石油工程与装备课件第八章有杆抽油设备-第三节液压抽油机.ppt

1、第三节第三节 液压抽油机液压抽油机 油缸杆与游梁后力臂油缸杆与游梁后力臂端部之间有轴承连接与端部之间有轴承连接与特殊驴头连接两种方式。特殊驴头连接两种方式。使用铰支摆动油缸，使用铰支摆动油缸，无平衡机构。无平衡机构。游梁式液压抽油机游梁式液压抽油机第三节第三节 液压抽油机液压抽油机一种无游梁抽油机。一种无游梁抽油机。一、一、特点特点1.1.驱动：驱动：液缸液缸活塞，活塞，带动抽油泵带动抽油泵往往复运动，复运动，抽油抽油。驱动过程：驱动过程：电机电机液压泵液压泵液缸液缸抽油杆抽油杆抽油泵抽油泵。2.2.平衡：平衡：气动气动、机械平衡（常用气、机械平衡（常用气平衡）平衡）3.3.优点：优点：无级调

2、节冲程无级调节冲程、冲次冲次、动、动载小，控制灵活。载小，控制灵活。液压缸液压缸抽油泵抽油泵抽油杆抽油杆二、方案及原理二、方案及原理1 1单循环方案单循环方案（1 1）结构：）结构：泵、阀、缸、泵、阀、缸、活塞杆连光杆，闭式系统。活塞杆连光杆，闭式系统。（2 2）工作原理）工作原理换向阀左位：换向阀左位：上冲程。上冲程。泵油进缸下腔，泵油进缸下腔，抽油杆上行；抽油杆上行；空气包释放能量，包内油压向泵空气包释放能量，包内油压向泵入口，增加压力能。入口，增加压力能。换向阀右位：换向阀右位：下冲程。下冲程。缸下腔油进泵入口，泵油进空缸下腔油进泵入口，泵油进空气包，储能。气包，储能。（3 3）作用效果

3、）作用效果上冲程：上冲程：空气包空气包使泵有灌注压力，使泵有灌注压力，泵出口增压，达到举升压力，空气包泵出口增压，达到举升压力，空气包起起帮举帮举作用。作用。下行程：下行程：油泵油泵使空气包储能。油缸使空气包储能。油缸油进泵入口，起到油进泵入口，起到背压背压作用，泵不吸作用，泵不吸油无法下行。防止活塞，快速下落。油无法下行。防止活塞，快速下落。（4 4）优点：）优点：结构简单结构简单（5 5）缺点：）缺点：闭式系统，闭式系统，泵入口压力泵入口压力较高较高，排出压力受强度限制不可能过，排出压力受强度限制不可能过高。要满足工作要求，只有加大缸径，高。要满足工作要求，只有加大缸径，使使元件参数较大元

4、件参数较大。2.2.双循环方案：（开式系统）双循环方案：（开式系统）（1 1）结构特点）结构特点 驱动与平衡系统分开。驱动与平衡系统分开。油缸：油缸：下为工作、驱动缸，上为平衡缸。下为工作、驱动缸，上为平衡缸。（2 2）工作过程）工作过程 换向阀处左位：换向阀处左位：上冲程。上冲程。工作缸下腔充油，上腔回油，抽油杆上行；工作缸下腔充油，上腔回油，抽油杆上行；同时，平衡缸下腔容积增大，空气包放能帮举。同时，平衡缸下腔容积增大，空气包放能帮举。换向阀右位：换向阀右位：下冲程。下冲程。工作缸上腔充油，下腔回油，活塞下行；工作缸上腔充油，下腔回油，活塞下行；平衡缸下腔容积减小，空气包储能（起平衡作用平

5、衡缸下腔容积减小，空气包储能（起平衡作用，阻止下行。）。，阻止下行。）。（3 3）优点：）优点：泵和空气包一同升举泵和空气包一同升举。缸径可小，。缸径可小，元件流量减小。元件流量减小。（4 4）缺点：）缺点：两缸串联尺寸高两缸串联尺寸高。活塞活塞活塞活塞3.3.三循环方案（相当于三个缸）三循环方案（相当于三个缸）克服上两种不足。（单：缸径大；双：高）克服上两种不足。（单：缸径大；双：高）（1 1）结构特点）结构特点：两缸：两缸：驱动缸（上）驱动缸（上）+平衡缸（下）。平衡缸（下）。工作缸（独立）。工作缸（独立）。（2 2）工作过程：）工作过程：阀左位：阀左位：下冲程下冲程驱动缸驱动缸上上腔进油

