珠花鍵導(dǎo)軌套、滾珠螺旋套、方向控制離合器以及花鍵滾珠逡逑和螺旋滾珠等組成滾珠直旋動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在靠近抽油桿附近處的滾珠花鍵導(dǎo)軌套作用逡逑下，通過(guò)球形滾珠防止?jié)L珠花鍵螺旋軸轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使其沿導(dǎo)軌做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。做往復(fù)直線逡逑運(yùn)動(dòng)的滾珠花鍵螺旋軸，通過(guò)其螺旋滾道槽作用球形滾珠驅(qū)動(dòng)滾珠螺旋套往復(fù)旋轉(zhuǎn)。若滾逡逑珠螺旋套往復(fù)旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)螺桿泵轉(zhuǎn)子往復(fù)旋轉(zhuǎn)抽汲石油，則螺桿泵為直旋往復(fù)旋轉(zhuǎn)螺桿逡逑泵；若往復(fù)旋轉(zhuǎn)的滾珠螺旋套帶動(dòng)方向控制離合器驅(qū)動(dòng)并控制螺桿泵轉(zhuǎn)子中向旋轉(zhuǎn)gc汲石逡逑油，則螺桿泵為直旋單向旋轉(zhuǎn)螺桿泵。逡逑￣￣．逡逑Ｉ－抽油桿２－滾珠花鏈螺旋軸３－滾珠花鍵導(dǎo)軌套逡逑４－滾珠螺旋轉(zhuǎn)旋垶５－方向控制離合器６－螺桿泵轉(zhuǎn)子逡逑圖２．３螺桿泵滾珠直旋傳動(dòng)系統(tǒng)逡逑在有桿抽油機(jī)抽油系統(tǒng)圖２．丨中，只需將傳統(tǒng)的活塞（或柱塞）泵置換成直旋螺桿泵逡逑即可

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