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沈陽理工大學應用技術學院
畢業(yè)設計(論文)開題報告
題 目 名 稱：API偏置抽油機設計
題 目 類 別：工程設計
院 （系）：機運學院
專 業(yè) 班 級：
學 生 姓 名：張建
指 導 教 師：張福/教授
開題報告日期： 4月12日
API偏置抽油機設計：RM912D-427-144
1、 題目來源
本題目來源于湖北省教育廳重點研究計劃項目“API系列偏置抽油機模塊化設計”研究項目的一部分。
2、研究目的和意義
本項目的研究目標為：確定44種API系列偏置抽油機的機構尺寸，對其進行模塊化分，在此基礎上，設計出44種API系列偏置抽油機的生產圖樣。本設計完成其中一個設計的內容。
本項目的研究意義： 近幾年來，隨著油田開采技術的不斷發(fā)展，對抽油機也提出了更高的要求，即深泵掛，大行程，節(jié)省能源。常規(guī)抽油機不具備上述技術要求，必須尋找新的替代產品。針對此問題提出了:API系列抽油機，該抽油機是指按照美國石油學會APISPEC11E《抽油機規(guī)范》設計、制造的系列常規(guī)及便置游梁式抽油機。它是在常規(guī)型游梁抽油機的基礎上研制而成的，整機具有結構簡單，操作方便生產成本低及節(jié)能效果好的優(yōu)點。
常軌型抽油機受到四桿機構的限制，游梁擺角不能過大，導致整機質量偏重，體積偏大。偏置式游梁抽油機是在常規(guī)型抽油機的基礎上經過優(yōu)化四連桿機構的幾何尺寸，優(yōu)化了平衡重的夾角，改變了平衡重的相位角而產生的一種新型的抽油機。通過平衡重在曲柄軸上產生的扭矩與懸點負載在曲柄軸上產生的扭矩相平衡，使抽油機運轉時峰值扭矩和峰值電流都有較大幅度的降低，從而達到節(jié)能的目的。
其特點是：①游梁采用短前臂、大擺角結構，既能滿足沖程長度要求，又可減小游粱截面面積．節(jié)省原材料。②該機在上沖程時連桿與游梁呈90工作，受力狀態(tài)好，在上沖程時．曲柄轉角大，動載小，峰值扭短小。③采用偏置型平衡結構．高效節(jié)能。
偏置式游梁抽油機滿足了現(xiàn)在油田的發(fā)展需求和當代所提倡的節(jié)能型產品的發(fā)展要求，提高了開采效率，降低了損耗同時節(jié)約了成本，為企業(yè)創(chuàng)造了更大的經濟效益，因此它有廣闊的發(fā)展前景
3、閱讀的主要參考文獻及資料名稱
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4、國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向
4.1國內現(xiàn)狀：
抽油機是有桿采油系統(tǒng)的地面裝置，主要分游梁式抽油機及無游梁式抽油機兩大類。無游梁式及各類節(jié)能型抽油機，大多具有沖程長、重量輕、能耗低等特點，但在可靠性及對野外環(huán)境的適應性方面遠遠不及游梁式抽油機。API SPEC11E《抽油機規(guī)范》是美國石油學會制定的抽油機標準，該標準較為科學地規(guī)定了44種偏置式抽油機的基本參數(shù)。可以滿足世界不同地區(qū)的需要。該標準根據美國石油學會多年的研究成果，對抽油機的設計計算、結構設計、制造工藝乃至外觀進行了詳細的規(guī)定。世界上許多國家將該標準作為抽油機生產、訂貨的依據。
前蘇聯(lián)、羅馬尼亞等國家各自制定了標準，但非常接近。
我國根據自己的國情，結合個國標準的長處，制定了自己的抽油機標準。由于歷史的原因，國內個廠家的抽油機在外觀及結構設計上更接近前蘇聯(lián)的抽油機。
國際貿易中抽油機需求地區(qū)一般是工業(yè)較不發(fā)達的地區(qū)，它們沒有本國的抽油機標準，大多數(shù)抽油機進口國如印尼、阿根廷、印度以及敘利亞、埃及等中東國家，均以API標準作為其訂貨的依據。在國際抽油機市場中，API抽油機占主導地位。
美國拉夫金公司是生產API抽油機的典型代表。拉夫金公司具有一百年的歷史，該公司產品80%以上為按API標準制造的常規(guī)游梁式抽油機。其產品質量好，使用壽命長，銷售網點遍布各地，是國際抽油機市場中強有力的競爭對手。
