油田新型節能皮帶應用實例分析

陳磊 史士峰（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

大慶油田主要機械采油設備為抽油機、螺桿泵和電泵，其中游梁式抽油機為主要類型，皮帶是游梁式抽油機的重要組成部分之一，它與齒輪減速器一起構成抽油機的傳動裝置，進而實現從電動機到曲柄軸的動力傳遞和減速[1]。在生產過程中，由于各種因數的影響——載荷過大，皮帶質量不過關，四點未成一線——導致皮帶傳動效率降低，皮帶摩擦增大，最終導致皮帶斷裂，嚴重影響生產。頻繁地更換皮帶不僅增加工人的勞動強度，也增加了生產成本。為了節能降耗，油田上推出一種新型節能皮帶，通過其傳動原理分析、功率損耗分析和現場實際分析，驗證了新型節能皮帶的適用性，對油田生產具有一定的指導意義。

1 皮帶傳動

皮帶傳動主要由主動輪、從動輪和張緊在輪上的皮帶組成，皮帶被張緊在帶輪上，這時所受的初拉力，使皮帶與帶輪的接觸面間產生壓力。當主動輪運轉時，皮帶與帶輪接觸面的摩擦力拖動從動輪一起轉動，進而傳遞一定的運動和動力。

根據皮帶傳動的特點，帶傳動可以分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動[2]。

1.1 摩擦帶傳動

摩擦帶傳動是依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運動的。按帶的橫截面形狀不同可分為四種類型，見圖1。

圖1 帶傳動的類型

1）平帶傳動。平帶的橫截面為扁平矩形（圖1a），內表面與輪緣接觸為工作面。常用的平帶有普通平帶（膠帆布帶）、皮革平帶和棉布帶等，在高速傳動中常使用麻織帶和絲織帶。其中以普通平帶應用最廣。平帶可適用于平行軸交叉傳動和交錯軸的半交叉傳動。

2）V帶傳動。V帶的橫截面為梯形，兩側面為工作面（圖1b），工作時V帶與帶輪槽兩側面接觸，在同樣壓力FQ的作用下，V帶傳動的摩擦力約為平帶傳動的三倍，故能傳遞較大的載荷。

3）多楔帶傳動。多楔帶是若干V帶的組合（圖1c），可避免多根V帶長度不等，傳力不均缺點。

4）圓形帶傳動。橫截面為圓形（圖1d），常用皮革或棉繩制成，只用于小功率傳動。

1.2 嚙合帶傳動

嚙合帶傳動依靠帶輪上的齒與帶上的齒或孔嚙合傳遞運動。嚙合帶傳動有兩種類型，見圖2。

圖2 嚙合帶傳動

1）同步帶傳動[3]。利用帶的齒與帶輪上的齒相嚙合傳遞運動和動力，帶與帶輪間為嚙合傳動沒有相對滑動，可保持主、從動輪線速度同步（圖2a）。

2）齒孔帶傳動。帶上的孔與輪上的齒相嚙合，同樣可避免帶與帶輪之間的相對滑動，使主、從動輪保持同步運動（圖2b）。

同步帶傳動具有傳動比恒定、不打滑、效率高、初張力小、對軸及軸承的壓力小、速度及功率范圍廣、不需潤滑、耐油、耐磨損以及允許采用較小的帶輪直徑、較短的軸間距、較大的速比，使傳動系統結構緊湊的特點。

2 油田常用皮帶應用

2.1 普通帶

油田主要應用的是普通的窄V帶，皮帶輪也為無齒輪。該皮帶使用時間不長，易斷裂，季節適應性也不強。傳動效率也不是很高。

2.2 新型節能皮帶

目前油田新進一種高傳動效率新型復合材料的皮帶，該皮帶屬于同步傳送帶。該帶使用壽命比較長，傳動效率較高，能夠適應季節性變化。

3 現場應用情況

新型節能皮帶在國內外應用也比較廣泛，具體應用節能情況見表1。

表1 節能皮帶應用情況

為了驗證高效節能型復合傳動帶的現場應用情況，選取了不同生產條件下的生產井進行分析，采用單一變化量的同步對比測試方法，進而分析皮帶的節能效果。

3.1 皮帶壽命分析

相同井況下（產液量相同、動液面相同、沉沒度相同、沖速相同等），分別安裝普通皮帶與節能皮帶，考察皮帶的使用壽命，具體數據見表2。

表2 皮帶運行情況

從表2可以看出，試驗區塊普通皮帶的使用壽命為54d，節能皮帶平均使用壽命為126d，在相同條件下節能皮帶比普通皮帶更結實耐用。

3.2 節電率分析

在相同井況下（產液量相同、動液面相同、沉沒度相同、沖速相同等），分別安裝普通皮帶與節能皮帶，考察節能皮帶的節電率。具體數據見表3。

表3 皮帶節電率分析

從表3可以看出試驗區塊平均有功節電率為0.73%，綜合節電率為0.74%。從考察的實驗井上看，節能皮帶總體比普通皮帶一年節約530kW電量。

3.3 經濟分析

如果普通皮帶一組按800元、新型節能皮帶按1000元計算時：一年內普通皮帶平均更換6次，費用為4800元，新型節能皮帶更換3次，費用為3000元，平均一年單口井節約1800元。

4 結論

◇新型節能皮帶為同步帶傳動，傳動效率高；

◇新型節能皮帶使用壽命更長；

◇新型節能皮帶比普通皮帶更節電；

◇新型皮帶單口井年節約1800元。

[1]楊可楨,程光蘊.機械設計基礎[M].北京：高等教育出版社,98-100.

[2]郜云飛,吳曉東,金潮蘇.游梁式抽油機皮帶傳動效率分析[J].石油鉆探技術,2002,30(6)：45-47.

[3]史海峰.抽油機傳動效率與負載變化規律研究[J].石油鉆探技術,2004,30(5)：35-37.

[4]李玉等.游梁式抽油機動力學仿真方法的研究[J].石油鉆探技術,2001,20(4)：48-51.