论常规型游梁式抽油机的机械平衡

Mechanical Balance for the ConventiOnal Beam 0il ExtractorMA Wu，ZHANG Li，LIU Jian，ZHANG Kai(School of Mechanical and Electrical Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)Abstract：At present，the conventional beam oil extractor used in the oilfield development production is the most com-monly extraction method，which occupies the entire production more than sixty percent.The conventional beam oil extractorusualy adopts three balance ways，or pneumatic balance，hydraulic balance and mechanical balance，mechanical balance usu-ally takes crank balance，beam balance，and combined balance.This paper mainly focused on output torductor of oil extrac-tor retarder to do calculating analysis，and did calculation for crank net torque curve diagram through MATI AB software，so the energy-saving effects of oil extractor for different balance ways were conformed。

Key words：conventional beam oil extractor，balance way，crank net torque，balance effect analysisi1 平衡的必要性 能效果更好。

常规游梁式抽油机主要 由电动机 、减速箱、四连杆机构 、驴头及机架等组成 。在上冲程 中，电动机做正功，使驴头上行 ，提起抽油杆柱和液柱 ，输 出很大的能量；在下冲程中，驴头下行，抽油杆柱和驴头在自重作用下 自由下落 ，电动机接受能量做负功。在1个冲程内，电动机载荷非常不均匀 ，从做正功跳跃到做负功，严重影响了电动机、减速箱、四连杆机构的效率和寿命，也对抽油杆造成很大冲击，断脱次数明显增加 ，使抽油机主要受力部件断裂。由此可见 ，要消除电动机做负功的不利 因素 ，抽油机必须采取合理的平衡方式 。

2 平衡原理常规型游梁式抽油机机械平衡原理为在悬点下冲程 中，将平衡重由低处抬高 ，这不仅需要抽油杆和驴头下行释放势能，还需要电动机付出能量，这样就消除 了下冲程时电动机做负功的现象 ，并且在此过程中，平衡重储存能量；在悬点上冲程中，平衡重下落 ，释放势能 ，帮助电动机提升抽油杆柱 、液柱 以及驴头，此时电动机也只需做少许功即可 ，这样就解决了电动机工作不均匀的现象。合理选择平衡可使节3 曲柄净转矩的分析计算3.1 曲柄平衡方式的曲柄净转矩分析曲柄平衡是将平衡重安装在曲柄上 ，通过重力对曲柄装置的回转中心形成转矩 抽油机工作过程中，在净转矩计算时，做如下假设 ：1)各处摩擦因素忽略不计；2)驴头、游梁、横梁、连杆重由结构不平横重 B代替。抽油机曲柄受力图如图1所示。

图 1 曲柄平衡抽 油机受力简图对曲柄轴 中心 O 、游梁支撑点 02取力矩平衡得 ：f 1- Frcos(a- 90。)-GlRsin0- QRcsin0lF Csin - A(P- B) (1)l 《新技术新工艺》数字技术与机械工程数字技术 机械工程式 中，G 、Q为曲柄平衡块重 、曲柄重 ；P为驴头悬点载荷 ；R为 曲柄平衡块重心半径 ，即曲柄平衡块重心与曲柄轴心间的距离 ；R 为曲柄重心半径，即曲柄重心与曲柄轴心间的距离；F 与F是-对作用力与反作用力 。

化简式 1，得 到曲柄平衡时 的曲柄净转 矩表达式 ：- (P B)- (G RQR c)sm (2)令 T～F - ，称为转矩 因数 ，则式 2可简S1n/s化为：T 1- TF(P- B)- (G1R QRc)sin0 (3)3.2 游梁平衡方式的曲柄净转矩分析游梁平衡是将平衡重安装在游梁尾部。抽油机工作过程 中，同样忽略各种摩擦 因素，驴头、游梁 、横梁、连杆重由结构不平横重 B代替。抽油机曲柄受力图如图 2所示 。

图 2 游梁 平衡抽 油机受力简图同样对曲柄轴心 0 、游梁支撑中心 O2取力矩平衡可得 ：fT 2- Frsiva- QRCsin0IF'CsinflGzCc。s ：A(P-B)式 中，G 为游粱平衡块重。

化简式 4，得到游梁平衡时曲柄轴净转矩表达式 ：T 2-TF(P-B-G2 -COSO")-QRcsin0(5)、 ，3.3 复合平衡方式的 曲柄转矩分析游梁式抽油机复合平衡是在曲柄、游粱同时加载平衡重 ，受力简图如图 3所示 。

对 0 、02取力矩平衡可得 ：f 3- Frsina- G3Rsin0- QRcsin0， 、lF CsinBG CCOSO" A(P-B)式中，G 、G 分别是曲柄 、游梁尾部平衡重 。

图 3 复合平衡抽油机受力简 图4 实例分析计算以常规型游 梁式 抽油机 CYJ1O-3-53HB为例，悬点最大载荷为 93.38 kN，最大冲程为 3 m。

在普通游梁抽油机中，游梁摆角 影响较小 ，可忽略不计。则式 3、式 5、式 7可分别简化为 ：1- TF(P - B)- sin0， ，1 、2 ：： f P-B- Gz)-QRcsin0、 n ，， 厂 、 、。 - f P-B- G Mc sin0 (8)、 n ，式中，Mc 为曲柄轴的最大转矩。