在國內，對抽油機進行模塊化設計和制造還是空白。我國抽油機是在國標規(guī)范下由各廠自行設計和仿制，雖然發(fā)展了很多機型，但品種雜亂，同一型號的抽油機，其尺寸和結構各廠也不相同（即使同一廠的產品也各有不同），企業(yè)生產成本居高不下，難以形成合理的生產規(guī)模，同時，由于品種雜，互換性差，給油田使用單位的生產和管理帶來極大不便。
基于此，為了更好地滿足國內抽油機制造廠家的要求，按照API標準規(guī)定的要求，設計出全套的偏置抽油機圖樣，就顯得更為重要。
4.2國外現(xiàn)狀：
抽油機是油田采油生產中常用的地面舉升設備，是采油井在自噴能力消失后，采用人工方式將油舉升到地面的設備。從抽油機總的發(fā)展趨勢看仍以游梁抽油機為主，同時向多樣化、超大載荷、長沖程；自動化、智能化；節(jié)能、無油梁長沖程方向發(fā)展。
在抽油機的制造方面，世界上已有100多家公司，主要集中在美國、俄羅斯、法國、加拿大、和羅馬尼亞等國家，其中美國抽油機品種齊全，技術水平先進，質量較好，應用范圍廣泛。目前世界上抽油機最大的下泵深度達，在美國Reno油田上使用。俄羅斯的抽油機下泵深度為。美國Lufkina公司制造的A系列前置式氣平衡抽油機最大載荷為。國外抽油機的制造企業(yè)也逐步向大公司靠攏，采用統(tǒng)一的技術生產，多種形式的無梁長沖程的抽油機的發(fā)展已日趨完善，抽油機自動化控制也被廣泛使用，各種節(jié)能機型得到普遍推廣，游梁式抽油機產品的系列化、標準化和通用化程度日益提高。
（1）自動化、智能化抽油機
抽油機自動化、智能化控制技術的發(fā)展是近幾年來抽油機技術進步的一個顯著特點，是成熟技術和高新技術集成化應用的具體體現(xiàn)。自動化抽油機具有實時測得油井運行參數(shù)，及時顯示個記錄并且通過計算機進行綜合計算與分析功能，推薦最優(yōu)工況參數(shù)、進一步指導抽油機以最優(yōu)工況進行抽油的特點而成為最具有發(fā)展前景的抽油機。目前世界上比較先進的有美國Baker、Delta-x、 APS和Nsco等公司生產的自動化抽油機。
美國的Delta-x公司研制了世界上第一臺智能型抽油機，效率高，動力消耗少，自動化程度高，與常規(guī)抽油機相比，具有以下特點：
①結構緊湊占地面積小。
②是一種無游梁長沖程抽油機，最大沖程長度大12.19m，沖程可根據需要進行調節(jié)。
③該抽油機具有防抽空和防液擊的功能；節(jié)能效果好，電動機消耗功率可減少10%到30%。
④沖次較低，運行較平穩(wěn)，動載荷較小，可減輕抽油機各種零件的機械磨損，提高抽油機的使用壽命。
⑤微處理機和電子控制器具有診斷功能，還配有示功器和數(shù)字顯示以及數(shù)字傳輸機構，可將信息輸入數(shù)據庫。此外微機還有記憶功能，記錄抽油機的抽汲情況，分析流動譜，以便對油田和油井及時做出決策，提高抽油機效率，降低采油成本，取得更好的抽油經濟效益。
美國的Baker公司開發(fā)的自動化抽油機具有多種保護功能，一旦某些運行參數(shù)超過允許值時，會自動報警停車。此外還配有泵抽空控制器，確保安全可靠的進行抽油。
（2）節(jié)能型抽油機
油田機械采油中，使用抽油機的油井占總數(shù)的82.1%，由于抽油機井的系統(tǒng)效率較低大量的能量（70%以上）在傳遞過程中損失掉，因此，國內外都在致力于發(fā)展節(jié)能型抽油機。國外在節(jié)能型抽油機研制方面投入較大，研制和應用了許多新型節(jié)能型抽油機，在采油實踐中，達到了節(jié)能、提高采油經濟效益的目的。比較典型的有：低矮型抽油機、前置式抽油機、前置式氣平衡抽油機、無游梁長沖程抽油機、輪式抽油機及偏置型抽油機等，其中美國在節(jié)能抽油機方面走在前列。
（3）無游梁長沖程抽油機
隨著采油工藝的發(fā)展，長沖程的抽油機得到研制和應用。長沖程抽油方式可以提高抽油泵的泵效10%到25%，如美國加福尼亞洲的一口油井將沖程改為沖程,日產量從提高到。目前長沖程抽油機已形成三大類：即增大沖程游梁抽油機、增大沖程無游梁抽油機和無游梁長沖程抽油機。
（4）大載荷抽油機
隨著個油田油氣資源的不斷開發(fā)，油層深度逐年增加，含水量也不斷增加，大泵提液采油工藝采用大型抽油機。
美國Lufkin公司生產C系列常規(guī)游梁抽油機最大載，M系列為；A系列為。
法國MaPe公司H系列液壓驅動無游梁長沖程抽油機最大載荷為199kN。
蘇聯(lián)最大載荷為，最大泵深度。
加拿大最大氣囊平衡抽油機在大載荷。
