平行轴式螺杆泵驱动装置设计

发布时间：2018-06-18 05:37

  本文选题：螺杆泵 + 地面驱动装置　； 参考：《西安石油大学》2015年硕士论文

【摘要】：螺杆泵是常见机械采油装置之一,常规式螺杆泵和直驱式螺杆泵是油田现阶段主要应用的螺杆泵采油系统。提高驱动效率以及停机时杆柱反转所带来的安全隐患是一直有待解决的问题。常规式螺杆泵一般采用皮带锥齿轮传动机构,因为皮带传动易打滑,造成传动丢转,能量损耗大效率低。另外通常采用棘轮棘爪这种机械式防反转装置,无法自动释放反转能量,需人工手动操作,存在安全隐患;直驱式螺杆泵通过电机连接光杆直接驱动,提高了传动效率,但由于缺少减速机构,同样功率的电机无法提供满足工作要求扭矩,而且当抽油杆柱反转时也无法减小电机端的反转扭矩。虽然应用能耗制动这种软刹车装置能够将反转自动释放,但该装置多是电子元件,使用寿命较短,更换频繁。因此研究带有高效传动机构的新型螺杆泵,以及防反转装置,对油田高效安全生产具有重要意义。新型平行式螺杆泵驱动系统采用高效平面二级减速器,本文主要研究基于此新型驱动系统基础之上的电磁制动装置。经过计算,设计完成该电磁制动防反转装置,并进行了数值模拟分析。计算结果表明本文设计的电磁制动装置制动力矩达到438.16N·m,若按照减速机降速比10~15计算,到减速机输出轴即驱动杆的最大扭矩可达到4381~6572N·m,完全可以满足普通螺杆泵井由停机带来杆柱反转的制动需要。应力分析结果也表明该装置满足强度要求。通过对PLC的设计,完成电磁制动专用智能控制系统,在该系统控制下,电磁制动装置能有效的制止杆柱反转,并能自动释放反转扭矩,有效的减少由反转造成的抽油杆断脱等事故的发生,也延长了系统的使用周期,提高安全性能。研究分析了螺杆泵井扭矩释放机理,详细阐明了杆柱反转的两部分原因所形成的两个作用阶段,一个是杆柱自身所储存的弹性势能反转阶段,另一个是由油套压差引起的类似于液压马达效应作用阶段。分别推导得出两个阶段杆柱无约束反转过程中角速度、角加速度与反转时间之间的计算关系式。对研究杆柱反转具有理论实际意义,也对本文研究的电磁制动装置的制动释放间隔时间具有指导意义。
[Abstract]:Screw pump is one of the common mechanical oil recovery devices. Conventional screw pump and direct-drive screw pump are the main oil recovery systems used in oil field at this stage. Improving the driving efficiency and the safety hidden trouble caused by the pole-column reversal are the problems that need to be solved all the time. The conventional screw pump adopts the belt bevel gear transmission mechanism, because the belt drive is easy to slip, causes the transmission to lose the rotation, the energy loss is big and the efficiency is low. In addition, the ratchet is usually used as a mechanical anti-inversion device, which can not automatically release the inversion energy and needs manual operation, so there is a hidden danger of safety. The direct-drive screw pump is driven directly by the motor connecting the bare rod, which improves the transmission efficiency. However, due to the lack of deceleration mechanism, the same power motor can not provide the torque to meet the working requirements, and when the sucker rod string is reversed, it can not reduce the reverse torque at the motor end. Although this kind of soft brake device can release the reverse automatically, it is mostly electronic component, which has short service life and frequent replacement. Therefore, it is of great significance to study new screw pump with high efficiency transmission mechanism and anti-inversion device for high efficiency and safety production in oil field. The new parallel screw pump drive system adopts high efficiency plane two stage reducer. The electromagnetic braking device based on this new drive system is studied in this paper. After calculation, the electromagnetic braking anti-inversion device is designed and analyzed numerically. The calculation results show that the braking torque of the electromagnetic brake device designed in this paper is 438.16N / m. If the speed ratio of the reducer is 1015, The maximum torque to the output shaft of the reducer, the driving rod, can reach 4381n / 6572N / m, which can completely meet the brake requirement of the ordinary screw pump well which is caused by the stop of the shaft to reverse the rod string. The results of stress analysis also show that the device meets the requirement of strength. Through the design of PLC, the special intelligent control system of electromagnetic brake is completed. Under the control of the system, the electromagnetic brake device can effectively prevent the pole from reversing and automatically release the reverse torque. It can effectively reduce the accidents such as rod breakage caused by reverse, prolong the life cycle of the system, and improve the safety performance. In this paper, the torque release mechanism of screw pump well is studied and analyzed, and the two action stages formed by the two parts of the rod column inversion are explained in detail, one is the elastic potential energy inversion stage stored in the rod string itself. The other is caused by the oil sleeve pressure difference similar to the hydraulic motor effect stage. The relationship between angular velocity, angular acceleration and inversion time in the unconstrained inversion process of two stages of rod columns is derived respectively. It is of theoretical and practical significance to study the pole column inversion, and it is also of guiding significance to the braking release interval of the electromagnetic braking device studied in this paper.
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE933.3

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本文编号：2034353