毕业论文抽油机设计

毕业论文抽油机设计（精选8篇）

毕业论文抽油机设计 第1篇

抽油机论文：抽油机载荷模拟装置的设计

【中文摘要】在当今社会的发展中,保护环境、节约能源越来越引起每个人的关注,并且已有很多国家上升到了政治的高度,如我国在“十一五”规划中已明确提出节能减排的目标。在此大环境下,耗能大户——油田机械纷纷身先士卒。本课题是为了通过对建立的游梁式抽油机载荷模拟装置的模拟,进而得到抽油机在近似实际工况下的各种数据,从而方便于游梁式抽油机节能方案的改进。本文采用了虚拟制造的方法,通过对设计的模型进行建模、装配、最后导入Adams虚拟环境中进行运动学和动力学仿真,利用现场采集数据的复现验证设计方案的可行性。本课题的研究内容如下：首先：简要分析了抽油机载荷模拟装置的与现状,重点分析了抽油机的悬点载荷(包括类型及其特性)和抽油机悬点的运动规律,并通过了Adams的运动学仿真,对其运动有更形象的了解；通过matlab进行计算,使其从理论上得到了验证。其次：分析现有的载荷模拟方案及其各模拟装置的优缺点,进而提出了自己的改进方案,并通过比较得出可行的最终方案：飞轮和磁粉离合器、磁粉制动器共同控制的载荷模拟方案。然后：根据确定的方案进行模型的设计、选型。包括拖动电动机、磁粉离合器、磁粉制动器...【英文摘要】Along with the development of society, environment protection and energy saving,which have been risen to a political level in many countries, are attracting

everyone’s attention.For example, our government has made clear in the eleventh five-year development guidelines the goal of conserving energy and reducing emission.Under this condition, pumping unit used in oil-field, which consumes a lot of energy are innovating for less energy consumption.By simulating the load simulator of beam-pumping unit, t...【关键词】抽油机 载荷模拟 选型 仿真

【英文关键词】Pumping Units Load Simulation Model Choosing Simulation 【目录】抽油机载荷模拟装置的设计4-5Abstract5-6

中文摘要

1.1 课题

第1章 引言9-14研究的背景9-1111-1

21.2 抽油机载荷模拟的研究现状

第2章 常规型游梁式2.2 抽油机示功图

2.3.1 抽油机1.3 主要研究内容12-1

42.1 概述14-15抽油机14-3015-172.3 抽油机悬点载荷分析17-20

2.3.2 抽油机悬点动载荷悬点静载荷17-1818-19规律20-2424-27结29-3030-382.3.3 摩擦载荷19-202.4 抽油机悬点的运动

2.5 基于ADAMS的运动学仿真分析2.6 抽油机悬点载荷的传递转换27-29第3章 抽油机载荷模拟原理与方案3.1 抽油机载荷模拟方案分析30-3

53.1.2 斜面重物加载31-32

3.1.1 吊3.1.3 2.7 小挂重物加载30-

31电阻尼加载32加载33(一)33-34(二)34-35

3.1.4 水井模拟加载32-333.1.5 液压3.1.6 磁粉制动器、磁粉离合器加载3.1.7 磁粉制动器、磁粉离合器加载3.2 抽油机载荷模拟方案35-37

3.2.1 载

3.3 荷模拟方案A35-36小结37-3838-61选择38-39

3.2.2 载荷模拟方案B36-37

第4章 载荷模拟装置部件的选型4.1 驱动装置的选型38-40

4.1.1 拖动电机的4.2 加4.2.2

4.1.2 飞轮驱动电机的选择39-40

4.2.1 飞轮的选择40-42

4.2.3 磁粉离合器的选型载装置的选型40-46磁粉制动器的选型42-4444-464.3 扭矩传感器的选型46-484.4 其他传动部

4.4.2 件的选型48-59轴的设计55-5960-61

4.4.1 齿轮的设计与校核48-554.5 联轴器的选择59-60

4.6 小结5.1 建立仿第5章 载荷模拟装置的仿真61-72

5.2 模型在ADAMS中的仿真真所需模型61-6262-69结71-725.5 仿真数据和实测数据的对比69-71第6章 总结与展望72-73

5.6 小

致谢73-74参考文献74-76

毕业论文抽油机设计 第2篇

曲轴是发动机上的一个重要的旋转机件，装上连杆后，可承接活塞的上下(往复)运动变成循环运动。曲轴主要有两个重要加工部位：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。发动机工作过程就是：活塞经过混合压缩气的燃爆，推动活塞做直线运动，并通过连杆将力传给曲轴，由曲轴将直线运动转变为旋转运动。而曲轴加工的好坏将直接影响着发动机整体性能的表现。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，有两个重要部位：主轴颈，连杆颈。本次采用球墨铸铁QT600-2.设计的主要就是这两方面的在数控机床的加工。集合多种的曲轴加工后，深入分析了曲轴的加工工艺。

关键词：曲轴

主轴劲

连杆劲

数控加工。

一

曲轴的根底信息

1.1曲轴的作用

曲轴是汽车发动机中的重要零件，它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其它辅助装置。

曲轴在工作时，受气体压力，惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度，具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。

1.2曲轴的结构及其特点

图1-1

曲轴的结构图

曲轴一般由主轴颈，连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。一个主轴颈、一个连杆轴颈和一个曲柄组成了一个曲拐，曲轴的曲拐数目等于气缸数(直列式发动机)；V型发动机曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。

主轴颈是曲轴的支承局部，通过主轴承支承在曲轴箱的主轴承座中。主轴承的数目不仅与发动机气缸数目有关，还取决于曲轴的支承方式。

连杆轴颈是曲轴与连杆的连接局部，在连接处用圆弧过渡，以减少应力集中。

曲柄是主轴颈和连杆轴颈的连接局部，断面为椭圆形，为了平衡惯性力，曲柄处铸有(或紧固有)平衡重块。平衡重块用来平衡发动机不平衡的离心力矩，有时还用来平衡一局部往复惯性力，从而使曲轴旋转平稳。

曲轴前端装有齿轮，驱动风扇和水泵的皮带轮以及起动爪等。为了防止机油沿曲轴轴颈外漏，在曲轴前端装有一个甩油盘，在齿轮室盖上装有油封。曲轴的后端用来安装飞轮，在后轴颈与飞轮凸缘之间制成挡油凸缘与回油螺纹，以阻止机油向后窜漏。

1.3曲轴的主要技术要求分析

〔1〕.主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即尺寸公关等级IT6，外表粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。轴颈长度公差等级为IT9～IT10。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差之半。

〔2〕.位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速曲轴为0.025mm，中大型低速曲轴为0.03～0.08mm。

〔3〕.各连杆轴颈的位置度不大于±20′。

1.4曲轴的材料和毛坯确实定

曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易门生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载曲轴，可采用40Cr、42Mn2V等材料。

