浅析抽油机可靠性设计

浅析抽油机可靠性设计

刘海龙1郭宝锋2薄巨洋3

1大庆油田有限责任公司第五采油厂第二油矿十一区二队黑龙江大庆163000；2大庆油田有限责任公司第五采油厂第三油矿注入队黑龙江大庆163000；3大庆油田有限责任公司第五采油厂第一油矿八区二队黑龙江大庆163000

摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，为确保抽油机运行的可靠性，就必须在设计过程中科学合理地采用可靠性设计方式。基于此，将抽油机作为主要研究对象，重点阐述其可靠性设计的相关内容。

关键词：抽油机；可靠性；设计

引言

随着大量低渗透油田的开发和投入，使得下泵深度和排量不断增加，对于稠油、高凝油等特种油田的开发，采油工艺对有杆抽油系统提出了长冲程、低冲次等要求；其次，游梁式抽油机采用四连杆机构，决定了驴头运动的不均匀性，为避免加速度过大，四连杆机构中的游梁摆角和曲柄－连杆比都不能过大。而使用无游梁式抽油机可减轻抽油机重量和体积，扩大设备的使用范围及改善其经济指标，适用于长冲程、低冲次，以及深井和稠油井的采油作业。目前，常见的无游梁抽油机有链条抽油机、皮带抽油机、液压抽油机、直线电机抽油机等。但是，在现有的多种无游梁抽油机中，当无游梁抽油机作业时，上冲程和下冲程的悬点速度相同，传递效率低、功耗大，无法满足低排量井抽油效率的要求。文中通过对无游梁抽油机换向部分的设计，来提高抽油机的工作效率，并提出相应的控制方案。

1抽油机的工作原理

抽油机工作时通过控制电机组件的开关磁阻电机转动，通过联轴器将开关磁阻电机转速和扭矩转递到滚筒，带动滚筒降速转动，滚筒转动使缠绕其外圆表面的第一绳索和第二绳索运动来带动悬绳器和配重导向部件上下移动，从而使固定在悬绳器上的抽油杆上下移动来驱动井下抽油泵做周期的上下往复运动，把井下的原油送到地面，同时利用配重块的升降来实现位能的改变，可以将抽油杆的自重在上升下降时所消耗的能量降低到最小值，提高抽油机系统稳定性和工作效率。

2抽油机可靠性设计要点

2.1设计荷载是抽油机结构设计的重点

不同承力构件载荷的源头就是光杆载荷-悬点载荷。对于游梁式抽油机行业的发展而言，在规范中已经明确指出，抽油机不能够超额定悬点载荷，而且减速器也不允许超额定扭矩作业。然而在实践过程中，只有悬点载荷处于交变的状态，所以仍会出现突然超载的情况。若在具体设计方面，没有对这一问题给予必要的关注，很容易损坏抽油机。在这种情况下，要想规避此问题的出现，就要对载荷进行合理地设计，即将光杆破断最大载荷当做最大设计载荷。这样一来，不同构件都不会发生破坏，也不会永久性地变形。以此为基础设计生产的抽油机的安全性会明显增强，但是其各个构件的粗大问题始终存在。如根据行业规范的规定要求，使用抽油机的过程中加大控制力度，坚决不允许出现超额定悬点载荷与超额定扭矩的情况，就需要将防过载装置合理地设置在抽油机之上，为其安全可靠运行提供必要的保障，以免出现超载的情况。其中，可以将简单零件设置于悬挂系统当中，如果出现超载的情况，此零件就会即可生效，使得抽油机停止运行并及时发送警报。另外，也可以将超载停机装置放置于带传送系统当中。除此之外，将过载停机装置应用在动力输入端，也能够实现这一目标。总的来讲，要想从根本上实现抽油机可靠性的增强目标，就应当将额定悬点载荷当做设计载荷，这样一来，就可以为抽油机提供全新运行环境，并降低抽油机设计的重量。

