一種WCYJ16型皮帶抽油機的設計計算

廖啟新　徐東升　王健

摘 要：本文設計了一種長沖程、低沖次、大負荷、純機械傳動的皮帶抽油機，對其進行受力分析，設計計算，確定該機的各項技術參數。該機經國內油田推廣應用，突現出優良的使用性能，具有節能、高效、安全、可靠的顯著特點，可以適合普通油井的稀油開采，也可以適合稠油井的稠油開采，可以采取小泵深抽，也可以替代電泵進行大泵提液，對我國油田晚期原油開采具有重要意義。

關鍵詞：油田；皮帶抽油機；設計計算

中圖分類號：X924 文獻標識碼：A

Abstract：Design a long stroke and low speed， heavy load， pure mechanical transmission belt of the pumping unit， its force analysis， design and calculation， the technical parameters of the machine.This machine by the domestic oil field application， highlights the excellent performance， energy saving， high efficiency， significant characteristics of safe， reliable， can be suitable for ordinary Wells thin oil mining， can also be suitable for heavy oil Wells of heavy oil exploitation， can take small pump deep pumping， also can undertake large pump solution instead of pumps， late oilfield oil production is of great significance to our country.

Keywords： oil field；Belt pumping unit；design calculation

皮帶抽油機是一種長沖程、低沖次、大負荷、純機械傳動的地面采油設備，其良好的采油工藝性能和可靠的機械性能使得該抽油機在我國大部分油田可廣泛應用，它既可以采取小泵深抽，也可以替代電泵進行大泵提液，既可以適合普通油井的稀油開采， 也可以適合稠油井的稠油開采。其完善的配套工藝完全能夠滿足各種工況的油井，受到廣大油田用戶的好評。

1.設計參數

形式：皮帶抽油機

型號：WCYJ16。

沖程：7.3m。

沖次：4min-1

額定懸點負荷：160kN。

牽引系統：寬皮帶+鏈條。

驅動方式：地驅+頂部滾筒曳引。

換向方式：純機械換向。

控制方式：手動，遙控。

2.結構組成

WCYJ16型皮帶抽油機結構組成如圖1所示。

3.設計計算

3.1滾筒直徑的確定

滾筒直徑的大小對抽油機的額定扭矩有直接的影響，直接關系到抽油機的耗能，根據扭矩計算公式

由公式（1）可知，當力（懸點負荷）為一定時，力臂（滾筒半徑）越大所需扭矩越大，力臂越小所需扭矩越小。但是結合本機實際，滾筒直徑也不是可以任意小，一方面要考慮到井口平時管理操作方便，以免與機架發生干涉，至少要留400mm的距離。另一方面要考慮到皮帶的使用壽命，當滾筒直徑越小，皮帶彎曲的曲率越大，皮帶的壽命越短，當滾筒直徑越大，皮帶彎曲的曲率越小，皮帶的壽命越長。特別還要考慮到該機所選用的皮帶為重載寬皮帶，皮帶內由若干根直徑20mm的鋼絲繩作為承載件，故根據鋼絲繩與滑輪的輪徑比經驗公式

這110kn（11噸）配重是平衡箱及活動配重塊的總重。事實上各口井的井況并不是完全一致，這只是理論計算的重量，現場安裝時，一般先加裝80%的配重，然后啟動抽油機，通過觀看上下行程時的電流值再作調整。若光桿下行程電流值小于上行程電流值，則需要繼續添加配重塊。反之則需減少配重塊。若上下行程電流基本持平，則表明平衡良好。

3.8抽油機扭矩的計算

3.8.1工作原理

皮帶抽油機在運行過程中是電機通過減速機，減速機通過安裝在輸出軸上的主動鏈輪，主動鏈輪通過鏈條，鏈條通過曲柄銷，曲柄銷通過換向器（亦稱往返架），換向器對平衡箱起捧上（從下止點捧到上止點）壓下（從上止點壓到下止點）作用，再通過皮帶經過抽油機頂部滾筒改變方向后連接光桿，從而帶動抽油桿、抽油泵柱塞上下往復運動而抽油。

3.8.2平衡良好時鏈輪扭矩的計算

通過圖2的受力分析可知，當鏈條通過曲柄銷帶動換向器向上捧平衡箱時所作用力F上=110-90=20kN，當鏈條通過曲柄銷帶動換向器向下壓平衡箱時所作用的力F下=130-110 =20kN，兩者都是20kN，由此可見，平衡良好時，電機在上下行程中均為平均做功，這對電機運行是十分有利的，均勻做功無沖擊載荷，這也是皮帶式抽油機節能的原因所在。

3.8.3特殊工況下鏈輪扭矩的計算

上述鏈輪扭矩是在平衡良好的情況的計算值，實際上還要考慮井下工況如積蠟、沙卡、卡泵等特殊工況，尤其要考慮在安裝過程中，當井口側光桿負荷尚未與皮帶連接的情況下，如何依靠抽油機自身動力將空平衡箱（重4.17t）舉升到上止點，讓皮帶與懸繩器能夠順利連接的問題， 因此， 必須按照平衡箱重量41.7kN計算鏈輪的扭矩。

M2=41.7*0.45=18.8kN·m，圓整為19kN.m

3.9減速箱輸出扭矩的計算

減速箱輸出扭矩即是鏈輪扭矩除以效率后的數據，即

M3=M2/g

經查設計手冊，滾子鏈條效率g為95%，則

M3=19/0.95=20kN.m

3.10減速機輸出軸的轉速

因鏈輪中心孔與減速機輸出軸同軸，故減速機輸出軸的轉速與鏈輪轉速相同。即n2=n1=23rpm

3.11選擇電動機的容量

電動機的容量（功率） 選擇是否合適，對電動機工作和經濟性都有影響，容量小于工作要求，則不能保證抽油機正常工作，或使電動機發熱燒毀；容量過大，則電機功率不能充分發揮，甚至大馬拉小車，造成能源浪費，因此，電動機的額定功率應稍大于（或等于）電動機所需功率。

（1）減速機輸出軸輸出功率

結語

上述對皮帶抽油機的設計計算，完全遵循機械設計原理和電工學原理。該機之所以節能是因為采用了平衡原理，電機功率的選擇比同型號傳統游梁式抽油機降低了20kW。之所以安全可靠是因為采用地面驅動， 雙級圓柱齒輪傳動減速機，純機械換向，重載鏈條，夾心鋼絲繩橡膠皮帶。之所以皮實是因為采用比同型號無游梁式抽油機（如W型曳引抽油機）電機功率提高20kW，功率留有較大余量，不至于一旦遇到積蠟，沙卡等情況就停機。

參考文獻

[1]周曉明，等.簡析皮帶抽油機在河口油區的應用[J].內蒙古石油化工，2008，34（5）：27-29.

[2]GB7588，電梯制造與安裝安全規范[S].

[3]廖啟新.W型曳引抽油機設計計算[J].石油礦場機械，2013，42（9）：48-50.

[4]廖大林.W型曳引抽油機設計分析[J].石油礦場機械，2009，38（9）：42-45.

[5]廖大林.W型曳引抽油機節電機理研究與應用[J].石油機械，2010，38（6）：60-62.endprint