1.5曲轴的机械加工工艺过程

曲轴的尺寸精度、加工外表形状精度以及位置精度的要求都很高，但刚性比拟差，容易产生变形，这就给曲轴的机械加工带来了很多困难，必须予以充分的重视。

曲轴需要加工的外表有：主轴颈、连杆轴颈、键槽、外圆。由于使用了工艺搭子，铣键槽安排在切除工艺搭子后，磨削外圆安排在保存工艺搭子前。

根据曲轴的结构特点及机械加工的要求，加工顺序大致可归纳为：铣两端面；车工艺搭子和钻中心孔；粗、精车三连杆轴颈；粗、精车各处外圆；精磨连杆轴颈、主轴颈和外圆；切除工艺搭子、车端面、铣键槽等。

1.6曲轴机械加工工艺根本路线

（1）

根底锻造

（2）

热处理

（3）

铣两端面

（4）

车两端工艺搭子外圆

（5）

钻主轴颈中心孔

（6）

钻连杆轴颈中心孔

（7）

检验

（8）

粗车连杆轴颈

（9）

精车连杆轴颈

（10）

车工艺搭子两端面

（11）

粗车各处外圆

（12）

精车各处外圆

（13）

检验

（14）

磨削连杆轴颈外圆

（15）

磨削主轴颈

（16）

磨削外圆

（17）

磨削φ20

0

-00.021mm外圆

（18）

检验

（19）

车掉两端工艺搭子

（20）

车两端面

（21）

铣键槽

（22）

倒角

（23）

去毛刺

（24）

最后检验

二

曲轴的机械加工工艺过程分析

2.1曲轴的机械加工工艺特点

三拐曲轴除了具有轴的一般加工规律外，也有它的工艺特点，主要包括形状复杂，刚性差及技术要求高，针对这些特点应采取相应的措施

2.2曲轴的机械加工工艺特点分析

〔1〕该零件是多拐小型曲轴，生产批量不大，应选用中心孔定位，它是辅助基准，装夹方便，节省找正时间，又能保证三处连杆轴颈的位置精度。但轴两端的轴颈比例不再统一圆周上，故不能直接在轴端面上钻三对中心孔。于是，在曲轴毛坯制造时，预先铸造两端的工艺搭子，这样就可以在工艺搭子上钻出四对中心孔，到达用中心孔定位的目的。

〔2〕在工艺搭子端面上钻四对中心孔，先以两主轴颈为粗基准，钻好主轴颈的一对中心孔；然后以这一对中心孔定位，以连杆轴颈为粗基准划线，再将曲轴放到回转工作台上，加工φ32mm、圆周120°均布的三个连杆轴颈的中心孔，这样就保证了它们之间的位置精度。

〔3〕该零件刚性较差，应按先粗后精的原那么安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工三个连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可以防止一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴加工精度。

〔4〕由于使用了工艺搭子，铣键槽工序安排在切除中心孔后进行，故磨外圆工序必须提前在还保存工艺搭子中心孔时进行，同时要注意防止已磨好的外表被碰伤。

2.3曲轴主要加工工序分析

〔1〕铣曲轴两端面,钻中心孔

本工序在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量，假设端面不平那么中心钻上的两切削刃的受力不均，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原那么。中心孔除影响曲轴质量分布外，它还是曲轴加工的重要基准贯穿整个曲轴加工始终。因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外外表作为基准，因而毛坯外外表质量好坏直接影响孔的位置误差。

〔2〕曲轴主轴颈的车削

由于曲轴年产量不大，主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质合金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。

〔3〕曲轴连杆轴颈的车削

主轴颈及其它外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位〔两连杆轴颈轴线需要控制在180度+30度或180度—30度〕以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具体为一对用以定位的V型块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠中间的定位销定位并连接，接盘在过渡接盘上靠棱形定位销可转180度，依次车削两个连杆轴颈。V型块中心与车床主轴线距离一个曲轴半径。车削过程中，一端与曲轴主轴颈定位并夹紧，另一端靠偏中心座夹紧，中心座上钻有中心孔，中心孔偏心距同样为一个曲轴半径。用顶尖顶紧中心孔，这样就能保证连杆轴颈轴线与车床主轴线一致。安装夹具体的接盘上有平衡块，消除曲轴旋转时不平衡力矩的生。曲轴加工时由于受到离心力和两顶尖的轴向压紧偏心力的作用，容易发生弯曲变形，为了加强工件刚度，用撑杆来撑住另一个曲拐的开移。车削连杆轴颈时为了使切削力不致于太大，每次车削余量控制在1~1.5mm内，同时车床旋转不能太高，刀具采用高速钢。

〔4〕键槽加工

这个键槽主要用于飞轮，加工此键槽应安排在主轴颈精车工序之后，这样能保证定位精度及控制键槽的深度以及对称度。键槽加工是以两主轴颈定位，同样用专用夹具在普通铣床上进行。

〔5〕轴颈的磨削

由于主轴颈及连杆轴颈精度较高，尺寸精度为IT6级，外表粗糙度1.6~0.8μm，并且具有较高的形状精度及位置精度。因此主轴颈与连杆轴颈精车后要进行磨削，以提高精度外表粗糙度。

在工艺设计中，首先磨主轴颈然后磨连杆轴颈。中间主轴颈磨好后才能磨其余轴颈，磨主轴颈和连杆轴颈的安装方法根本上与车轴颈相同，磨主轴颈是以中心孔定位，在外圆磨床上进行，磨连杆轴颈那么以经过精磨的两端主轴颈定位，以保证与主轴颈的轴线距离及平行度要求，磨连杆轴颈是在曲轴磨床上进行的。

由于轴颈宽度不大，采用横向进给磨削法，生产率较高，磨轮的外形需仔细地修整，因为直接影响轴颈与圆角的形状，磨削余量根据车削后的精度而定，粗磨余量值每边0.2~0.3mm，精磨余量控制在0.1~0.15

mm内。

在横向进给磨削中，磨轮对工件的压力很大，为防止曲轴弯曲，采用可以调节的中心架，否那么就不能去掉上道工序留下的弯曲度，最好待这个轴颈的摆差减小才开始使用中心架。

磨削主轴颈时应把两顶尖孔倒角处抹干净，去砂粒及油泥，确保加工基准——中心孔的精度，磨削工序之前必须修研中心孔。

三

机械加工余量、工序尺寸及公差确实定

3.1曲轴主要加工外表的工序安排

曲轴的主要加工外表为主轴颈、连杆轴颈、各外圆；次要加工外表为两端面、键槽。此外，还有还有检验、清洗、去毛刺等工序。

连杆各主要外表的工序安排如下：

〔1〕、主轴颈：粗车、精车、磨削；

〔2〕、连杆轴颈：粗车、精车、磨削；

3.2确定工时定额

粗车七个连杆轴颈至φ。

〔1〕

被吃刀量：取=1mm，〔2〕

进给量f：取。

〔3〕

机床主轴转速:

