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電機新聞

布環減速機運轉抬升游動式油機效能探討

 

1、非圓齒輪傳動游梁式抽油機工作原理

    由于非圓齒輪是一種變傳動比傳動機構,因此,若能在抽油機齒輪減速箱中安裝一對非圓齒輪,并適當設計其傳動比函數,就可通過改變游梁式抽油機的懸點運動規律來實現電動機輸出扭矩恒定或近乎恒定的目的,提高電動機效率和功率因數。

    為了達到上述目的,非圓齒輪嚙合副的傳動比i應按照要實現的電動機輸出扭矩要求來設計。假定非圓齒輪嚙合副中主動齒輪(靠近電動機一側)和從動齒輪(靠近抽油機曲柄一側)上作用的扭矩分別為M1和M2,則i12=M2/M1。其中,M1的數值恒定,是非圓齒輪嚙合副要實現的目標。只要M1恒定不變,它與主動齒輪的角速度1(恒定不變)的乘積(即電動機輸出功率)就恒定不變。這樣就實現了電動機恒功率輸出的目標,達到抽油機節能的目的。

2、非圓齒輪傳動型游梁式抽油機仿真分析

選取蘭州石油機械廠生產的CYJ104253HB型游梁式抽油機,采用常規減速箱和非圓齒輪減速箱時的運動和動力性能進行初步仿真計算對比分析,評價非圓齒輪傳動型游梁式抽油機的性能。

21計算工況

泵深:2000m;泵徑:44mm;動液面高度:1600m;油管規格:73mm;抽油桿柱組合:2550022100019500;沖程:42m;沖次:6次/min;井液重度:9000N/m3。

22計算方法

首先對工況進行如下簡化,不考慮上沖程油管內液柱體積變化;不考慮活塞自重;忽略游梁自重的影響,暫不考慮傳動效率影響。

設減速箱輸出軸中心至支架軸承中心連線為桿1,曲柄為桿2,連桿為桿3,游梁為桿4,則輸入連桿2的角速度為2(rad/s),其他桿長和轉角初始估計分別為1/r1/0,2/r2/90,3/r3/0,4/r4。利用矢量夾角的正弦和余弦函數可得到閉環矢量方程的2個分量表達式(求導再次求導對于抽油機的相關參數可以作如下計算。

懸點載荷曲柄扭矩抽油機功率

3、仿真計算與對比

31計算結果

1)常規齒輪傳動仿真結果懸點速度和加速度的最大、最小值分別為:Vmax=1344m/s,Vmin=-1501m/s,Amax=14731m/s2,Amin=-06852m/s2;曲柄最大工作扭矩1286kNm,最大平衡扭矩1188kNm,最大凈扭矩3901kNm,最小凈扭矩-29kNm.抽油機的最大電動機功率3212kW.

2)非圓齒輪傳動仿真結果

懸點速度和加速度的最大、最小值Vmax=08305m/s,Vmin=-1483m/s,Amax=03752m/s2,Amin=-2076m/s2;曲柄最大工作扭矩1336kNm,最大平衡扭矩1188kNm,最大凈扭矩3725kNm,最小凈扭矩-2003kNm;抽油機的最大電動機功率2762kW.

32結果對比

采用常規圓形齒輪傳動減速箱和非圓齒輪傳動減速箱時的主要性能參數對比表明,最大加速度降低,最小加速度絕對值增大;扭矩得到了較明顯的下降,最大凈扭矩了下降451,最小凈扭矩下降了309,提高了電動機功率輸出的穩定性,降低了抽油機電動機的能耗;電動機功率由3212kW降低至了2762kW,降低了1401.


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