6、，驱动、平衡活塞下行，腔进油，驱动、平衡活塞下行，空气包储能。工作缸活塞自重下，下行。空气包储能。工作缸活塞自重下，下行。阀右位：阀右位：上冲程上冲程驱动缸驱动缸下下腔进油，活塞上行，抽油杆上行腔进油，活塞上行，抽油杆上行，空气包帮助举升。，空气包帮助举升。（3 3）优点：）优点：高度高度较双循环较双循环低低。（4 4）缺点：）缺点：结构复杂。结构复杂。活塞活塞活塞活塞三、典型三、典型双循环液压抽油机双循环液压抽油机液压液压气动系统：气动系统：液压驱动，气动平衡液压驱动，气动平衡。1 1主要结构主要结构工作缸工作缸和和动力缸，为一个缸；动力缸，为一个缸；平衡气缸平衡气缸（在工作缸外）。（在工作

7、缸外）。属于属于双循系统双循系统。（1 1）液控系统）液控系统动力动力元件元件：泵（泵（1 1）执行执行元件元件：油缸（油缸（5 5）控制控制元件元件：主阀：液动（主阀：液动（2 2）先导阀：二位四通阀（先导阀：二位四通阀（3 3）单向节流阀（单向节流阀（4 4）辅件辅件：油箱、滤器、表。油箱、滤器、表。（2 2）气系统气系统压风机压风机（9 9）；气缸气缸平衡缸（平衡缸（1010）；）；空心活塞空心活塞平衡缸活塞（平衡缸活塞（1111）；）；气缸气缸活塞活塞45压力开关（压力开关（1212）（电接）（电接触压力表）触压力表）压力开关：压力开关：指针与电源指针与电源相接，两个触点（相接，两个触

8、点（3737）、（、（3838），分别与二位），分别与二位四通电磁阀线圈相接。四通电磁阀线圈相接。【低气压时，开始下冲【低气压时，开始下冲程。高气压时程。高气压时,开始上开始上冲程。】冲程。】低压触低压触点点高压触高压触点点 （3 3）滑轮装置）滑轮装置 滑轮滑轮2 2个（让开距离），托架、钢个（让开距离），托架、钢带。带。托架与主油缸活塞杆及平衡缸的空托架与主油缸活塞杆及平衡缸的空心活塞杆相连。心活塞杆相连。钢带：钢带：一端连与光杆，另一端与平一端连与光杆，另一端与平衡缸顶部耳架相连。衡缸顶部耳架相连。滑轮作用：滑轮作用：减小主油缸高度。冲程减小主油缸高度。冲程长是主缸活塞行程的长是主缸活塞

9、行程的2 2倍。倍。光杆速度光杆速度2 2倍活塞速度倍活塞速度（托架升高（托架升高h h，悬点走升高，悬点走升高2h2h。）。）（4 4）起落装置）起落装置金属构架（金属构架（1818），），起落缸（起落缸（1919），支），支架（架（2020）。）。起落缸使装置起落缸使装置整整体起放体起放（油缸杆缩油缸杆缩拉起，伸放下拉起，伸放下），），下端铰接。下端铰接。2 2动作原理动作原理 阀阀3 3（先导阀）左位（先导阀）左位泵泵1 1管线管线3939主阀孔主阀孔4040阀孔阀孔4141主缸主缸5 5下腔下腔主活塞主活塞上行。上行。管线管线4747单向节流阀单向节流阀4 4主阀芯右盲孔主阀芯右盲孔主

10、阀芯左主阀芯左行（使行（使4040与与4141通）。通）。【主阀芯可在短管（小柱【主阀芯可在短管（小柱塞塞中空）中空）3333上滑动】上滑动】托架托架1616和滑轮和滑轮1414上行，钢带上行，钢带1717带抽油杆上行。带抽油杆上行。上行时，主缸上腔油上行时，主缸上腔油阀孔阀孔4242,室室，孔，孔4343，管线，管线4444，滤，滤器器8 8油箱。油箱。45阀阀3 3右位右位泵泵线线3939孔孔4040孔孔4242主缸主缸上腔抽油杆下行。上腔抽油杆下行。线线4747左单向节流阀左单向节流阀主主阀芯左孔阀芯左孔主阀芯右行。主阀芯右行。此时，主缸下腔油此时，主缸下腔油孔孔4141室室孔孔4545