取n=600r/min

〔4〕

切削速度：

〔5〕

计算切削工时：被切削层长度=3×22=66mm，因为粗车走刀两次，故tm=0.44min

精车三个连杆轴颈至φ24.50-0.033。

〔1〕

被吃刀量：取=0.65mm，〔2〕

进给量f：取f=0.3mm/r

〔3〕

机床主轴转速:

取n=800r/min

〔4〕

切削速度：

〔5〕

计算切削工时：被切削层长度=3×22=66mm，因为粗车走刀两次，故tm=0.55min

四

附录设备刀具

工序号

工序名称

设备名称型号

夹具、刀检具及辅具

005

铣端面

双面铣床

010

划线

可调V型架

015

打中心孔

中心孔钻床

可调中心架

020

粗车法兰外圆

C630

025

粗车主四

C630

030

粗磨主四

MQ8260

P900x38x305A46#P5V

035

车主颈及大小头

S1-206

卡瓦、成型车刀

040

粗磨主颈及小头

MQ8260

砂轮

045

精车大头

CA6140

050

车小头平端面

C3180

锥柄钻花

055

钻大头孔

C3180

锥柄麻花钻

060

铣定位面

065

车外端连颈

S1-217

卡瓦、成型车刀

070

车第二区连颈

S1-217

卡瓦、成型车刀

075

车中心区连颈

S1-217

卡瓦、成型车刀

080

粗磨连颈

MQ8260

三等分夹具、砂轮

085

半精磨小头

MQ8260

090

钻直油孔

Z35A

钻直油孔钻模

095

钻斜油孔

油孔钻床

钻斜油孔钻模

精磨主颈

MQ8260

砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板

精磨法兰

MQ8260

砂轮、修整器、中心架、千分尺、卡板

精磨连颈

MQ8260

砂轮、修整器、中心架、三等分夹具、中心高检具

115

探伤及退磁

JDC-900

120

氮化前抛光

砂纸150#

125

检验

130

校直

Y41-63

V型块

135

氮化

140

修中心孔、倒角

CA6140

145

精磨小头

MQ8260

表架、主一长度检具

150

精车轴承孔

CA6140

内径量缸表、校对规

155

钻法兰孔

Z35A

钻模、钻花、丝攻

160

铣键槽

X62W

铣键槽夹具

165

去毛刺

电开工具

170

油孔口抛光

橡胶锥及砂纸180#

175

动平衡及去重

动平衡机、Z35A

钻花

180

氮化后抛光

砂纸180#

185

检验

190

清洗、上蜡、包装

清洗机

柴油、清洗液、蜡

五

工序分析

〔1〕铣端面工序有两个作用：保证曲轴的总长；保证中心孔的质量。假设端面不平，那么中心钻上两个切削刃的受力不均，钻头引偏而折断。这也是“先面后孔〞原那么的具体应用。

〔2〕中心孔的重要性：中心孔除影响曲轴的质量分布外，它的重要性还在于它是曲轴加工的重要精基准，直接影响曲轴的加工精度，因此中心孔必须满足其质量要求。但工件经过粗加工后，中心孔的精度往往不可防止地受到影响，所以在精加工之前，必须对中心孔进行修研，确保符合其技术要求。可用油石或橡胶砂轮修研。

〔3〕打中心孔是采用找出曲轴的几何中心来代替质量中心，是以毛坯的外表作为基准。毛坯外表光洁圆整，那么打出的中心孔位置误差就小。

〔4〕按照S1-206车床的工装结构，必须先粗车和粗磨主颈四。主颈四是加工长度尺寸的一个基准，其两侧扇板的厚度应分均匀，否那么极易使整根曲轴的轴向尺寸发生偏移，即单边，致使曲轴各扇板厚度不一而致废。

〔5〕因曲轴刚度差，故车主轴颈的工序，采用前后刀架同时横向进给的S1-206一次加工成型的机床，必须注意刀排分布应合理，车刀应常换常磨，进刀量应适中。

〔6〕车小头孔、平端面工序不容无视。因为小头是与起动爪相连的部位，在用人力起动发动机时,小头传递大力矩,所以首先要保证小头的有效深度，其次小头孔倒角应圆整光滑,角度正确,以保证精磨小头时外圆跳动合格,否那么就应重新精修小头孔倒角。

〔7〕钻大头孔工序。孔太深会影响第七主轴颈及法兰的强度,太浅会影响内装黄油的空间和装轴承的轴向位置。

〔8〕铣定位面。为了使车连颈时角度分布均匀，按照铸造毛坯六缸曲轴的角度均布原理去掉铸造余量,故必须铣好定位面。不管定位面向那边有所偏移,都会严重改变铸件曲轴工序余量的均匀分布,严重偏移的致使连颈加工缺乏而致废。

〔9〕车连颈S1-217是成型车床，刀排分布合理、车刀的成型正确、进刀量适中、定位面紧靠都直接影响到产品能否到达工艺技术要求。故中心距、长度、宽度尺寸和圆弧、外圆尺寸等的调整必须在车床进入稳定加工状态后才可进行，防止工艺系统热变形影响太大。

〔10〕粗磨连颈是一道重要工序。粗磨连颈要进行曲轴120°的三等分,保证中心高尺寸。磨床首尾两端偏心夹具的移动会引起主连轴颈中心高的变化，应仔细调整至适宜之处反锁固定。此外假设中心架调整不恰当会引起曲轴变形而致中心高超差，而砂轮进刀太快那么会引起角度偏移,甚至曲轴断裂。

致谢

我本次的毕业设计，得到邹竹青老师的亲切关心和精心指导，使得本设计得以顺利完成，其中无不饱含着老师的汗水和心血。首先要感谢的是我的指导老师邹竹青老师，在整个过程中他给了我很大的帮助。在完成初稿后，老师认真查看了我的设计内容和格式，指出了我存在的很多问题，让后我回去在查看资料，在反复的修改中我学到了不少知识，同时在请教别人的过程中我也增加了和同学老师之间的感情，使我们的友谊更进一步加深了，在此十分感谢邹老师的细心指导，才能让我顺利完成毕业设计。同时感谢所有任课老师三年来对我的培养。如果没有你们的精心培育我不可能有今天的没好时光，是你们在我有困难的时候帮我们解决困难，就包括这次的毕业设计有许多老师都给与了我们很大的帮助，不管是从材料的来源还是格式的指导都非常认真细心地给我们指引。同时也要感谢我的同学和朋友们，在设计过程中也得到了许多朋友的关心，不管是学哥学姐，都给予我们帮助，我将永远记得你们伴我走过的每一个有欢笑有泪水的日子，是你们的关心和帮助，让我感受到了家的温暖。

