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新型节能抽油机主要承载构件应力测试

分类:应力应变测试    关键词:应力测试

悬挂偏置游梁抽油机是一种节能新型抽油机,整机结构尤如一架天平,其运动部件与常规机基本相同,但在平衡方式上采用游梁平衡方式,去掉了曲柄平衡块,增加了悬挂及偏置平衡块,在游梁上装有前后驴头,悬点负荷变化与平衡力距的变化规律趋于一致。同时,减速箱净扭矩减小,具有较好的节电效果。采用前置横梁及连杆,双排中央轴承座,冲程增大,四连杆机构设计合理,运行安全可靠。动态平衡率高,调节参数方便,易于操作维护。抽油机能否安全可靠运行,在很大程度上取决于承载构件的结构设计及强度裕度。利用电阻应变测量技术对该型抽油机游梁、连杆等主要承载构件在不同载荷及工况下进行静、动态应力测试研究,为进一步优化设计提供依据。

应力测试方案

选取新型悬挂偏置游梁抽油机作为测试样机,在3种不同载荷下,采用应变仪进行动、静态应力测试。并对减速器输出轴扭矩与常规抽油机进行对比测试。

动静态应力测试点选取

根据受力分析,应变片选取在游梁、连杆的*大应力处。将各种电阻应变片按一定方向粘贴在结构表面,接成测量电桥,采用JHDJ动静态应变仪进行数据采集,将应变片测出的构件表面某点应变换算后得到应力值,不同应力状态采用不同的换算关系。

应力测试加载方案

为研究该机应力与载荷的关系,试验中分3次加载。加载前驴头自重608kg,负载2100kg;后驴头自重1860kg,后驴头平衡块重2080kg。

静应力测试

*一次加载,前驴头加载2100kg;第2次加载,后驴头加载2700kg;第3次加载,前驴头加载3500kg,后驴头加载728kg。

动应力测试

对于工况1,前驴头加载5600kg,后驴头加载3428kg,冲次9min-1,次程3m;对于工况2,前驴头加载3840kg,后驴头加载3092kg,冲次6min-1,次程3m;工况3,前驴头加载5600kg,后驴头加载3428kg,冲次4min-1,次程3m。

试验数据分析

a. 游梁 游梁理论计算采用ASP91分析程序对*危险工况进行有限元计算,边界条件处理以中央轴承座为固定铰支,以横梁轴承支座为可动铰支,可得到模型非常直观清晰的全场应力分析情况,比较二者结果可知,计算与实测工况相当吻合。游梁*大应力发生在上翼板中部,*大静应力为47MPa(工况1),游梁动应力*大仅为10MPa(发生在工况1,9min-1),强度足够,计算所得全场应力分布图也是准确的。

b. 连杆 2根连杆各测点静测数值增量及计算值可计算出2根连杆在3次加载条件下所引起的总平均应变值及每吨载荷引起的平均应变值。

3次加载实测结果与理论计算误差分别为18.7%、-4.9%、39%。从*一次和第二次加载每吨载荷分别引起的应变值,即可得到总载荷作用下2根连杆的总应变数值。

实测连杆总压力P=44.766KN;连杆上平均应力σA=Eε=6.86MPa。可见,当抽油机两边载荷平衡时,连杆上的静应力很小。

由各测点应变量及应力可看出,*大动应力发生在连杆及轴承座部位,当采用*大负荷冲次9min-1时,连杆测点应力幅峰值达到许用应力的1/8,但静应力较小,不致于影响连杆强度,但对连杆两端的联接部位,应注意应力集中对其使用寿命的影响。当采用6min-1时,连杆动应力幅度大幅降低,平均不仅为前者的23%,而事实上,抽油机在生产中基本上都采用中低冲次。因此,该抽油机连杆的设计是合理的。

扭矩测试

为检测该型机减速箱输出扭矩特性,在3种典型工况中,对其减速箱输出轴扭矩及常规游梁抽油机进行对比测试,冲程调为3m,冲次及悬点挂重完全一样。测试采用在减速器输出轴两侧布置2组±45°扭矩应变片,测量时,组成全桥。工况1,冲次9min-1、悬点挂重7.11*103kg、冲程3m(悬点动载9.3*103kg);工况2,冲次6min-1、悬点挂重5.35*103kg、冲程3m(悬点动载6.1*103kg);工况3,冲次4min-1、悬点挂重5.35*103kg、冲程3m(悬点动载6.1*103kg)。

由不同工况下减速箱输出轴扭矩数据可知,新型机所使用37KN*m减速箱在工况2、3时,正负扭矩峰值与常规型53KN*m减速箱相比,在低冲次时,减速箱输出轴正扭矩峰值比常规抽油机低73%,负扭矩峰值比常规抽油机低80%。

总结

对该井新旧机型进行了安装前后及使用过程中跟踪对比测试,取得了较为完整和可信的数据,与常规抽油机对比台架试验节电率达17%-42%,现场试验在使用节能电机基础上节电率达15%(而常规机本身为节能机型,所配电机为节能双速电机)。

1. 主要承载构件如游梁、连杆各点应力与理论计算结果吻合,均能满足设计要求,技术条件选择恰当,应力分布合理。

2. 减速箱输出扭矩小,平衡性能优于曲柄平衡抽油机,节能机理合理有效。

3. 该型抽油机机构设计合理,综合性能有一定优势,有一定市场潜力。

4. 抽油机运行安全可靠,节能效果好。

5. 由于天气等原因,少数测点数据不太准确,且理论值与实测值之间有一定的误差,但误差仍在工程允许范围内,测试方法正确可行,结论可靠。


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