11、线线4646滤器滤器油箱。油箱。主活塞和空心活塞上行，气主活塞和空心活塞上行，气缸帮助推举；下行，气缸储能。缸帮助推举；下行，气缸储能。阀阀3 3：由压力开关控制由压力开关控制，行程，行程达上死点（气低压）、下死点（气达上死点（气低压）、下死点（气高压），压力变到特定值，指针高压），压力变到特定值，指针3636摆动与触点摆动与触点3737或或3838接触接触 ，使阀，使阀3 3处处左或右位。左或右位。3435注：单向节流阀：注：单向节流阀：进进油单通，回油节流。油单通，回油节流。（减小阀芯冲击）（减小阀芯冲击）主阀芯，三台肩，两主阀芯，三台肩，两盲孔，主阀芯可在左盲孔，主阀芯可在左、右有通孔的

12、小柱塞、右有通孔的小柱塞上滑动。上滑动。“巧妙构思巧妙构思”四、液压抽油机工作理论四、液压抽油机工作理论以前苏以前苏(a:geen)(a:geen)液压抽油机为例。液压抽油机为例。（一）（一）液压抽油机构造液压抽油机构造双油缸叠加布置。双油缸叠加布置。1 1下缸下缸抽油杆油缸抽油杆油缸活塞杆与抽油杆相连。活塞杆与抽油杆相连。作用：作用：活塞带抽油杆活塞带抽油杆和和柱塞运动，抽油。柱塞运动，抽油。2 2上缸上缸油管油缸油管油缸连接：连接：活塞杆与连接支架活塞杆与连接支架和和油管柱连。油管柱连。作用：作用：活塞带油管柱活塞带油管柱和和泵筒上、下运动，泵筒上、下运动，油管重作为平衡重油管重作为平衡重

13、。下下冲冲上上冲冲3 3工作特点工作特点上、下两缸配合运动，使柱塞上、下两缸配合运动，使柱塞相对相对泵筒运动。泵筒运动。冲程长度冲程长度=杆柱和管柱杆柱和管柱位移总和位移总和组成系统：组成系统：两动力缸、动力泵两动力缸、动力泵、电机、控制装置。、电机、控制装置。控制系统：控制系统：用于活塞换向时，用于活塞换向时，加、减速、制动和停止。加、减速、制动和停止。两缸两缸下腔室下腔室连通：连通：一缸下行，一缸下行，另一缸必上行。反之相反。另一缸必上行。反之相反。下下冲冲上上冲冲（二）工作过程（二）工作过程 (双油缸叠加双油缸叠加液压抽油机液压抽油机)1 1油杆缸上腔进油油杆缸上腔进油杆缸杆缸活塞下行，

14、即下冲程。活塞下行，即下冲程。杆缸下腔油进管缸下腔，管缸活塞上行，杆缸下腔油进管缸下腔，管缸活塞上行，管柱和泵筒上冲程。管柱和泵筒上冲程。柱塞下冲程，泵筒上冲程，抽油泵（柱塞下冲程，泵筒上冲程，抽油泵（泵筒泵筒）排油（游阀开）排油（游阀开）。2 2油管缸上腔进油油管缸上腔进油管缸管缸活塞下行，油管和泵筒，下冲程。活塞下行，油管和泵筒，下冲程。管缸下腔油进杆缸下腔，杆缸活塞上行，管缸下腔油进杆缸下腔，杆缸活塞上行，杆柱和泵柱塞上冲程杆柱和泵柱塞上冲程。柱塞上冲程，泵筒下冲程，抽油泵（柱塞上冲程，泵筒下冲程，抽油泵（泵筒泵筒）吸油）吸油(定阀开，地面出油。定阀开，地面出油。)。下下冲冲上上冲冲3.