抽油机电机能量补偿装置设计 第3篇

关键词：抽油机,电机,效率

油田抽油机电机“大马拉小车”的现象非常普遍。分析造成这种现象的主要原因:一是产量预测偏高, 机型选大, 导致配套电机功率过大;二是抽油机带载启动, 惯性矩较大, 一般启动时又都是在上下死点处, 在选配电机时为了启动顺利, 一般按最大扭矩选配电机, 而抽油机启动后, 正常工作时平均转矩与最大扭矩相比较低;三是考虑油井工况异常, 卡泵、出砂和结蜡等原因造成负荷增大烧毁电机, 而人为地增加了电机的富裕量。目前抽油机电机启动功率是正常工作功率的6～7倍, 抽油机所配电机较大, 严重浪费资源。经计算, 大部分抽油机正常运转时电机功率只有额定功率的30%左右, 此时的电机效率只有68%左右。同时, 在抽油机电机运行过程中, 随着负载的变化, 电机输出功率波动也较大, 导致能耗过高。为了挖掘此部分节能潜力, 降低能耗, 研究了抽油机井电机能量补偿装置。

1 抽油机电机能量补偿装置结构原理

电机能量补偿装置即采用电机带动一个质量较高的飞轮作为储能装置, 由飞轮与电机共同作用来启动抽油机, 从而降低装机功率 (图1) 。在抽油机运行过程中, 飞轮停作为一种储能装置, 当电机输出力矩大于阻力矩 (载荷) 时, 飞轮的动能增加, 从而消耗一定能量 (这部分能量已储存在飞轮内) , 同时又限制了电机转速增大;反之飞轮的动能将减小, 飞轮多余的能量释放出来帮助电机共同驱动负载, 同时又阻止电机转速的降低。由于飞轮不断的储存和释放能量, 使电机负载趋于平稳, 降低运转能耗。

抽油机电机阻力矩与驱动力矩曲线见图2。当电机处于最理想工况时, 电机的驱动力矩是一定值, 不随时间变化。但在抽油机实际运行中, 电机拖动的阻力矩呈现波动的形式。图1中的驱动力矩将阻力矩曲线分为上下5部分, 驱动力矩高于阻力矩在图中用“+”表示, 这些时段阻力矩小于驱动力矩, 电机输出的能量不能完全被负载消耗, 因此电机转速增加, 产生了能源的浪费;驱动力矩小于阻力矩用“-”表示, 这些时段电机转速降低, 电机要超负荷运行, 导致能耗增高。

2 现场试验效果

能量补偿装置现场试验了2口井, 装机功率从37kW降到22kW, 下降了40%。在其辅助启动抽油机过程中运行平稳, 无皮带打滑、剧烈震动现象发生, 说明能量补偿装置起到了降低装机功率的作用。通过对能量补偿装置安装前后能耗进行测试, 平均综合节电率为20.55%。详细数据见表1。

图3为安装前后功率变化率的变化曲线。根据现场测试结果, 安装前后装机功率由37kW降到22kW的消耗功率 (有功功率) 随曲柄转角变化的曲线, 电机功率明显变小, 功率峰值明显降低。电机功率波动由38k W下降到22k W, 降幅42%。

由图4可观测到安装补偿装置后在0～2800N负荷范围内电机都得到提高。最大效率由86.7%提高到91.7%, 提高5个百分点;平均效率由68.1%提高到80.6%, 提高12.5%。

当电机工作在理想状态时, 即输出功率一定, 则功率变化率为零, 曲线图为一条水平直线。由图5可以看出安装能量补偿装置前功率波动很大, 安装后功率变化率较安装前小了许多, 功率变化曲线变得平缓, 很接近横轴, 安装前最大功率变化率为6.66, 安装后最大功率变化率仅为1.33, 降低了80%;安装前平均功率变化率为2.15, 安装后平均功率变化率仅为54%, 降低了74.8%。

3 结语

给抽油机匹配电机能量补偿装置来减小匹配电机功率, 结果表明小功率电机与能量补偿装置匹配后, 在其辅助启动抽油机过程中运行平稳, 无皮带打滑、剧烈震动现象发生, 说明能量补偿装置起到了降低装机功率的作用。电机功率波动由38kW下降到22kW, 安装前最大功率变化率降低了80%, 平均功率变化率降低了74.8%, 电机平均效率提高12.5%。

参考文献

[1]殷雷.抽油机用节能电机评价及改造方式的探讨[J].应用能源技术, 2008 (9) :30-34.

[2]高艳秋, 于永波, 高桂波.抽油机井用电机选配方法[J].油气田地面工程, 2006 (11) :32-32.

[3]尚德彬, 李增印.抽油机电机无功补偿技术的研究与应用[J].电机技术, 2006 (2) :34-36.

新型长冲程抽油机结构设计 第4篇

关键词 长冲程抽油机；结构；设计

中图分类号 TE 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)112-0155-02

目前国内采用的机械采油方法主要是用游梁式深井泵装置进行的深井泵有杆采油。但随着井深和产量的不断增加与开采的复杂条件的经常出现，游梁式抽油机—抽油泵装置的缺点也日益明显暴露出来，主要是：

1）抽油机的冲程受游梁结构的限制，无法加大；2）在生产过程中抽油杆的事故增多，而抽油泵的排量降低；3）抽油机的电动机的配置功率较大，行程受限、功率消耗大；4）抽油机的减速器相当笨重，重量增大。

长冲程抽油机有许多优点，首先，它增加石油产量，这是采油中最经济的问题。采用长冲程低冲次的抽油方式抽油泵实际冲程长度减少的比率较小，提高了抽油泵的充满系数和排量系数，有利于提高采油效率，增加石油产量。第二，提高抽油杆和抽油泵的寿命。由于冲程长，冲次低，可以减少抽油泵磨损，提高抽油泵的使用寿命。第三，排量稳定，动载荷小，事故少。第四，抽油机运转平稳，疲劳应力较小。第五，抽油平衡效果较好。第六，具有较好的技术经济指标，具有较高的适应性。

1 链式长冲程抽油机的结构

链式长冲程抽油机主要由五个系统组成：

1）动力传动系统：包括皮带传动装置、电动机和减速器；2）换向系统：包括主动链轮、从动链轮、链条、导轨和大、小滑块等；3）平衡系统：包括平衡平带、平衡带轮和平衡块；4）机架、底座系统：包括机架、底座等；5）辅助系统：包括踏板、梯子和刹车装置等。

链式长冲程抽油机的结构原理如图1所示。

图1 结构原理图

工作原理是由电动机通过皮带传动，传到减速器。该减速器是一双圆弧齿轮传动的二级反向双输出减速器，以其反向双输出齿轮来驱动两条特殊链条作反向运动，从而带动换向器作往复直线运动。减速器减速后，驱动主动链轮旋转。这样一来，链条就在垂直布置的主动链轮和从动链轮间运转。在链条上设置一个特殊链节，它通过销轴和小滑块连接。带动大滑块。当链条做环形运动时，特殊链节也随着做环形运动。由于导轨的限制，大滑块只能沿着机架轨道作上、下垂直往返运动。在大滑块的下端直接和抽油杆相连接。大滑块的上、下垂直往返运动带动抽油杆运动。而在大滑块的上端与平衡皮带相接。以满足抽油机的平衡。

