新型无游梁机械换向抽油机系统研究

摘要

目前，我国油田大部分采用的抽油机可以分为游梁式和无游梁式。游梁式抽油机一直占据着主导地位，但是能耗大，冲程短，运动性能差一直是它无法克服的缺陷。只有无游梁式抽油机才能使抽油机的运动方式和平衡性能得到全面的改善，无游梁机主要有电机换向抽油机和链条抽油机，但是他们也都存在着相应的缺点。
　　针对这种情况，本文开展了对新型无游梁式长冲程机械换向抽油机的研制，通过由两组差速器以及其它齿轮组成的“换向减速机”来实现纯机械换向，钢丝绳缠绕在输出绳轮上，通过换向减速机实现输出绳轮的正反转，并且钢丝绳的两端分别连接抽油杆和平衡配重，输出绳轮的正反转带动钢丝绳、抽油杆及平衡配重运动，实现抽油机的上下冲程。本文根据新型机械换向抽油机的工作原理，完成了整体结构的设计，论证了新型机械换向抽油机结构设计的合理性，在此基础上，对节能效果进行分析，通过与传统游梁式抽油机效率进行对比，得出新型机械换向抽油机能够实现节能减排的功效。通过运用ANSYS软件对抽油机设备中的关键零部件进行强度分析，分析关键零部件的设计选择的合理性，并且在满足强度及尺寸的约束条件下进行优化改进，使抽油机整体质量减小，节约材料。对新型抽油机进行了动力学仿真分析。研究悬点随时间的变化规律，为验证抽油机的设计分析提供依据。本文对这种新型机械换向抽油机的研制，为设计能够成功适应更小的抽油系统提供了一个新的理论，为油田开发提供了的重要途径和节能方式。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．3．3 课题的应用价值

1．4 本章小结

第2章 新型机械换向抽油机方案设计与换向原理分析

2．1 差速器工作原理分析

2．2 新型抽油机的换向工作原理

2．3 制动系统的设计及验证

2．3．1 制动力矩计算分析

2．3．2 制动系统的使用寿命分析

2．3．3 制动器的安全性分析

2．4 本章小结

第3章 新型抽油机的性能分析

3．1 新型抽油机的运动学分析

3．2 新型抽油机的动力学分析

3．2．1 悬点静载荷分析

3．2．2 悬点动载荷分析

3．2．3 摩擦载荷分析

3．3 新型抽油机的效率节能分析

3．3．1 抽油机地面效率对比分析

3．3．2 抽油机井下效率对比分析

3．4 定轴轮系的省力分析

3．5 本章小结

第4章 基于ANSYS的关键零部件有限元分析

4．1 ANSYS软件基本构架

4．2 齿轮动态接触分析

4．2．1 齿轮模型建立

4．2．2 选择单元类型和材料常数

4．2．3 网格划分

4．2．4 定义接触

4．2．5 后处理分析

4．3 钢丝绳的有限元分析

4．3．1 钢丝绳的失效形式

4．3．2 钢丝绳三维模型的建立

4．4 钢丝绳应力应变分析

4．5 本章小结

第5章 新型抽油机基于ADAMS的仿真分析

5．1 虚拟样机技术发展与应用

5．2 抽油机实体建模

5．3 添加约束与驱动

5．4 钢丝绳的建模

5．5 仿真结果与分析

5．6 本章小结

第6章 关键零部件的结构优化设计

6．1 优化设计理念

6．2 齿轮优化数学模型的建立

6．2．1 设计变量的确定

6．2．2 状态变量的确定

6．2．3 目标函数的确定

6．2．4 约束条件的确立

6．2．5 优化方法的选择

6．2．6 指定优化循环控制方式

6．2．7 进行优化分析

6．2．8 查看设计序列结果

6．2．9 优化结果分析

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