Überlegungen zum dynamischen Drehmomenten-ausgleich von Tiefpumpenantrieben

摘要

Counterbalancing the torque at the gearbox, resulting from the load at the polished rod and the geometry of the unit, is still a significant design and operational problem. In this article well known crank-counterbalanced units are briefly described and a new unit, with an additional crank counterbalance system, is introduced. The counterweights on the cranks always create a sinusoidal torque distribution over one cycle. Applying the arithmetic method of non linear regression to the torque distribution, which results from the load at the polished rod, a most closely matching sinussoidal curve can be calculated. This curve shows the optimum phase angle and counterweight torque value and therefore a quick adjustment of the counterweights can be made. With the same arithmetic method, phase angle and counterweight value of the additional crank counterbalance is established. A comparison between a conventional unit and one with an additional counterbalance-system has shown, that in the second case, the acting gearbox torque is up to 50 % lower than in the first case. This allows the use of smaller gearbox and prime mover. From the technical point of view the additional counterbalance system is an excellent development enabling the acting-gearbox torque to be reduced. System set-up requires only a simple computer program and careful operator implementation.%Der Ausgleich des zyklisch schwankenden Antriebsdrehmomentes stellt für die Auslegung und den Betrieb von Tiefpumpenantrieben ein zentrales Problem dar. In der vorliegenden Arbeit werden einleitend die bekannten Antriebsbauarten mit dynamischem Drehmomentenausgleich beschrieben und eine neue Bauart mit zusätzlichem Ausgleich vorgestellt. Die Lasten am Pferdekopf verursachen an der Kurbel (Getriebeausgang) ein Drehmo- ment, das als Bruttodrehmoment bezeichnet wird. Das Ausgleichsdrehmoment zur Verringerung des Bruttodrehmomentes ist jenes Moment an der Kurbel, das durch die rotierenden Ausgleichsgewichte entsteht und stets einen sinusförmigen Verlauf hat. Die Anwendung des mathematischen Verfahrens der nichtlinearen Regression auf die Brutto-drehmomentenkurve ergibt eine bestmögliche Anpassung einer Sinuskurve an dieselbe. Damit ist die Phasenverschiebung und die Größe des optimalen Ausgleichsdrehmomentes gegeben (mit negativem Vorzeichen) und eine rasche Einstellung der Ausgleichsmassen auf den Kurbelarmen ist möglich (üblicher Ausgleich = Ausgleich 1). Mit derselben mathematischen Methode sind auch die Massen sowie die Phasenverschiebung eines zusätzlichen Ausgleiches einstellbar (Ausgleich 2).