2 长冲程抽油机总体方案对比

2.1 抽油机总体方案的确定

链式长冲程抽油机的工作原理是由电动机通过皮带传动，传到减速器，经减速器后，驱动主动链轮旋转。这样一来，链条就垂直的不止在主动链轮和从动链轮间运动。在链条上设置一个特殊的链节，它通过销轴和换向器连接，带动换向器运动。当链条做环行运动时，特殊链节也随着做环行运动。由于导轨的限制，换向器只能沿着基架轨道做上、下垂直运动。换向器和抽油杆、平衡皮带相接，以满足抽油机的平衡。

2.2 抽油机的方案对比

方案一、采用换向器上端和抽油杆柱相连接，下端和平衡平带相连接。这种结构抽油杆柱通过经过上带轮和换向器上端相连接，平衡重通过上、下带轮和换向器的下端相连接，抽油机机架的一端是抽油杆柱，另一端则是平衡重块。如图2所示。

图2 方案一原理图

方案二、采用换向器的上端和平衡平带相连接，下端直接和抽油杆柱相连接。使平衡重块通过对称的带轮同换向器相连接，平衡重块分别处于机架的两端。如图3所示。

2.3 方案对比

方案一：抽油杆柱在机架的外面，这种结构对油井的维护较为方便，但是由于抽油杆柱通过平衡带和换向器相连接，使抽油杆的纵向活动较大，由于抽油杆的纵向活动将影响油井和抽油泵，使其耐用性降低，而且，由于在上、下抽油杆受力相差很大，与平衡力相差更大，使得机架的整体受力不对称影响整个机器的运行。

方案二：抽油杆柱直接和换向器底部 不便于对油井的维护，但是它采用了平衡对称的形式，使整个机架受力处于对称，而且抽油杆柱直接和换向器相连，换向器一直在对称导轨间做往复直线运动，运动的偏差很小，对油井和抽油泵都比较有利。

结论：通过对两方案的分析和对比，侧重对维修机井的考虑，采用方案一较为合理。

图3 方案二原理图

3 悬点载荷计算

抽油机在不同的抽汲参数下工作时，悬点所承受的载荷是设计抽油机和分析设备工作状况的重要依据。为此，设计抽油机必须先计算悬点的载荷。但由于计算过程太多，这里就不一一赘述了。

4 抽油机平衡重的计算

抽油机之所以不平衡，是因为上、下冲程中悬点载荷不同，而造成电动机在上、下冲程中所做的功不相等。要使抽油机在平衡条件下运转，就应使电动机在上、下冲程中都做正功；在下冲程中把能量储存起来；在下冲程中利用储存的能量来帮助电动机做功。

因此，抽油机的平衡条件是在一个抽油循环中，重物在下冲程中储存的能量或上冲程中帮助电动机所做的功，在这里本抽油机的平衡重就相当于抽油杆柱的重量：

Wp =Wr

5 换向器的选择

链条抽油机的换向器冲击不仅对井下机具产生不利影响，对链条抽油机本身的影响更大。冲击造成机件的损坏的过程缓慢而渐进，达到一定程度可导致链条断脱，特殊链节失效、链轮轴 滚肩等事故。可见，换向冲击是引发链条抽油机事故的隐患。结构如图4所示。

6 换向冲击发生的机理

链条抽油机的换向冲击主要表现在链条特殊链节的非均匀速运动。链条等传动件联结宋朝可导致换向冲击。由于链条能“拉”不能“推”，在特殊连接绕过下链轮后，前面的链条处于松弛状态，虽然下链轮未停止转动，但特殊链节必须等前面的链条张紧后才能继续往前运动。这一瞬间便产生了换向冲击。传动件联结松弛，主要是指链条松弛、链轮与肩联结松弛。联轴器周向联结松弛及减速器齿侧间隙过大等。根据链条抽油机换向区段扭矩的变化规律，换向扭矩为两头大中间小的圆滑过度。在进入换向区段前正常工作扭矩使受挤压的传动件产生弹性势能，换向扭矩减小，弹性势能释放，把正在均匀转动的链轮向前加速推进一个角度，个传动件的联结部位产生松弛间隙，随后减速器轴无载荷空转。此时链轮旋转暂停，传动件联结部位松弛间隙全部消失后，链轮轴带动链轮继续转动，此时转动扭矩跳跃式增大，产生换向冲击，传动件联结松弛的程度愈大，链条抽油机产生换向冲击的程度愈大。

7 预防措施

预防链条松弛主要从降低链条、链轮的磨损速度，提高链轮轴支撑刚度和改善链条张紧操作上采取措施。

图4 结构示意图

降低链条和链轮的磨损速度，除了采用高质量链条，提高链轮加工精度和工作面硬度外，还应提高链轮轴安装平行度和对正度，否则就会导致链条和链轮偏磨，磨损速度加快。

提高链轮轴支撑刚度，可避免链轮链条偏磨和链轮中心距缩小而导致的链轮松弛。下链轮的安装方式有三种：第一种是链轮轴的两个支点均作用在机架壁上。第二种是链轮直接安装在减速器输出轴上；第三种是链轮轴的一个支点作用在在机架壁上，另一支点的支撑刚度取决于机架壁的抗弯曲刚度，通过对壳体的实际测量估算，换向过程中链轮的上下活动量是2～4mm。第二种的支撑刚度取决于减速器底座的刚度。比第一种刚度好。两种都属于跨度较小 的支撑。第一种是一个链轮座大小的跨度，第二种是减速器壳体窄面尺寸的跨度。与前两种相比，第三种链轮轴的支撑跨度大得多，支撑效果也好。换向过程中链轮的上下活动量不超过0.5mm。第三种安装方式还有以下优点；由于支撑跨度大，轴承的受力比第一种小2/3；与第二种相比不必采用特制的减速器。而且在链条机发生失载事故时，不会破坏减速器。

8 经济分析

本设计的链式长冲程抽油机是在游梁式抽油机的基础上用链条直接牵引代替“曲柄-连杆机构”，专门用于油井的中、后期的开采。产品的设计目的在于以最低的成本可靠的实现产品的必要的功能，以达到用户满意，增加制造企业和用户的经济效益，将价值工程运用到链式抽油机的设计当中，从分析产品的功能出发，在保证功能的前提下降低产品的成本，进行功能与成本的比较，从而判断产品的价值，使链式长冲程抽油机性价比更高。

