抽油机传动效率试验分析与应用

张德实，冯子明，邵守军，王新民

抽油机传动效率试验分析与应用

张德实1，冯子明2，邵守军3，王新民1

（1．大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453；2．东北石油大学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318；3．大庆油田有限责任公司第一采油厂，黑龙江大庆163111）

为获得抽油机各传动部件的精确传动效率模型，分别在室内电动机工作性能试验台和模拟试验井上模拟实际工况，进行试验测试与研究。通过对测试的电参数、转矩和转速的拟合处理，获得了电动机、皮带、减速箱和四连杆等部件的传动效率函数，并使用本函数计算了各部件在特定工况下的瞬态传动效率曲线，为抽油机优化设计与综合评价提供技术支持。

抽油机；传动效率；试验分析；拟合模型

常规游梁式抽油机井进行抽汲设计、优化运行、节能评价时，在满足工程应用要求的前提下，可以将抽油机的各传动部件效率按固定值处理，这样可以简化设计时的计算难度，提高工作效率［1-2］。随着对机械采油方式的要求更加精细化、高效化，有必要获得抽油机各传动部件的效率-功率曲线的精确表达式。现有抽油机传动效率的文献没有给出精确的传动效率函数［3-6］，本文通过电动机工作特性试验台进行抽油机用电动机的特性测试，利用试验模拟井进行游梁式抽油机各传动部件的效率特性测试，并拟合成效率公式。

1　抽油机传动效率试验方法

本试验在大庆油田采油工程研究院的试验模拟井上进行，以C YJ10-3-37 H B型常规抽油机为试验机型，基本工况按油田实际工作参数来确定。测试节点包括电动机输入端、电动机输出轴、皮带轮输出轴、减速箱输出轴和光杆。抽油机地面设备测试结构简图如图1所示。

图1　抽油机地面设备测试节点分布

利用油井液面测试仪测试动液面深度；利用功图智能测试仪测试悬点位移和载荷；利用3169型电参数多功能测试仪测试电动机输入电参数（如图2），包括电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数等；利用速度传感器同步测试电机输出轴、皮带轮输出轴、减速箱输出轴的角速度；利用应变片测试转矩（如图3），可以同步测试电机轴、减速箱输入轴和减速箱输出轴转矩。一般情况下，分析抽油机井传动部件的效率时，分别测试传动部件的输入和输出两端的转矩和速度，进而算出功率，通过对应功率做比较便可求出传动效率。

图2　功率测试仪

图3　转矩测试应变片

电动机工作特性在东北石油大学的室内电动机特性试验台上进行，如图4所示。电机试验台主要由电源柜、测量柜、电动感应式调压机、转矩转速传感器、电涡流测功机等组成。可以连续测试变负载工况下的相关参数，电动机输入电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、输出轴转矩和转速。

图4　电动机工作特性测试台

2　数据处理及分析

表1为22kW三相异步电动机在2．5～46．4kW输入功率工况下，连续测得的相关电参数数据和转矩、转速数据。通过数据分析处理软件Origin对数据进行函数拟合，获得如图5所示的5条电机特性曲线和如表2所示的5个拟合函数。表3为皮带、减速箱和四连杆传动效率公式，其效率曲线如图6～8所示。

表1　电动机工作特性测试数据

图5　电动机工作特性曲线

表2　Y225 M-8电机工作特性函数

表2中：Sw为电动机滑差率；η′2为22 k W三相异步电动机效率；P1为电机输入功率，k W；P2为电机输出功率，k W；cosφ为功率因数；I1为电机输入电流，A。

图6　抽油机用皮带传动效率

图7　减速箱传动效率

图8　四连杆传动效率

表3　抽油机部件传动效率公式

3　应用分析

以表4内的抽油机型号和抽汲参数为基础，按前文试验数据拟合出的函数进行抽油机多节点瞬态效率曲线计算。计算结果如图9a～9d所示，分别表示电动机、皮带、减速箱和四连杆的传动效率，通过这4条曲线可以深入了解抽油机周期性运动规律及能耗随时间的变化规律，为抽油机的节能降耗和技术改造提供可靠的理论基础。

表4　抽油机变速优化基本运行参数

图9　抽油机各部件瞬态传动效率曲线

4　结论

根据室内电动机工作特性试验台测试数据和模拟试验井测试数据，拟合出抽油机传动部件的传动效率模型，包括电动机、皮带、减速箱和四连杆部件的传动模型，可以用来精确计算瞬态效率曲线，为抽油机设计、优化运行和综合评价提供有力的技术支持。

［1］ 高宗海，程世英．抽油机系统效率微机综合测试系统［J］．石油仪器，1996（3）：25-27，47．

［2］ 白连平，张顺增，邵保林，等．抽油机电动机运行效率现场测试方法研究［J］．石油机械，2007（4）：64-66．

［3］ 孔政，沈晓翔．抽油机地面机械效率同步检测技术研究与应用［J］．复杂油气藏，2009（1）：57-60，64．

［4］ 邢明明，董世民．游梁式抽油机传动系统的扭转振动与传动效率［J］．中国石油大学学报（自然科学版），2014 （1）：111-116．

［5］ 冯子明，张金东，顾慧彬，等．抽油机用电动机节电特性试验研究［J］．石油矿场机械，2013，42（7）：55-58．

［6］ 阮晶琦，梁宏宝，郑应伟．不同工况下抽油机能耗规律研究［J］．石油矿场机械，2014，43（7）：8-12．

Experimental Analysis and Application of Pum ping Unit Transmission Efficiency

ZHANG Deshi1，FENG Ziming2，SHAO Shoujun3，WANG Xin min1
（1.Petroleu m Engineering Research Institute，Daqing Oilfield Com pany Ltd.，Daqing163453，China；2.School of M echanical Science and Engineering，N ortheast Petroleu m Uniuersity，Daqing163318，China；3.N o.1Oil Production Com pany，Daqing Oilfield Com pany Ltd.，Daqing163111，China）

In order to obtain the precise transmission efficiency m odel of each drive disk assem bly of pu m ping unit，sim ulation measurement and study w ork were conducted in the indoor m otor test rig and sim ulation text well respectively．By means of fitting test data of electrical parameter，torque and rotate speed，the transmission efficiency m odels of m otor，belt，gearbox and four-bar were achieved．Using these mathematic m odels，the transient transmission efficiency curves could be draw n，such as m otor efficiency curve，belt efficiency curve，gearbox efficiency curve and fourbar efficiency curve．This study results can provide the basic foundation to optimization design and co m prehensive assessment for pu m ping unit．

pu m ping unit；transmission efficiency；experimental analysis；fitting m odel

T E933．107

A

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．01．012

1001-3482（2015）01-0048-04

2014-07-23

黑龙江省自然科学基金项目（E201412）

张德实（1979-），男，黑龙江拜泉人，工程师，硕士，主要从事抽油机举升工艺技术研究。