15、3.柱塞下冲程：柱塞下冲程：4.4.柱塞上冲程：柱塞上冲程：对（对着）柱塞与泵筒运动方向相下缸上缸两缸活塞泵筒柱塞背柱塞与泵筒运动方向相下缸上缸两缸活塞泵筒柱塞注：注：抽油泵排油，进柱塞上腔，待抽油泵排油，进柱塞上腔，待上行带出地面；上行带出地面；抽油泵吸油，柱塞上行，地面抽油泵吸油，柱塞上行，地面排油，套管内原油进泵筒排油，套管内原油进泵筒。上上冲冲下下冲冲（三）平衡原理及计算（三）平衡原理及计算 用油管柱和油柱重作平衡重。用油管柱和油柱重作平衡重。（柱塞下行，要克服管柱和油柱（柱塞下行，要克服管柱和油柱上行阻力，起平衡作用。）上行阻力，起平衡作用。）泵柱塞上方的油柱重是由泵柱塞上方的油柱重

16、是由杆柱杆柱和和管柱管柱交替承受交替承受。柱塞上行：柱塞上行：油柱重，由杆承受。油柱重，由杆承受。柱塞下行：柱塞下行：油柱重，由管承受，油柱重，由管承受，恰好使杆柱下落增加阻力。（上恰好使杆柱下落增加阻力。（上缸带管柱、油柱上行）缸带管柱、油柱上行）上上冲冲下下冲冲1 1平衡原理分析（平衡原理分析（与双臂杠杆相似与双臂杠杆相似）（1 1）杠杆平衡：）杠杆平衡：靠靠调调力臂比，力臂比，达平衡达平衡。（2 2）液缸平衡：）液缸平衡：靠靠调活塞面积比调活塞面积比，达平衡，达平衡。（3 3）以杠杆原理）以杠杆原理,分析液压缸分析液压缸变平衡重平衡原理变平衡重平衡原理。长臂：长臂：点与杆柱和泵柱塞相连。

17、点与杆柱和泵柱塞相连。短臂：短臂：点与油管柱和泵筒相连。点与油管柱和泵筒相连。（力臂比力臂比），称平衡参数称平衡参数。两端力一定调节两端力一定调节 ，可使系统达平衡。力变了，就要，可使系统达平衡。力变了，就要重新调节重新调节 ，确定平衡参数。，确定平衡参数。ab/ab/ab/上冲程上冲程下冲程下冲程力矩平衡方程力矩平衡方程外力外力:和和 ，方向相反方向相反。（1）上P下P0(0 ）下冲程：）（）（上冲程：动力矩下油管动力矩杆右边动力矩上管左边阻力矩油杆bPbPPaPbPPaPP上冲程上冲程下冲程下冲程系统平衡条件系统平衡条件用上、下冲程，杠杆用上、下冲程，杠杆外力做功相等外力做功相等作为系统平

18、衡条件。作为系统平衡条件。（2）（让发动机做功相等让发动机做功相等）外力外力:和和 ，做功相等做功相等：）（）（下下上上PAPA上P下PbPbP下上上冲程上冲程下冲程下冲程平衡参数平衡参数 （3）【注注：】（3 3）式表明，一定的杠杆比值）式表明，一定的杠杆比值K,K,能使抽油杆上、下能使抽油杆上、下冲程时发动机做功相等冲程时发动机做功相等。【（3 3）式是做功相等下导出的）式是做功相等下导出的 】油管油杆PPPPabK22bPaPPbP管油杆上）（|aPbPPbP杆油管下）（|aPP）（油杆2bPP）（油管2ab【上、下冲程系统平衡所得上、下冲程系统平衡所得】2 2液缸平衡计算液缸平衡计算（

19、1 1）抽油杆上冲程：）抽油杆上冲程：杆杆，管，管 换向阀处右位，管缸（换向阀处右位，管缸（上缸上缸）上腔）上腔进液。进液。管缸活塞上作用力管缸活塞上作用力：上腔液压力上腔液压力：油管自重油管自重：下腔液压力下腔液压力：（油重由杆承担，游阀关，定阀开油重由杆承担，游阀关，定阀开），管缸活塞上、下腔面管缸活塞上、下腔面积。积。1Fp上21(FFPP）油杆管P1F1F上上冲冲力平衡方程力平衡方程 （4）（2 2）抽油杆下冲程：抽油杆下冲程：杆杆，管，管换向阀处左位，杆缸上腔进液。换向阀处左位，杆缸上腔进液。杆缸活塞上作用力杆缸活塞上作用力：上腔液压力上腔液压力：杆自重杆自重：下腔液压力下腔液压力：