由于该链式长冲程抽油机专门用于油井的开采过程中，工作环境较差。在设计中摒弃了普通机械的设计形式，尽最大可能的简化机构，提高其的耐用性，降低成本。

本设计主要采取的降低成本的措施有：

1）在保证机械性能，强度与要求前提下，尽量用碳素钢代替合金钢，降低成本；外框采用工字钢焊接而成。平衡重块采用普通钢板；2）根据专门使用要求，简化抽油机结构；3）尽量采用可以互换的零部件，如减速器中支撑传动齿轮的轴承采用标准件，使其可以互换，降低产品制造的成本，以便可以进行直接选用。

在市场前景广阔和成本减低的措施下，本设计可以达到预期的目的，链式长冲程抽油机具有很大的开发价值。

作者简介

抽油机简介论文 第5篇

一、结构

常规游梁式抽油机主要由以下部件组成：

1、悬绳器

2、吊绳

3、驴头

4、游梁

5、游梁支撑

6、支架总成

7、曲柄总成

8、尾轴承总成

9、横梁总成

10、连杆装置

11、减速器

12、底座总成

13、护栏

14、刹车装置

一、整机

常规游梁式抽油机，动力由电动机通过皮带传动到减速器，然后由减速器输出轴驱动曲柄、连杆、游梁、驴头，带动悬绳器做上下往复运动，实现对原油的抽汲。

整机主要由驴头总成、悬绳器总成、游梁总成、中轴总成、支架总成、横梁总成、连杆总成、曲柄总成、刹车总成、底座总成、电机装置等部件组成。

二、游梁总成

游梁总成由型钢和钢板组焊而成，游梁前端通过驴头连接销将游梁连接板与驴头连接板装配固定，后端与尾轴承座相连接，中间与游梁支座总成中的中央轴承座相连接。安装在支架顶面调位板上的4个调节螺栓，可以对游梁进行位置进行微调，以使驴头悬点对准井口中心，防止由于驴头的偏心引起抽油杆的磨损或其它损坏。

三、中轴总成

游梁支座总成由轴、轴承座、螺栓、轴承、油封、油杯等组成。中轴总成通过轴与支架支座装配连接，并与游梁通过螺栓连接。

四、支架总成

支架总成是由前架、后撑、护栏和支座等组成，前架和后撑是由型钢组焊并装配而成的塔型结构。前架上装有梯子。支架通过支架支座和游梁支座总成与游梁装配连接，底部连接板通过螺栓与抽油机底座装配连接。

五、横梁、连杆总成 横梁由型钢、钢板焊成的Ⅰ形截面梁，通过其轴承座装于游梁尾部，其两端与连杆相连。

连杆由无缝钢管和上、下接头组焊而成。它与连杆销、曲柄销构成了横梁与曲柄的连接。

六、曲柄总成 曲柄总成由曲柄、平衡块、锁紧块等零件组成，用来平衡光杆负荷对减速器产生的扭矩。两曲柄通过锁紧螺栓对称固定在减速器的输出轴上，减速器输出轴通过楔键与曲柄相连接，传递扭矩。曲柄上有五个相同的孔，用来调整抽油机冲程，以适应不同的井况。

曲柄的上部和下部有导槽，并且曲柄上有齿条和平衡块重心半径刻度。如果要调整曲柄的位置，将曲柄置于垂直位置，用吊车吊住曲柄，松开固定平衡块的螺栓，卸掉锁紧块（注意不能将螺栓卸掉），移动平衡块到所需位置，安装锁紧块，拧紧松开的螺栓。

七、电机总成及电动机控制柜

电机总成主要由小皮带轮、电动机、T型螺栓、导轨、顶紧螺丝等零件组成。电动机导轨安装在抽油机底座的导轨上，电动机相对抽油机底座可在前后左右四个方向上调整位置，用以调整皮带的松紧。电动机与小皮带轮连接，可以方便更换不同直径的电动机皮带轮，从而使抽油机得到不同的冲次。通过电机控制柜实现对电机工作状态的控制。

八、刹车总成

刹车总成为减速器总成中的制动器提供制动力矩。

九、底座总成

底座总成主要由型钢、钢板组焊而成，前端安装支架，中间台座安装减速器，后端安装电机装置、刹车装置。底座前端上表面有游梁中心线垂直投影的标记，用于底座对油井中心线的找正和支架、游梁对底座的找正。

十、悬绳器、光杆卡子、吊绳

吊绳是钢丝绳，挂在驴头上部绳架体上，下部挂上悬绳器。悬绳器上光杆卡子可分别卡住不同直径的光杆。

十一、驴头总成

驴头为侧翻式结构，由钢板组焊而成。游梁与驴头采用销轴连接，修井作业时，须将驴头一侧的两个销轴卸下，以便作业。

十二、减速器总成

减速器为两级分流式人字型双圆弧齿轮传动，减速器由电机通过皮带直接传动，从而使曲柄做旋转运动带动连杆、横梁、游梁、驴头运动，使悬绳器做上下往复运动。

主动轴一端安装大皮带轮，另一端安装制动器。从动轴两端均开有两个互成90度的键槽，其中一个装楔键与曲柄相连，另一个为备用键槽。当抽油机工作相当时期后，将曲柄拆卸再与备用键槽装配运转，以使最大负荷移到磨损较小的齿上，从而延长减速器齿轮的使用寿命。

二、工作原理

工作时，电动机的传动经变速箱、曲柄连杆机构变成驴头的上下运动，驴头经光杆、抽油杆带动井下抽油泵的柱塞作上下运动，从而不断地把井中的原油抽出井筒。

三、工作特点

游梁式抽油机具有性能可靠、结构简单、操作维修方便等特点。技术参数符合中华人民共和国行业标准SY/T 5044《游梁式抽油机》和美国石油协会API标准，技术成熟。

主要特点:

1、整机结构合理、工作平稳、噪音小、操作维护方便;

2、游梁选用箱式或工字钢结构，强度高、刚性好、承载能力大;

3、减速器采用人字型渐开线或双圆弧齿形齿轮，加工精度高、承载能力强，使用寿命长;

4、驴头可采用上翻、上挂或侧转三种形式之一;

5、刹车采用外抱式结构，配有保险装置，操作灵活、制动迅速、安全可靠;

抽油机节能降耗技术分析论文 第6篇

要根据采油抽油机运行需要，及时配置适宜的电动机，坚决杜绝“大马拉小车”等问题。要积极改进电机接地方式，在轻载情况下利用Y接地，重载情况下采用△接地。在合理计算经济性价比前提下，可进行高转差电机、永磁电机等设备的更换安装。抽油机驱动设备多是利用感应设备进行控制，长期运行中会因为环境因素造成操纵感应失灵而降低运行效率，所以要在相关线路上进行补偿电容器安装，确保电压保持在正常水平。

