一种WCYJ16型皮带抽油机的设计计算

廖启新　徐东升　王健

摘 要：本文设计了一种长冲程、低冲次、大负荷、纯机械传动的皮带抽油机，对其进行受力分析，设计计算，确定该机的各项技术参数。该机经国内油田推广应用，突现出优良的使用性能，具有节能、高效、安全、可靠的显著特点，可以适合普通油井的稀油开采，也可以适合稠油井的稠油开采，可以采取小泵深抽，也可以替代电泵进行大泵提液，对我国油田晚期原油开采具有重要意义。

关键词：油田；皮带抽油机；设计计算

中图分类号：X924 文献标识码：A

Abstract：Design a long stroke and low speed， heavy load， pure mechanical transmission belt of the pumping unit， its force analysis， design and calculation， the technical parameters of the machine.This machine by the domestic oil field application， highlights the excellent performance， energy saving， high efficiency， significant characteristics of safe， reliable， can be suitable for ordinary Wells thin oil mining， can also be suitable for heavy oil Wells of heavy oil exploitation， can take small pump deep pumping， also can undertake large pump solution instead of pumps， late oilfield oil production is of great significance to our country.

Keywords： oil field；Belt pumping unit；design calculation

皮带抽油机是一种长冲程、低冲次、大负荷、纯机械传动的地面采油设备，其良好的采油工艺性能和可靠的机械性能使得该抽油机在我国大部分油田可广泛应用，它既可以采取小泵深抽，也可以替代电泵进行大泵提液，既可以适合普通油井的稀油開采， 也可以适合稠油井的稠油开采。其完善的配套工艺完全能够满足各种工况的油井，受到广大油田用户的好评。

1.设计参数

形式：皮带抽油机

型号：WCYJ16。

冲程：7.3m。

冲次：4min-1

额定悬点负荷：160kN。

牵引系统：宽皮带+链条。

驱动方式：地驱+顶部滚筒曳引。

换向方式：纯机械换向。

控制方式：手动，遥控。

2.结构组成

WCYJ16型皮带抽油机结构组成如图1所示。

3.设计计算

3.1滚筒直径的确定

滚筒直径的大小对抽油机的额定扭矩有直接的影响，直接关系到抽油机的耗能，根据扭矩计算公式

由公式（1）可知，当力（悬点负荷）为一定时，力臂（滚筒半径）越大所需扭矩越大，力臂越小所需扭矩越小。但是结合本机实际，滚筒直径也不是可以任意小，一方面要考虑到井口平时管理操作方便，以免与机架发生干涉，至少要留400mm的距离。另一方面要考虑到皮带的使用寿命，当滚筒直径越小，皮带弯曲的曲率越大，皮带的寿命越短，当滚筒直径越大，皮带弯曲的曲率越小，皮带的寿命越长。特别还要考虑到该机所选用的皮带为重载宽皮带，皮带内由若干根直径20mm的钢丝绳作为承载件，故根据钢丝绳与滑轮的轮径比经验公式

这110kn（11吨）配重是平衡箱及活动配重块的总重。事实上各口井的井况并不是完全一致，这只是理论计算的重量，现场安装时，一般先加装80%的配重，然后启动抽油机，通过观看上下行程时的电流值再作调整。若光杆下行程电流值小于上行程电流值，则需要继续添加配重块。反之则需减少配重块。若上下行程电流基本持平，则表明平衡良好。

3.8抽油机扭矩的计算

3.8.1工作原理

皮带抽油机在运行过程中是电机通过减速机，减速机通过安装在输出轴上的主动链轮，主动链轮通过链条，链条通过曲柄销，曲柄销通过换向器（亦称往返架），换向器对平衡箱起捧上（从下止点捧到上止点）压下（从上止点压到下止点）作用，再通过皮带经过抽油机顶部滚筒改变方向后连接光杆，从而带动抽油杆、抽油泵柱塞上下往复运动而抽油。

3.8.2平衡良好时链轮扭矩的计算

通过图2的受力分析可知，当链条通过曲柄销带动换向器向上捧平衡箱时所作用力F上=110-90=20kN，当链条通过曲柄销带动换向器向下压平衡箱时所作用的力F下=130-110 =20kN，两者都是20kN，由此可见，平衡良好时，电机在上下行程中均为平均做功，这对电机运行是十分有利的，均匀做功无冲击载荷，这也是皮带式抽油机节能的原因所在。

3.8.3特殊工况下链轮扭矩的计算

上述链轮扭矩是在平衡良好的情况的计算值，实际上还要考虑井下工况如积蜡、沙卡、卡泵等特殊工况，尤其要考虑在安装过程中，当井口侧光杆负荷尚未与皮带连接的情况下，如何依靠抽油机自身动力将空平衡箱（重4.17t）举升到上止点，让皮带与悬绳器能够顺利连接的问题， 因此， 必须按照平衡箱重量41.7kN计算链轮的扭矩。

M2=41.7*0.45=18.8kN·m，圆整为19kN.m

3.9减速箱输出扭矩的计算

减速箱输出扭矩即是链轮扭矩除以效率后的数据，即

M3=M2/g

经查设计手册，滚子链条效率g为95%，则

M3=19/0.95=20kN.m

3.10减速机输出轴的转速

因链轮中心孔与减速机输出轴同轴，故减速机输出轴的转速与链轮转速相同。即n2=n1=23rpm

3.11选择电动机的容量

电动机的容量（功率） 选择是否合适，对电动机工作和经济性都有影响，容量小于工作要求，则不能保证抽油机正常工作，或使电动机发热烧毁；容量过大，则电机功率不能充分发挥，甚至大马拉小车，造成能源浪费，因此，电动机的额定功率应稍大于（或等于）电动机所需功率。

（1）减速机输出轴输出功率

结语

上述对皮带抽油机的设计计算，完全遵循机械设计原理和电工学原理。该机之所以节能是因为采用了平衡原理，电机功率的选择比同型号传统游梁式抽油机降低了20kW。之所以安全可靠是因为采用地面驱动， 双级圆柱齿轮传动减速机，纯机械换向，重载链条，夹心钢丝绳橡胶皮带。之所以皮实是因为采用比同型号无游梁式抽油机（如W型曳引抽油机）电机功率提高20kW，功率留有较大余量，不至于一旦遇到积蜡，沙卡等情况就停机。

参考文献

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