采油中心的动力特性分析及结构优化改进

论文摘要

抽油机是油田有杆泵抽油系统的重要地面抽油设备,是构成“三抽”系统的主要组成部分。在有杆泵抽油系统中,由于游梁式抽油机存在载荷波动大,载荷变化的不均匀性使抽油机传动性能不稳定。因此,研究区域集中采油的采油中心,具有重要的现实意义。本文分析了大庆油田部分油井分布形式及抽油机悬点载荷呈现简谐运动的特点,利用抽油机系统载荷的相位变化规律,揭示了采油中心的工作原理,针对一机带偶数为6的井口数,设计了采油中心的总体方案。针对抽油机系统存在的节能降耗问题,运用动力学分析理论和方法,建立了采油中心动力传动系统的运动学模型和动力学模型,对采油中心在不同冲程、冲次、机构尺寸及悬点载荷下的运动和动力特性进行了深入的理论分析。为提高采油中心系统性能,优化改进设计采油中心的结构提供了理论依据。为了降低采油中心电机输出轴角速度的波动幅度,在电机输出轴上设计了飞轮储能调节装置,使电机运行工况与采油工况相匹配,改善了动力传动系统的运行性能。最后,结合机构优化设计理论,对采油中心进行结构尺寸优化设计,并对优化前后运动学和动力学性能参数进行了仿真对比分析,改善了系统的运动和动力性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究课题的背景及意义
• 1.2 抽油机的技术发展现状及问题
• 1.2.1 常规型游梁式抽油机
• 1.2.2 无游梁式抽油机
• 1.2.3 多功能型柔性抽油机
• 1.3 抽油机的节能途径
• 1.4 抽油机的发展趋势
• 1.5 论文的主要内容
• 第2章 采油中心的总体方案设计
• 2.1 油田油井的分布特点
• 2.2 采油中心的工作原理
• 2.3 采油中心的总体方案设计
• 2.4 采油中心的主要优越性
• 2.5 采油中心生产实践中存在的问题
• 2.6 本章小结
• 第3章 采油中心的运动和动力特性分析
• 3.1 建立采油中心动力传动系统的运动学几何模型
• 3.1.1 建立采油中心的悬点位移方程
• 3.1.2 建立采油中心的悬点速度方程
• 3.1.3 建立采油中心的悬点加速度方程
• 3.1.4 建立采油中心的扭矩因数方程
• 3.2 采油中心的运动性能影响分析
• 3.2.1 基本参数的确定
• 3.2.2 冲程、冲次对采油中心运动性能的影响分析
• 3.2.3 机构尺寸对采油中心运动性能的影响分析
• 3.3 采油中心的悬点载荷变化规律
• 3.3.1 采油中心的悬点载荷分析
• 3.3.2 采油中心的悬点静载荷变化规律
• 3.3.3 采油中心的悬点动载荷变化规律
• 3.3.4 采油中心的悬点载荷变化规律
• 3.3.5 采油中心的最大、最小悬点载荷变化规律
• 3.4 建立采油中心动力传动系统的动力学数学模型
• 3.4.1 建立采油中心的减速器输出轴扭矩方程
• 3.4.2 建立采油中心的平衡度方程
• 3.4.3 建立采油中心的电机功率方程
• 3.4.4 建立采油中心的节电率方程
• 3.5 采油中心的动力性能影响分析
• 3.5.1 不同冲程、不同悬点载荷下的动力性能影响分析
• 3.5.2 不同冲次、不同悬点载荷下的动力性能影响分析
• 3.5.3 不同机构尺寸、不同悬点载荷下的动力性能影响分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 采油中心的动力传动系统改进
• 4.1 采油中心动力传动系统的选型
• 4.2 飞轮储能调节装置的工作原理及结构设计
• 4.2.1 飞轮储能调节装置的工作原理
• 4.2.2 飞轮储能调节装置的结构设计
• 4.3 建立采油中心系统的等效动力学模型及求解
• 4.3.1 采油中心电机的运动性能对比分析
• 4.3.2 采油中心电机的动力性能对比分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 采油中心的结构尺寸优化设计
• 5.1 建立采油中心的优化设计模型
• 5.1.1 设计变量的选取
• 5.1.2 目标函数的确定
• 5.1.3 约束条件
• 5.1.4 优化算法
• 5.2 采油中心的优化结果对比分析
• 5.2.1 采油中心优化前后运动性能对比分析
• 5.2.2 采油中心优化前后动力性能对比分析
• 5.3 现场测试实验及数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