2.2减少皮带传动损失

常用皮带的传动效率分析看，综合考虑皮带价格，窄型V带传动效率更高，要尽量更换窄型V带，并将皮带大小轮保持四点一线，合理确定皮带的松紧度。

2.3应用节能型盘根

常用类型的盘根盒功率损耗情况分析看，不同材质的盘根盒，在不同润滑条件下，能耗差异较大，综合分析，应用石墨类的密封型材料，可以较好地实现节电目的。

2.4合理确定抽汲参数

要根据抽油机运行情况，及时调整抽汲参数，确保合理的举升高度。一般情况下，举升高度增加后，机采系统运行效率提升、能耗降低，但并非简单的线性关系，在达到某一数值后就不再上升，所以，一般情况下下泵深度在1100m以内时，可将举升高度保持在400-800m范围内。

2.5合理配置机采系统设备

对抽油机运行而言，影响功率的一个重要因素是设备。要进行电动机电压自动调节装置安装，根据电压的正弦波动值对电动机功率因数和运行电流数进行调整，并合理确定控制晶闸管的控制深度，可以及时进行电机电压制度，实现节能目的。要进行全自动感应检测间歇抽油控制装置的安装，对抽油机运行进行实时调节，在油井地层供油充足情况下，可以加大机采系统运行效率，提升油气采收速度；在地层中供油不充足时，要将机采系统进行待机，在检测到地层原油积累到可供开采的情况下，再重新启动机采系统进行采油作业，通过合理的启闭机采系统实现节电目的。

2.6加强作业人员岗位培训和节能教育

集采作业系统很多环节是由作业人员进行的，还不能完全实现机采系统自动化作业，所以作业人员对作业规程的熟悉和掌握程度会影响到能耗，要通过教育培训，提升作业人员对规范操作的认识，及时采集各类作业数据，调整工作状态，特别是无关的设备要做到随时关停，减少电力损耗。

3结束语

综上所述，在油田勘探开发中，机采系统是能耗的主要方面，而能耗水平高低直接影响到油田的整体能耗，通过对抽油机能耗的影响因素进行分析，为采取针对性的节能降耗措施提供了指引，有利于提升集采作业系统运行效率。

参考文献

[1]郭登明.游梁式抽油机的节能改造[J].钻采工艺，（3）.

柴油机方面的论文 第7篇

摘要：介绍了柴油机电子控制技术的发展状况、控制原理和应用特点及高压共轨技术的工作原理、研究方向、应用前景。

关键词：柴油机电控技术；高压共轨技术；应用前景

1 柴油机电子控制技术的发展状况及发展趋势

1.1柴油机电子控制技术的发展状况

柴油机电子控制技术始于20世纪70年代，20世纪80年代以来，英国卢卡斯公司、德国博世公司、奔驰汽车公司、美国通用的底特律柴油机公司、康明斯公司、卡特彼勒公司、日本五十铃汽车公司及小松制作所等都竞相开发新产品并投放市场，以满足日益严格的排放法规要求。

由于柴油机具备高扭矩、高寿命、低油耗、低排放等特点，柴油机成为解决汽车及工程机械能源问题最现实和最可靠的手段。因此柴油机的使用范围越来越广，数量越来越多。同时对柴油机的动力性能、经济性能、控制废气排放和噪声污染的要求也越来越高。依靠传统的机械控制喷油系统已无法满足上述要求，也难以实现喷油量、喷油压力和喷射正时完全按最佳工况运转的要求。近年来，随着计算机技术、传感器技术及信息技术的迅速发展，使电子产品的可靠性、成本、体积等各方面都能满足柴油机进行电子控制的要求，并且电子控制燃油喷射很容易实现。

实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOX排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，可燃混合气形成时间很短，而且可燃混合气形成与燃烧过程交错在一起。通过分析柴油机喷油规律得到：喷入燃料的雾化质量、汽缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。提高喷油压力和柴油雾化效果、使用预喷射、分段喷射等可以有效的改善排放。

经过多年的研究和新技术应用，柴油机的现状已与以往大不相同。现代先进的柴油机一般采用电控喷射、高压共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。随着国际上日益严格的排放控制标准(如欧洲Ⅳ、Ⅴ标准)的颁布与实施，无论是汽油机还是柴油机都面临着严峻的挑战，解决的办法之一是采用电子控制燃油喷射的技术。现在，柴油机电子控制技术在发达国家的应用率已达到60%以上。

1.2何谓电喷柴油机

采用电子控制燃油喷射及排放的柴油机即为电喷柴油机。电喷柴油喷射系统由传感器、ECU(计算机)和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、油门踏板位置、喷油时刻、进气温度、进气压力、燃油温度、冷却水温度等传感器，将实时检测的参数同时输入计算机(ECU)，与已储存的设定参数值或参数图谱(MAP图)进行比较，经过处理计算按照最佳值或计算后的目标值把指令送到执行器。执行器根据ECU指令控制喷油量(供油齿条位置或电磁阀关闭持续时间)和喷油正时(正时控制阀开闭或电磁阀关闭始点)，同时对废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，使柴油机运行状态达到最佳。

1.3柴油机电子控制技术的发展趋势

1.3.1高的喷射压力

为满足排放法规的要求，柴油喷射压力从10MPa提高到200MPa。如此高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底，并且控制燃烧温度，从而降低废气排放。

1.3.2独立的喷射压力控制

传统柴油机的供油系统的喷射压力与柴油机的转速负荷有关。这种特性对于低转速、部分负荷条件下的燃油经济性和排放不利。若供油系统具有不依赖转速和负荷的喷射压力控制能力，就可选择最合适的喷射压力使喷射持续期、着火延迟期最佳，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。

1.3.3改善柴油机燃油经济性

用户对柴油机的燃油消耗率非常关注。高喷射压力、独立的喷射压力控制、小喷孔、高平均喷油压力等措施都能降低燃油消耗率，从而提高了柴油机的燃油使用经济性。

1.3.4独立的燃油喷射正时控制

喷射正时直接影响到柴油机活塞上止点前喷入汽缸的油量，决定着汽缸的峰值爆发压力和最高温度。高的汽缸压力和温度可以改善燃油使用经济性，但导致NOX增加。而不依赖于转速和负荷的喷射正时控制能力，是在燃油消耗率和排放之间实现最佳平衡的关键措施。

1.3.5可变的预喷射控制能力

预喷射可以降低颗粒排放，又不增加NOX排放，还可改善柴油机冷启动性能、降低冷态工况下白烟的排放，降低噪声，改善低速扭矩。但是预喷射量、预喷射与主喷射之间的时间间隔在不同工况下的要求是不一样的。因此具有可变的预喷射控制能力对柴油机的性能和排放十分有利。

1.3.6最小油量的控制能力

供油系统具有高喷射压力的能力与柴油机怠速所需要的小油量控制能力发生矛盾。当供油系统具有预喷射能力后将会使控制小油量的能力进一步降低。由于工程机械用柴油机的工况很复杂，怠速工况经常出现，而电喷柴油机容易实现最小油量控制。

1.3.7快速断油能力

喷射结束时必须快速断油，如果不能快速断油，在低压力下喷射的.柴油就会因燃烧不充分而冒黑烟，增加HC排放。电喷柴油机喷油器上采用的高速电磁开关阀很容易实现快速断油。

