三、电动机选择和功率计算
(一)电动机功率计算
电动机的选择关系到电能的利用效率和能否充分发挥抽 油设备与油层生产能力。 游梁式抽油装置的特点： a.负荷是脉冲的，而且变化大； b.启动条件困难，要求有大的启动转矩； c.所用的电动机功率不太大，但总的数量大； d.在露天工作，要求电动机维护简单、工作可靠。
Nr M en 9549
等值扭矩Me ：用一个不变化的固定扭矩代替变化的实际扭矩，
使其电动机的发热条件相同，则此固定扭矩即为实际变化的
扭矩的等值扭矩。
M
e

(M
2 i
i
)
等值扭矩与最大扭矩之间的关系
作简谐运动时，扭矩呈正弦规律变化： 真实运动规律：
M 0 . 54 M
Байду номын сангаасc max
wb
W b )]
扭矩因数：悬点载荷在曲柄轴上造成的扭矩与悬点载荷的比值。
TF Mp P a b r sin sin
抽油机结构不平衡值B：等于连杆与曲柄销脱开时，为了保持游 梁处于水平位置而需要加在光杆上的力。(方向向下为正)
(二)扭矩因数计算
TF Mp P a b r sin sin
电动机运转，造成功率的浪费，降低电动机的效率和寿命；
②由于负荷极不均匀，会使抽油机发生激烈振动，而影响
抽油装置的寿命。
③破坏曲柄旋转速度的均匀性，影响抽油杆和泵正常工作。
(一)平衡原理
在下冲程中把能量储存起来，在上冲程中利用储存的能 量来帮助电动机做功，从而使电动机在上下冲程中都做相等 的正功。 下冲程： A md A w A d 上冲程： A mu Au A w 平衡条件： A md A mu 所以，为了使抽油机平衡，在下冲程中需要储存的能量 或上冲程中需要释放的能量应该是悬点在上下冲程中所做功
M
e
0 . 707 M
max
e
max
考虑到不平衡等因素，实际计算时建议采用：M e
0 .6 M
max
电动机功率：
Nr
0 .6 M
max
n
9549
（二）抽油效率计算 水力功率：在一定时间内将一定量的液体提升一定距离
所需要的功率。
HP H QLg 86400 Q t l Lg 86400

光杆功率：通过光杆来提升液体和克服井下损耗所需要
的功率。 (1) 根据实测示功图准确计算：
HP PR Asnc 100 l 60 1000
(2) 根据示功图绘制扭矩曲线准确计算光杆平均功率。
(3) 光杆功率计算的近似计算：
HP PR
W l Sn 60 1000
电动机效率
Aw Au A d 2
之和的一半。
(二)平衡方式
气动平衡 (1) 气包内的气体压缩与膨胀 (2) 多用于大型抽油机； (3) 节约钢材； (4) 改善抽油机受力状况；
(5) 加工质量要求高(如气包的密封性等)。
游梁平衡：游梁尾部加平衡重；
机械平衡
曲柄平衡(旋转平衡)：平衡块加在曲柄上；
复合平衡(混合平衡)： 游梁尾部和曲柄上都有平衡重。
在平衡条件下： C e
( Pmax Pmin ) 2
2.计算最大扭矩的经验公式
苏联拉玛扎诺夫于1957年提出：
M
max II
300 S 0 . 236 S ( Pmax Pmin )
根据国内油井扭矩曲线的峰值建立的经验公式：
M
max III
1800 S 0 . 202 S ( Pmax Pmin )
地面效率：
地面
HP PR Nr
皮带和减速箱效率 四连杆机构效率 盘根盒效率
井下效率：
井下
HP H HP PR
抽油杆效率
抽油泵效率 管柱效率
抽油效率：
抽油 地面 井下
HP H Nr
(END)
复习思考题
1、抽油杆平衡准则是什么？对不同机械平衡如 何确定平衡半径或平衡重？ 2、抽油机按扭矩平衡，其准则是什么？如何确 定平衡半径或调整Δ R？ 3、抽油机平衡检查的方法有哪些？ 4、何谓扭矩因数？物理意义是什么？用扭矩因 数如何确定扭矩？扭矩曲线有何用途？ 5、无因次光杆位移、光杆扭矩、平衡扭矩、净 扭矩、等值扭矩、光杆马力、水马力的定义。 6、所需电机最小全名牌功率如何确定？
目前国产抽油机所选配的电动机大多是高起动转矩系列的
三相异步封闭式鼠笼型电动机。
电动机功率与曲柄轴上的扭矩关系式为：
Nr
Mn 9549
由于抽油机悬点载荷是变化的，所以电动机功率与传到曲柄 轴上的扭矩也是变化的，因此在变负荷条件下，电动机选择 的一般是根据扭矩的变化规律，按等值扭矩来计算，即：
[
a b
P
c b
W b (cos
c aA a g
)]
r sin sin
W c r sin
'
M
cr