20、油重由管承担，游阀开，定阀关油重由管承担，游阀开，定阀关。，杆缸活塞上、下腔面积杆缸活塞上、下腔面积。0211FFPPPFp）（油杆管上2Fp下杆P12(FFPP）油管2F2F下下冲冲 力平衡方程力平衡方程0122FFPPPFp）（油管杆下（3 3）参数设定）参数设定（各面积比用一个简单参数代替）（各面积比用一个简单参数代替）KFF12NFF22KFF12面积比作为杠杆臂长比面积比作为杠杆臂长比：和和 是联系两缸的纽带是联系两缸的纽带，相当于臂长比，相当于臂长比。1F2F油油杆杆环油管管）（LgqPLgqPqqLgP（5）（6）油管柱重油管柱重加加环形间隙油柱重环形间隙油柱重；L下泵深下泵深；

21、1m1m管柱、杆柱质量管柱、杆柱质量；柱塞上和环隙柱塞上和环隙1m1m油柱质量油柱质量；管P杆管，qq环油油，qq3 3泵压泵压将各参数代入力平衡方程（将各参数代入力平衡方程（4 4）、（）、（5 5）式得式得：)(22杆环油油管下环油管油杆上（下冲程：上冲程：qqqqKNFLgpqqKqqNFKLgp（7）4 4平衡标准平衡标准与与平衡参数平衡参数 （面积比）确定（面积比）确定液压传动中用泵压液压传动中用泵压：作为平衡标准作为平衡标准。K下上pp由（由（7 7）式方程左边相等有）式方程左边相等有：02CBKAK环油油管qqqA环油管杆qKqKqB环油杆qKqKC求二次方程求二次方程，确定确定

22、 （正根正根）。所得所得 为上、下冲程为上、下冲程泵压相等泵压相等条件下的平衡参数值条件下的平衡参数值（）。KK12FF（8）AACBBK242平衡参数平衡参数 与下泵深与下泵深L L无关无关（式中不含式中不含L L），取决于井内设备、油柱取决于井内设备、油柱1m1m长度的质量。长度的质量。（只与（只与 ，有关有关。）杆管，qq环油油，qqKK5 5确定确定管缸管缸活塞杆径活塞杆径 1d22222121)(dDdDKKdDDKd2222211（9）)(4)(4(2121222212dDdDFFK6 6平衡参数分析平衡参数分析（物理意义）（物理意义）人为设定人为设定了了 与与 间的关系间的关系

23、，称称平衡参数平衡参数。根据上、下冲程根据上、下冲程泵压泵压相等的平衡条件，建立了上、下冲相等的平衡条件，建立了上、下冲程系统的平衡关系程系统的平衡关系。由由油井参数油井参数（，单位长度质量单位长度质量）可可得得到到平平衡参数衡参数的值，与的值，与 比较比较有矛盾有矛盾，即，即平衡关系平衡关系被被打破打破。要满足计算要满足计算 值值，应对应对 值调整值调整，设计时，设计时 为为定值定值，实际实际 可变，通过改变可变，通过改变 换换杆径杆径满足要求，达到系统平满足要求，达到系统平衡目的。衡目的。2F1F杆管，qq环油油，qq12FF12FF2F1F1dKKKK例设计时例设计时，由井下参数求得由井

24、下参数求得 （整个系统平衡被打破整个系统平衡被打破），必须使），必须使 （原为原为1010），由变小由变小 实现实现。2110512FFK41K201F1dAACBBK242)(421211dDF内含井下参数内含井下参数摆动油缸摆动油缸摆动轮摆动轮小齿轮小齿轮齿条齿条支架支架配重配重钢绳钢绳做功做功钢绳钢绳配重配重机座机座抽油泵抽油泵导向筒导向筒摆动油缸液压抽油机摆动油缸液压抽油机专利产品专利产品工作原理工作原理 柱塞摆动油缸往复运柱塞摆动油缸往复运动通过齿条带动小齿轮动通过齿条带动小齿轮转动，使摆动轮往复摆转动，使摆动轮往复摆动，带动抽油泵实现上动，带动抽油泵实现上下冲程。下冲程。平衡重随摆轮的摆动平衡重随摆轮的摆动实现往复运动。实现往复运动。摆轮外有许多凹槽，摆轮外有许多凹槽，做功和配重钢丝绳置于做功和配重钢丝绳置于其中。两根绳分别固定其中。两根绳分别固定在摆轮上，固定点成在摆轮上，固定点成180。冲程长度取决油缸柱冲程长度取决油缸柱塞的行程，冲次取决于塞的行程，冲次取决于油缸进油流量。油缸进油流量。