功率平衡技术在游梁式抽油机中的应用分析|怎样判断游梁式抽油机的平衡状况
时间：2019-04-21 03:19:50 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
目前油田游梁抽油机井管理中普遍采用平衡标准是“电流平衡”，平衡合格指标为80%~120%。抽油机不平衡可能导致部分抽油机减速箱受力不均匀、电机效率降低、抽油机耗电量增多等问题，经现场试验证明，应用游梁抽油机的“功率平衡”，即抽油机运行过程中，下冲程内电机功率与上冲程内电机功率相等，可以更好的解决上述问题。相比而言，游梁式抽油机“功率平衡”既能实现节能目的，又能保证抽油机安全运行。
抽油机；电流平衡；功率平衡
游梁式抽油机结构简单，工作可靠，但驴头悬点运动加速度较大、平衡效果较差，抽油机平衡状态好坏直接影响抽油机四连杆机构运动性能、减速箱和电机的系统效率和使用寿命，对抽油杆的工作状况影响也很大，因此抽油机使用中调平衡十分必要。目前油田在游梁抽油机管理中采用平衡标准是“电流平衡”，即抽油机下冲程最大电流与上冲程最大电流之比，平衡合格指标为80%~ 120%。然而依靠“电流平衡”无法完全解决减速箱受力不均匀、电机效率降低、抽油机耗电量增多等问题，这些问题正逐步引起人们的重视。经现场试验证明，目前较为先进的平衡标准是“功率平衡”，即抽油机运行过程中，下冲程电机平均功率与上冲程电机平均功率相等。相比而言，抽油机“功率平衡”即能实现节能目的，又能保证抽油机安全运行。
1.游梁式抽油机的平衡
按照抽油机的结构组成，游梁式抽油机分成换向系统、平衡系统、支承系统和传动系统四大部分。游梁式抽油机的平衡是抽油机设计和使用中的一个极其重要的问题，平衡系统的性能，平衡效果的优劣，直接影响游梁式抽油机的节能、寿命和应用范围。
平衡原则。电动机在上下冲程中做功相等；上、下冲程中电机的电流峰值相等；上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。由于目前技术条件限制，油田普遍采油第二条作为抽油机平衡标准即“电流平衡”。
游梁抽油机的三种平衡方式。游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端的平衡方式，适用于小型抽油机。曲柄平衡：是指平衡重装在曲柄上的平衡方式，适用于大型抽油机。复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重，使游梁平衡与曲柄平功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成衡形成特殊的复合平衡，翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。适用于中型抽油机。
抽油机不平衡的危害。抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。
2.功率平衡实现的概念和原理
抽油机功率平衡概念：功率平衡技术是在目前平衡方式的基础上，改变以往的平衡标准，以抽油机最节能和最安全为标准，确保电机在上下冲程中功率相等，使电机输入功率的均方根值最小，实现节能目的。
技术原理：“功率平衡”技术以抽油机最节能和最安全为标准，对抽油机功率曲线进行付立叶分解，求出不平衡功率——“功率平衡”技术以抽油机最节能和最安全为标准，对抽油机功率曲线进行付立功率曲线中的一阶正弦分量。计算出最佳平衡调整量，使之正好抵消不平衡功率，使均方根功率最小，也就是均方根扭矩最小，抽油机最安全，电机发热量最少。
叶分解，求出不平衡功率——功率曲线中的一阶正弦分量。计算出最佳平衡调整量，实际上，抽油机平衡调整的终极目的有两个，一是保证抽油机安全运行，二是节能。保证抽油机安全运行的角度看，调平衡就是要使减速器的输出扭矩最小。由于减速器的扭矩有正有负，仅用平均值TP不能反映实际的载荷大小，所以一般用均方根扭矩Tf来反映减速器的载荷情况。均方根扭矩TF与平均扭矩TP之比称为周期载荷系数FCL，它反映了载荷扭矩的波动程度，此值越接：近1说明载荷扭。节矩越平稳，越大说明载荷扭矩波动得越厉害。
从保证抽油机安全运行的角度看，调平衡就是要使减速器的输出扭矩最小。由于瞬时扭矩，单位为kN.m； 为曲柄转角，单位为弧度(rad)。
减速器的扭矩有正有负，仅用平均值TP不能反映实际的载荷大小，所以一般用均方根，从节能的角度看，对于一台具体的抽油机而言，机械传动损耗与电机的固定损耗是相对不变的，只有电机扭矩Tf来反映减速器的载荷情况。均方根扭矩TF与平均扭矩TP之比称为周期载荷系数FCL，它反映了载荷扭矩的波动程度，此值越接：近1说明载荷扭矩越平稳，越大。扭矩Tf来反映减速器的载荷情况。均方根扭矩TF与平均扭矩TP之比称为周期载荷系数FCL，它反映了载荷扭矩的波动程度，此值越接：近1说明载荷扭矩越平稳，越大。从节能的角度看，对于一台具体的抽油机而言，机械传动损耗与电机的固定损耗。说明载荷扭矩波动得越厉害。均方根扭矩、平均扭矩TP及周期载荷系数FCL是相对不变的，只有电机的变动损耗与电流的平方成正比。要使抽油机最节能，就是要使电机的变动损耗最小，也就是均方根电流最小。对于一台具体的电动机，电流的大小只取决于其负载扭矩，只有保证电机的负载扭矩的均方根值最小，才能保证电流的均方根值最小。而电机的负载扭矩T2i与曲柄轴扭矩Ti大体成比例关系，二者关系从节能的角度看，对于一台具体的抽油机而言，机械传动损耗与电机的固定损耗是相对不变的，只有电机的变动损耗与电流的平方成正比。
功率平衡与电流平衡的区别：曲柄转矩与电机输入功率大体成正比。所以本文提出抽油机最佳平衡的标准就是“使功率平衡能够保证电机输入功率的均方根值最小，使电机的损耗达到最低，从而实现节电效果。
3.应用效果和结论
实践应用效果：经过现场实验，功率调平衡试验取得了良好效果。功率调平衡后最高节电率可达25.9%左右，平均节电率约为9.68%左右。功率调平衡后电机及减速箱振动及噪音也有了明显下降，减少了电机及减速箱的磨损，延长了其使用寿命，减少了抽油机的维护费用。抽油机“功率平衡”管理方法技术先进，科学合理，节电效果良好，平均节电率约为10%左右。调整功率平衡后，改善了减速箱及曲柄销的受力状况，延长了减速箱及电机的使用寿命，可节约油井维护材料费用。功率调平衡后电机及减速箱振动及噪音也有了明显下降，减少了电机及减速箱的磨损，延长了电机及减速箱使用寿命，减少了抽油机的维护费用。从抽油机功率平衡调整效果分析，抽油机功率平衡度以70~140%为最佳。功率调平衡投入少，易操作，节能效果好。
制定“功率平衡节能评价标准”。目前在我国还没有制定抽油机“功率平衡”标准，为了巩固加强抽油机的管理工作，实现长久节能降耗的目的，确保功率平衡采用统一测试评价规范，有必要制定“功率平衡节能评价标准”。
应用前景。游梁式抽油机“功率平衡”技术合理可行，对抽油机管理水平的提高有重要的作用。按照采油厂应用经验，该技术若在油田进行大范围推广应用，应该具有良好节能潜力。
