基于二次調節技術的抽油機光桿密封試驗臺設計研究

高翔，趙明敏，朱紅波，李凡，周永新，呂俊鋒

（1.克拉瑪依職業技術學院；2.克拉瑪依勝利高原機械有限公司，新疆 克拉瑪依 834000）

抽油機光桿密封模擬試驗臺可完成對光桿密封裝置即盤根盒的密封性能檢測及使用壽命檢測，從而完成對光桿密封器的評價。目前，市面上的光桿密封器很多，各種各樣，有單盤根盒的、雙盤根盒的，有塔形盤根盒、雙塔形盤根盒，也出現了一些新型的光桿密封裝置，如防噴型高壓型的、雙向壓縮型的、調偏防噴型的、隨動對中型的等等，但這些盤根盒并未在油田上廣泛應用，分析原因有兩點：（1）這些新型盤根盒的性能和使用壽命相比于傳統盤根盒并沒有多大優勢；（2）這些盤根盒的性能和使用壽命沒有經過檢驗，油田不會輕易使用。本文設計的基于二次調節技術的抽油機光桿密封試驗臺，不但能夠完成盤根盒密封性能檢測及使用壽命檢測，以完成對光桿密封器的評價，而且與傳統試驗臺相比，采用了二次調節技術，可對光桿負載的重力勢能進行回收，極大提升了試驗臺的效率。

1 基于二次調節技術的抽油機光桿密封試驗臺結構和工作原理

1.1 試驗臺的結構與工作原理

二次調節技術是近年來新興的一種節能技術，因其在節能方面具有極大優勢，引起了工程技術人員的廣泛關注。在二次調節系統中，二次元件能夠無損耗地從恒壓網絡取得能量，因而極大地提升了系統效率。

基于二次調節技術的抽油機光桿密封試驗臺結構如圖1所示，主要由基于二次調節技術的液壓系統部分和壓力、負載模擬部分組成。液壓系統部分能夠實現液壓缸帶動光桿在規定的行程范圍內作往復直線運動，主要由電動機、液壓泵1、溢流閥2、單向閥3、二位二通電磁換向閥4、蓄能器5、二次元件6和7、單桿活塞缸8，行程開關9、10以及油箱、過濾器、冷卻器等組成。二次元件通過自身的閉環反饋控制系統可實現排量正反兩個方向調節，即可實現正反轉。并且既能工作在泵工況也能工作在馬達工況。壓力、負載模擬部分可實現對光桿負載和試驗盤根盒所受壓力的模擬，主要由試驗盤根盒12、儲油罐13、壓力表15和重物塊G等組成。

圖1 基于二次調節技術抽油機光桿密封試驗臺工作原理圖

基于二次調節技術的抽油機光桿密封試驗臺工作時，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，帶動其轉動，使其工作在馬達工況。二次元件6和7用聯軸器進行剛性連接，因而二次元件7在6的驅動下工作在泵工況，向液壓缸8下腔供油，克服負載G推動其上行，從而帶動光桿11上行，模擬抽油機上沖程。液壓缸8上行速度即光桿11上行速度由二次元件7的排量改變來控制。

液壓缸8帶動光桿11及其負載G上行至觸點觸碰到行程開關9時，發出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵得電。此時，二位二通電磁換向閥4上位工作，液壓泵1卸荷。液壓缸8在光桿11及其負載的重力作用下下行，開始模擬抽油機下沖程過程。此時，液壓缸8下腔排出的壓力油帶動二次元件7反向轉動，使其工作在馬達工況。二次元件7驅動二次元件6工作在泵工況，向蓄能器5充液，實現能量的回收儲存。液壓缸8下行速度及光桿11下行速度可以通過控制二次元件7的排量和改變光桿11的負載G進行綜合控制。當液壓缸向下運動至觸點觸碰到行程開關10時，發出電信號，控制二位二通電磁換向閥4的電磁鐵失電。此時，二位二通電磁換向閥4工作在下位，液壓泵1和蓄能器5一起向二次元件6供油，使其工作在馬達工況，開始上沖程過程，即完成一次沖程，如此反復，即可實現光桿往復運動。

1.2 關鍵技術

（1）二次元件驅動液壓缸帶動光桿向上運動模擬上沖程，改變二次元件的排量即可控制上沖程運動速度，控制方便，可實現速度的無極調節。

（2）依靠液壓缸、光桿及光桿所受負載自重拖動光桿向下運動，模擬下沖程，控制二次元件的排量和改變光桿的負載可對光桿下行速度進行綜合控制，可實現無極調速。

（3）下沖程過程液壓泵處在卸荷工況，系統效率高。

（4）下沖程時，液壓缸、光桿及光桿所受負載的重力勢能轉化為油液的液壓能由二次元件輸出，最終進入蓄能器儲存起來以供上沖程使用，實現了能量的回收利用。

2 結語

本文設計的基于二次調節技術的抽油機光桿密封模擬試驗臺通過控制二次元件的排量實現了光桿運動速度的無級調節。下沖程過程中，液壓泵處在卸荷工況，避免了系統功率浪費。通過二次元件和蓄能器的配合使用，將下沖程時液壓缸、光桿及光桿所受負載的重力勢能轉化為油液的壓力能儲存起來供給上沖程時使用，實現了重力勢能的回收利用，極大提升了系統的效率。與傳統抽油機光桿密封模擬試驗臺相比，基于二次調節技術的抽油機光桿密封模擬試驗臺在能量回收利用、系統效率方面體現出較大優勢，具有一定價值，同時，也將給后續設計的試驗臺提供一定的參考。