1.3.8降低驱动扭矩冲击载荷

燃油喷射系统在很高的压力下工作，既增加了驱动系统所需要的平均扭矩，也加大了冲击载荷。燃油喷射系统对驱动系统平稳加载和卸载的能力，是一种衡量喷射系统

的标准。而电喷柴油机技术中的高压共轨技术则大大降低了驱动扭矩冲击载荷。

2 柴油机电子控制技术的目的及优点

2.1目的

优化动力性、改善燃油使用经济性、控制排放，使柴油机从怠速至额定转速范围内均能获得最佳工作状况，防止可能发生的危险运行状况，延长零件的使用寿命。

2.2优点

2.2.1具有多功能的自动调节性能

工程机械用柴油机的运转工况是多变的，而且对油耗、排放和可靠性等要求较高。自动控制技术应用于柴油机的调节系统正好可以实现多功能的自动调节，从而保证柴油机动力性、燃料使用经济性、可靠性和操作方便性等性能充分发挥。

2.2.2减轻质量、缩小尺寸、提高柴油机的紧凑性

对于现代高速柴油机而言，由于驱动喷油泵的扭矩较大，要设计一个紧凑和可靠的供油提前自动调节器很复杂，而且在柴油机总体布置上也比较困难。采用自动控制技术解决供油提前角自动调节问题，不仅可以容易地解决上述难题，而且提高了柴油机的紧凑性。

2.2.3部件安装连接方便，提高了维修性

采用自动控制系统，相关部件尺寸减小(特别是燃油供给系统)，安装部位免受空间位置的约束，连接简便，有利于柴油机日常维护及修理。

2.2.4扩展了故障诊断、联络等功能

采用自动控制系统，可方便地与微型计算机相连，很容易实现柴油机性能检测与故障诊断功能，柴油机运行及检测数据的存储与传递等问题也迎刃而解，便于科学管理和使用。

2.2.5使柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配

随着工程机械制造技术高速发展，为了提高自行式工程机械的作业效能，采用了电喷柴油机，电控自动变速器等自动控制装置，使自行式工程机械在作业时，能随着负荷的变化在一定范围内自动调整动力输出、动力传递，柴油机的动力输出和负荷得到更精确的匹配，充分发挥工程机械作业效能。

3 柴油机电控技术的特点

柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比(汽油与空气的比例)，柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定的。柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。

3.1柴油机是一种热效率比较高的动力机械

柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。

3.2由于柴油机的喷射系统形式多样

传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软件的难度也大于汽油机。

4 电控柴油喷射系统分类

最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。

抽油机节能控制系统设计 第8篇

在油田实际运行中, 由于电动机产品容量不连续性, 安全系数选择过高等因素使电动机额定负载总是超过最大可能峰值30%, 而峰值所持续的时间又往往远小于总运行时间。电动机运行在轻载的时间占了它运行时间的大部分。轻载时, 尤其是负载率低于20%的情况下, 有功电流很小, 而无功电流不变。本文在基于抽油机电机近似恒转矩负载的情况下, 假定已知负载特性和电机额定参数, 根据不同工况 (负载转矩和运行频率) 按一定规律来调节电机的输入电压或脉宽使整个抽油机系统效率提高。

1. 电机的选型

针对抽油机负载情况, 需要合理计算出电机的负载。负载分为抽油机克服重力做功情况以及抽油机依靠重力自行转动部分。

电机力矩的选择是电机选型的最重要内容, 以下内容介绍制约力据选择的因素:

A.转动惯量的选择

在旋转运动中, 物体的转动惯量J对应于直线运动中的物体质量。要计算系统在加速过程中产生的动态载荷, 即必须计算物体的转动惯量J和角加速度ε, 然后得惯性力矩T=J*ε。物体的转动惯量:

式中, L:长度 (mm)

D:直径 (mm)

B.加速度计算

控制系统要定位准确, 物体运动必须有加减速过程。已知加速时间△t, 最大角速度ωmax, 很容易算出奠基的角加速度:

C.电机力矩计算

其中:TL为系统外力折算到电机上的力矩;

η为传动系统的效率。

根据计算出的力矩T再加上一定的安全系数, 即可选出电机型号。

2. 控制系统的硬件设计

驱动电机的硬件设计可分为控制部分和驱动部分。控制部分的主要芯片为飞利浦P89V51RD2型单片机和脉冲分配控制器PMM8713。

1) 飞利浦P89V51RD2功能介绍

该款单片机为飞利浦公司设计, 使用方便并且便于调试, 有优良的在线调试功能, flash可擦写次数超过1000次。

对单片机进行系统配置如图1所示。

在配置中定义P1.0口为脉冲输出口, 定义P1.1为转向控制输出。

2) PMM8713芯片

PMM8713是由日本三洋电机公司生产的步进电机控制用脉冲分配器 (又称逻辑转换器) , 为双列直插式1 6脚单片CMOS集成芯片。PMM8713既可以用于3相控制, 又可以用于4相控制。励磁有1相、2相和1-2相3种方式。此外, PMM8713还具有单时钟或双时钟工作方式, 带有正反转控制功能以及初始化复位功能, 其内部有时钟选通、激励方式控制、可逆环形计数、激励方式判断等电路。

因为PMM8713所有输入端均采用施密特整形电路, 因此抗干扰能力强。输出电流大于20 mA, 可直接驱动微型步进电机。逻辑框图如图2所示。

3.系统的软件设计

a) 流程设计

系统软件构思是基于硬件的功能而定的, 要使电机正常的启动, 就要合理的分配脉冲频率或者PWM宽度。要考虑到抽油机的转动惯量, 对电动机的能量供给合理配置, 从而有效地节能, 提高效率。实验证明, 此种方式能节约电能25%以上。图3是系统软件设计流程图。

b) 程序设计

电机转动的脉冲输出口子程序设计, 在P1.0口输出脉冲:

其中if (itime0Count>iIntCount) 可作为判断电机是否进入惯性运动状态的条件, 从而进一步对电机的通电进行控制。

4. 结语

本文对抽油机用电机的节能降耗作了一定的可行性分析, 给出了一种简单有效的节能方法。通过使用相信会产生较大的经济价值, 从而给油田的生产经营带来更好的经济效益。

摘要：针对油田抽油机轻载时效率低、功率因数低, 且现有的轻载节能模型要求精确了解电动机的模型和参数, 难以用于工程实现等问题, 利用电机线性化的转矩-转差率关系, 对恒转矩负载介绍了电机选型方式。在电机控制上考虑了抽油机上行和下行对能量的需求, 在周期上对电机驱动供电进行了合理的配置, 本方法有实用、简单的特点, 可使电动机的效率有较大提高, 大量节约了抽油机的用电量。

关键词：直流电机,脉冲控制器

参考文献

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