（5）特種抽油機
①連續(xù)抽油桿抽油機
在國外連續(xù)抽油桿抽油機的研究和應用，已經有多年的歷史，并進行了油田試驗。原蘇聯(lián)設計的鋼帶式連續(xù)桿抽油機是一種無游梁抽油機，在其滾筒上繞有細廠的鋼帶，鋼帶的一端固定在滾筒上，而另一端直接連接在井下具有特殊結構的抽油泵塞上。鋼帶在滾筒上卷繞和退繞使柱塞以一定的速度和運動范圍進行。上、下沖程的換向通過動力機的反轉來實現(xiàn)。該機沖程一般很長，一般40到。
② ROTAFLEX型皮帶抽油機
ROTAFLEX型皮帶抽油機是美國HLGHLAND公司專利產品。它是以一種純機械傳動的鏈條-皮帶抽油機，特別適合有桿泵的大排量深井提液，小泵提軸稠油開發(fā)。
4.3發(fā)展趨勢：
節(jié)能、增產、耐用，是抽油機技術發(fā)展的必然趨勢。人類面對資源環(huán)境壓力，問題已不是當初的可以抽油就行的使用理念，更不以圖的結構簡單就好。同其它機械一樣，隨著生產力的發(fā)展，原材料和工藝技術的進步，抽油機也應該與時俱進的創(chuàng)新。
4.4主攻方向：
要達到節(jié)能、增產、耐用這三重目標，必須面對機、電、井，從系統(tǒng)工程的角度研究實現(xiàn)方案，任何單一的改良，都很難取得實質性的進步。抽油機從表象看似一個很簡單的粗笨機械，其實不然，它涉及機械原理、力學、運動學、動力學、流體學的經典理論原理。它不光是實現(xiàn)自身的機械運動，更多的是關聯(lián)著地下油液的滲透特性和活塞泵的充滿度。它風吹、日曬、雨淋，是使用條件最苛刻的一種機械。它不僅只關聯(lián)自身的機械效率，而且更關聯(lián)油泵的充油效率。
5、主要研究內容、需重點研究的關鍵問題及解決思路
本項目的研究內容為：
1）、詳細推導偏置抽油機四連桿機構的在不同位置時的幾何關系、運動速度、加速度公式；
2）、詳細推導常規(guī)抽油機的承載機構受力計算公式、扭矩計算公式、扭矩因素及光桿位置因素計算公式 、平衡計算公式、電動機功率計算公式；
3）、在沖程(S)為，沖次數(shù)(n)為，泵徑(D)為 的工作工況下，計算該抽油機的幾何參數(shù)、運動參數(shù)、動力參數(shù)，并對抽油機的工作扭矩、平衡扭矩、凈扭矩、泵掛深度、理論日產量、實際日產量、有效沖程長度、電動機功率、扭矩因素、光桿位置因素進行計算，并上機計算；
4）、完成抽油機的結構設計，并對主要承載零件進行校核計算，對皮帶傳動裝置進行必要地設計；
（2）畢業(yè)設計(論文)的目標及具體要求
1）、抽油機總圖一張
2）、游梁總成圖、驢頭總成圖、曲柄平衡裝置總成、連桿總成、支架總成、底座總圖、橫梁總圖各一張
3）、零件圖若干張
本項目的研究難點是：
API系列偏置抽油機各個部件摸的劃分，如何減少模塊的數(shù)量將是最重要的問題？從而減少抽油機制作過程中的工況。
本項目的創(chuàng)新點：
創(chuàng)新點在于首次將模塊化設計技術用于API偏置抽油機的設計。不僅大幅度地提高產品的設計質量、減少制造工裝的數(shù)量；同時，降低產品的設計周期和成本。對于其他系列產品的設計具有重要的指導意義。
本項目的技術關鍵：
其關鍵在于API系列偏置抽油機四桿機構尺寸的優(yōu)化設計以及虛擬制造技術在抽油機設計中的應用。系列四桿機構尺寸的確定直接決定了模塊分割的合理性以及模塊數(shù)量的多少。虛擬制造技術的應用成功與否則決定了產品設計周期能否真正減少以及設計輸出能否直接有效地用于生產。
6、完成畢業(yè)設計所必須具備的工作條件及解決辦法
工具書：
《采油機械設計計算》萬邦烈著
《機械設計手冊》 石油工業(yè)出版社
SY/T5044—2000《游梁式抽油機》技術規(guī)范
計算機輔助設計軟件：
機械autoCAD、InterCAD、ANSYS靜力學分析軟件及PRO/E三維造型軟件等
7、工作的主要階段、進度與時間安排
畢業(yè)設計起止時間：
2007年3月25日~2007年6月15日
2007年3月26 日--2007年4月1 日：外文資料翻譯
2007年4月2 日--2007年4月8 日：偏置抽油機設計計算
2007年4月9 日--2007年4月15日：撰寫畢業(yè)論文開題報告及文獻綜述報告
2007年4月16 日--2007年5月27日：完成圖紙
2007年5月27 日--2007年6月15日：寫論文
8、指導教師審查意見