使用 MATLAB的M 文件编辑器编写程序，在M 函数文件中计算出结果，将计算结果作为数据再次输入 Command Window工作区中，通过 cftool启动线性曲线拟合工具箱 Curve fiting too1，在 Data窗口利用 X data和 Y data的下拉菜单读人数据，点击Fitting”按钮 ，调出Fiting”窗 口，通过Dataset”下拉菜单选择数据集，然后通过下拉菜单Typeof fit”选择拟合 曲线的类型 ，在 这里选用 Interpol-ant(插值逼近)中的 linear逼近方法 ，最后生成拟合曲线 ，净转矩曲线如图 4所示 。

厂， ； ，、 、 l±， l i：/ f l玎 丌 、l l-- m- l l二- /；l I / lrV i 曲柄转角，(o)图 4 净 扭矩曲线化简式 6，得到复合平衡时曲柄净转矩表达式： 5 结语。 - (P-B-A-G4 COSa)-(G。RQR )sin 运行MATLAB曲线拟合工具，生成曲线图后，(7) 点击Analysis”按钮，对曲线进行分析。 、 z曲《新技术新工艺》数字技术与机械工程 厂如 加 O ：2 加g.复 辩稻骣雹新技术新工艺 2013年 第 3期激光熔覆组合式送粉喷嘴的研制苏伦昌，董春春，李 振，杜学芸(山东能源机械集团 大族再制造有限公司，山东 新泰 271222)摘 要：针对生产实践中激光熔覆加T-技术对送粉喷嘴 的使用需求，设计研 制 了-种组合式重 力送粉喷嘴。该喷嘴带有送粉缓冲槽，倾斜角度可调，利用循环水进行冷却，适于大容量送粉器使用。实践证明，该新型送粉喷嘴机加工工艺具有技术先进 、冷却效果 良好 、输送粉 末流均 匀的特点 ，可以满足激光熔覆的工业应用需求 ，大大提 高了生产效率。

关键词：激光熔覆技术；重力送粉；送粉喷嘴；工业应用中图分类号：TN 249 文献标志码：ADevelopment of Combined Gravity Feeding Nozzle for Laser CladdingSU Lunchang，DNG Chunchun，1A Zhen，DU Xueyun(Shandong Energy Machinery Group，HanS Re-manufacturing Co.，Ltd，Xintai 271222，China)Abstract：To meet the industrial requirements of the powder feeding nozzle for laser cladding processing technology inproduction practice，a combined gravity powder feeding nozzle with powder feeding buffer tank，adjustable tilt angle and circulating water cooling system for large capacity powder feeder was designed and developed in our company.It is shown thatprocessing technology of this feeding powder nozzle is advanced，the cooling effect is good and the powder conveying is moreuniformly distributed.It can meet the needs of industrial applications of laser cladding，and greatly improve the producingefficiency。

Key words：laser cladding，gravity feeding powder，feeding powder nozzle，industrial application激光熔覆是-种近几年才兴起的材料加工与表面改性技术，其实质是按照快速成形 的理念 ，将激光熔覆层沿垂直方 向向空间多层叠加 ，直接制造出三维金属零件或实现对重大零件的快速再制造绿色修复，以提高基材的综合性能 。在激光直接制造和再制造过程中，激光熔覆层的成形质量和性 能受-系列综合因素的影响 ，熔覆用材料 的添加是要控制的关键因素之- ，其 中粉末单位时间输送率是 由送粉器整体的特性决定的 ，而送粉器喷嘴对熔覆层质量的影响很关键 ，它的特性直接关系到送入熔池的 石盼 晶 e 写 写 石 石 蛉 盼 、睹 写 蛤 簖 e 牙 七 ! 0 身 线同时在 0-252。时达到最大 ，T 在 0- 36。处达到最大 ，最大值分别为 T - 24.1 kN ，T -22.4 kN ，T -28.8 kN 。再对 比图 4中的 3条曲线 的平滑度可以看出，CYJ10-3-53HB型抽油机使用游梁平衡时，曲柄净转矩的峰值最低 ，负转矩也最小，平衡效果最好，很好地降低了电动机功率，节能效果也最好 ；使用曲柄平衡时，效果与游梁平衡时的效果非常相近；使用复合平衡时的效果最差 。

所以，理论上此种型号的抽油机最好 的节能效果是使用游梁平衡的方式 。

但从制造与装配工艺性考虑，曲柄平衡方式 比游梁平衡方式更易于实现，操作简单，易于装配与维修，且平衡的调整也很方便。实际上，从经济效益方面考虑 ，此种型号及更大型的常规 型游梁式抽油机最合适曲柄平衡方式平衡。因此，现今世界上各大油田的非自喷井使用的常规型游梁式抽油机-般都采取曲柄平衡方式。