2.2电机、滚筒、联轴器和制动器的选型

1）电机的选型。开关磁阻电机（SＲM）是定子、转子双凸极可变磁阻电机。该电机结构比鼠笼式交流异步电机简单，其优点是定子上只有集中绕组，转子上无任何形式的绕组，机械强度很高，制造简单、故障率极低。另外，开关磁阻电机启动电流小，可以频繁变换工作方向，工作效率高，电机控制系统可以实现开关磁阻电机柔性启动、加减速、低速运行，避免了抽油机在换向启动时的机械冲击。设计的抽油机选用的开关磁阻电机型号为SＲM1-180L-10，其中额定转速1000r/min、额定功率15kW、额定转矩143.2N•m、额定电流32.2A、额定效率94.84%、过载倍数1.6。2）滚筒的选型。利用行星齿轮滚筒减速的方式取代体积较大的减速器降速，缩短了转动链，结构紧凑、降速比大，节省了安装平台空间。由于生产厂家没有适合抽油机设计中所提出的结构和技术要求的滚筒，经技术协商厂家在原有YZW-15-0.8型号滚筒基础上进行技术改造。行星齿轮减速滚筒工作环境为－40～50℃；滚筒承受压力5t，正反转各4次/min；滚筒加工左右两个旋向螺旋槽，螺旋槽使钢丝绳排列整齐，不出现咬绳；降速比达到1∶20。

2.3抽油机使用条件与维修性设计

任何产品的可靠性，首要的定义就是在规定的条件下，而使用条件同样也很关键。即便产品再好，若在实际使用的过程中不能够得到有效维护与保养，将难以与预期可靠性指标相适应，严重的还会诱发严重的后果。尤其是抽油机，引起运行环境相对恶劣，管理也始终采用巡检的方式，长期缺乏专业人员进行管理，其可靠性的问题也逐渐突显出来。现阶段，对抽油机安装、调整以及维护的工作缺乏规范性，所以会直接增加损坏抽油机的几率。根据统计数据分析发现，相同产品交由不同用户使用，其发生故障的几率存在较大的差异，也就是说，产品和使用条件存在紧密的联系。若使用的条件理想，那么抽油机就能够在长时间的使用下而不会失去效用。虽然抽油机的减速器输出直径是180Φ，但仍然在不平衡的环境中被扭断。所以，必须要对抽油机的使用条件加以完善，并不断增强维护工作人员个人素质水平，制定健全的维修规程，使得管理水平得以提升。除此之外，设计工作为用户提供必要的维修服务的过程中，也可以采取必要的改进措施，以保证优化可靠性设计的效果。在广义的可靠性设计中，同样也涵盖了维修性设计的内容。在可靠性设计中，主要考虑的是所设计生产的产品在长期使用中不会发生故障，而维修性设计的考虑重点就是在短时间内有效恢复产品的运行能力。为此，应针对用户常发生问题与容易发生问题进行调研，并将其转变成设计的问题。在对设计加以改进的基础上，实现结构的改善，降低常发生故障的出现几率。若能够在设计方面对曲柄销防松的问题进行解决，就会更方便拧紧。若应用防过载装置，那么曲柄轴就很难被扭断。长期以来，抽油机发生故障的几率都相对较高，质量问题十分严重，特别是减速器漏油的问题与曲柄销断裂的问题。另外，导致游梁被损坏的主要原因就是四肖式联接驴头让位的时候，对驴头强行搬动，导致游梁侧弯进而被损伤。如果程度严重，还会导致抽油机整体翻倒。在转变成自让位驴头以后，以上问题就不会再发生了。

结语

文通过对节能抽油机的机械和控制系统设计，结合搭建实验平台的实验，得出如下结论：1）所设计的抽油机采用开关磁阻电机取代转统的三相异步电机和永磁同步制动电机，采用行星齿轮滚筒减速的方式取代体积较大的减速器减速，通过配重导向部件实现位能的改变，使抽油机系统稳定性和工作效率得到了有效提高。2）所设计的抽油机能实现长冲程、低冲次，而且可根据实际工况条件的变化实现抽油机冲程和冲次快速调整。通过对搭建的抽油机实验平台实验进一步验证了所设计的抽油机机械部分和电气控制部分的可行性。3）通过实验观察和数据分析，电机、滚筒和制动器等机械部件在工作过程中都能安全可靠地工作，抽油机电气控制系统工作稳定，控制程序可行。

参考文献：

[1]潘大伟，于云华.一种用于抽油机的双模式无线示功仪设计[J].传感器与微系统，2015，34（9）：61-64.

[2]车新福，綦耀光，刘伟光等.抽油机支架组对工装的设计和使用[J].中国化工贸易，2015，（19）：97.