a b
P
r sin sin
c b
W cr sin
c aA a g r sin sin
M
wb
[
a b
P
W b (cos
)]
推导要点：力矩平衡、三角几何关系
如果上冲程的电流峰值大于下冲程的电流峰值，说明平衡不够。
二、曲柄轴扭矩计算及分析
(一)计算扭矩的基本公式
抽油过程中减速箱输出轴(曲柄轴)的扭矩M等于曲柄半径与
作用在曲柄销处的切线力T的乘积，即：
M rT
不同平衡方式的抽油机扭矩精确计算相关式
复合平衡抽油机：
曲柄平衡抽油机： 游梁平衡抽油机：
M
com
冲程百分数：
PR

b b

t
b —驴头在下死点位置时的 角
t—驴头在上死点位置时的 角
图3-18 濮1-3井扭矩曲线 1.净扭矩；2.油井负荷扭矩；3.曲柄平衡扭矩
—随φ 角而变的b和K之间的夹角
(四)扭矩曲线的应用
1.检查是否超扭矩及判断是否发生“背面冲突” 2.判断及计算平衡 平衡条件：M u max
(3) 最大峰值扭矩发生在曲柄转角为90时
M
max I

S 2
( Pmax C e )
S 4
( Pmax Pmin )
有效平衡值
Ce
：抽油机结构不平衡重及平衡重在悬点产生
c a b a
的平衡力。它表示了被实际平衡掉的悬点载荷值。
Ce B Wb (W cb R W c R c ) / r
(三) 平衡计算
1)复合平衡 平衡半径公式:
W l a r Wc c r R W r X ub W b Rc 2 b W cb b W cb W cb
图3-14 复合平衡
2)曲柄平衡
平衡半径公式：
W a r X Wc R W r l r ub R c 2 b W cb W cb W cb
ψ
cos
1
b L k r 2 kr cos( 0 )
2 2 2 2
2 bL
360 [ ( 0 )]
图3-17 抽油机几何尺寸与曲销受力图
(三)悬点位移与曲柄转角的关系
抽油机运动规律 实测示功图 悬点载荷与曲 柄转角的关系 扭矩曲线 扭矩因素与曲 柄转角的关系
不同平衡方式的抽油机扭矩简化计算相关式
简化条件：忽略游梁摆角和游梁平衡重惯性力矩的影响。 复合平衡抽油机: 曲柄平衡抽油机： 游梁平衡抽油机：
M
M
M
com
TF [ P ( B
c a
W b )] M
sin
c max
sin
cr
TF ( P B ) M
TF [ P ( B c a
1、扭矩因数的计算 2、电动机功率的计算及选择
教法说明：
课堂讲授并辅助以多媒体课件展示相关的图形和曲线。
教学内容：
1. 抽油机平衡计算 2. 曲柄轴扭矩计算及分析 3. 电动机的选择和功率计算
一、 抽油机平衡计算
不平衡原因 上下冲程中悬点载荷不同，造成电动机在上、下冲程中所
做的功不相等。 不平衡造成的后果 ①上冲程中电动机承受着极大的负荷，下冲程中抽油机带着
M
d max
3.功率分析 减速箱输出的瞬时功率: 平均功率：
Nr 1 2
N ( ) M ( )

2
N ( ) d
1 2
0

2
0
M d
4.效率分析
(五)最大扭矩计算公式
1.计算最大扭矩的近似公式 简化条件： (1) 抽油机悬点运动简化为简谐运动 (2) 忽略抽油机系统的惯性和游梁摆角的影响
图3-15 曲柄平衡
3)游梁平衡 达到平衡所需要的游梁平衡块重:
W b (W r W1 2 ) a c X ub
(四)抽油机平衡检验方法
1)测量驴头上、下冲程的时间
图3-16 游梁平衡
平衡条件下上、下冲程所用的时间基本相等。 如果上冲程快，下冲程慢，说明平衡过量。 2)测量上、下冲程中的电流 平衡条件下上、下冲程的电流峰值相等。
第三节 抽油机平衡、扭矩与功率计算
教学目的：
掌握抽油机的平衡原理、平衡方式；熟悉机械平衡 的计算方法、抽油机平衡的检验方法以及曲柄轴扭矩 计算及分析方法；根据电动机的功率计算合理选用电 动机。
教学重点、难点： 教学重点