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第二章抽油机pdf

第二章抽油机

第一节抽油机的概述

一、抽油机的用途

抽油机是石油开发的主要机械，是构成“三抽”设备（抽油机、抽油杆、抽油泵）的主

要组成部分。

抽油机是井下抽油泵的地面动力装置，在抽油机的驱动下，通过抽油杆带动抽

油泵上下往复运动，实现无自喷能力油井的机械式采油。

二、抽油机的常用术语

（1）悬点载荷：

悬绳器悬挂光杆处承受的光杆拉力，kN。

（2）额定悬点载荷：

悬绳器悬挂光杆处承受的光杆拉力的额定值，kN。

（3）光杆最大冲程：

调节游梁式抽油机冲程调节机构，使光杆能获得的最大位移，m。

（4）最高冲次：

动力机输出轴上装设计允许的最大直径胶带轮，减速器输入轴装设计

允许的最小直径胶带轮时，游梁式抽油机所获得的冲次，min-l。

（5）减速器扭矩：

减速器输出轴允许的实际扭矩，kN·m。

（6）减速器额定扭矩：

减速器输出轴允许的最大扭矩，kN，m。

（7）输出轴设计转速：

减速器输出轴允许的最高转速，r/min。

（8）平衡角（异相角）：

减速器输出轴轴心与曲柄平衡重重心连线和减速器输出轴轴心

与一排曲柄销孔中心连线的夹角，（°）。

（9）常规型游梁式抽油机：

曲柄连杆机构分别位于支架前后，平衡角为零的游梁式抽

油机。

（10）前置型游梁式抽油机：

-驴头和曲柄连杆机构均位于支架前面的游梁式抽油机。

（11）异相型游梁式抽油机：

驴头和曲柄连杆机构分别位于支架前后，平衡角不为零的

游梁式抽油机。

（12）双驴头型游梁式抽油机：

悬挂光杆的驴头在支架的前部，曲柄连杆机构位于支架

后部，在一个冲程中，后臂长度和连杆长度不为常数的游梁式抽油机。

（13）悬点投影：

在以光杆最大冲程运行过程中，驴头悬点在水平面上的投影，mm。

（14）曲柄剪刀差：

距离旋转中心最远的两曲柄销孔中心线之间的位差，要在垂直曲柄

轴中心线的游梁式抽油机中分面上测量，mm。

（15）温升：

测量所得最高温度与环境温度的差值，℃。

三、抽油机的分类

（1）游梁式抽油机类别分为：

①常规型；②前置型；③异相型;④双驴头型

（2）平衡方式分为：

①游梁平衡；②曲柄平衡；③复合平衡；④气动平衡。

（3）驴头结构型式分为：

①上翻式；②侧转式；③可拆卸式。

（4）齿轮减速器传动型式为分流式人字圆柱齿轮传动。

齿形可采用：

①点啮合双圆弧；

②渐开线。

（5）底座的固定方式分为：

①压杠固定；②地脚螺栓固定。

（6）动力机型式可采用：

①电动机；②内燃机。

四、型号编制方法

（一）代号

1.类别代号

（1）CYJ：

常规型游梁式抽油机；

（2）CYJQ：

前置型游梁式抽油机；

（3）CYJY：

异相型游梁式抽油机；

（4）CYJS：

双驴头型游梁式抽油机。

2.平衡方式代号

（1）Y：

游梁平衡，即在游梁尾部加平衡重的平衡方式；

（2）B：

曲柄平衡，即在曲柄上加平衡重的平衡方式；

（3）F：

复合平衡，即同时用两种以上平衡的平衡方式；

（4）Q：

气动平衡，即用气缸平衡的平衡方式。

3.齿形代号

H代表点啮合双圆弧齿形，不标注符号“H”者代表渐开线齿形。

（二）规格代号表示法

规定按额定悬点载荷、光杆最大冲程、减速器额定扭矩的序列，并在三项参数间采用连

接号组成规格代号。

示例：

额定悬点载荷为80kN，光杆最大冲程为3m，减速器额定扭矩为37kN·m的游

梁式抽油机规格代号为CYJ8-3-37。

（三）型号表示法

示例1：

规格代号为8-3-37的常规型游梁式抽油机，减速器采用点啮合双圆弧齿轮，平

衡方式为曲柄平衡，其型号为CyJ8-3-37HD。

示例2：

规格代号为8-3-37的前置型游梁式抽油机，减速器齿轮采用渐开线齿形，平衡

方式为复合平衡，其型号为CYJQ8-3-37P。

五、游梁式抽油机的类型特点

游梁式抽油机是有杆抽油设备系统的地面装置。

它由动力机、减速器、机架和四连杆机

构等部分组成。

减速器将动力机的高速旋转运动变为曲柄轴的低速旋转运动。

曲柄轴的旋转

运动由四连杆机构变为悬绳器的往复运动。

悬绳器下面接抽油杆柱，抽油杆柱带动抽油泵柱

塞（或活塞）在泵筒内作上下往复直线运动，从而将井筒内的液体举升到地面。

游梁式抽油机的基本特点是结构简单，制造容易，维修方便，特别是它可以长期在油田全天

候运转，使用可靠。

因此，尽管它存在驴头悬点运动的加速度较大，平衡效果较差、效

率较低，在长冲程时体积较大和笨重等缺点，但仍然是目前应用最广泛的抽油机。

（一）常规型游梁式抽油机

常规型游梁式抽油机是游梁式抽油机的基本型式之一。

它的结构特点是：

曲柄连杆机构

和驴头分别位于支架的前后两边，曲柄平衡块重心线与减速器输出轴中心和曲柄销孔中心线

的连线重合。

图1-2-2是曲柄平衡常规型游梁抽油机简图。

它主要由动力机、减速器、曲柄、

连杆、横梁、驴头、支架、底座、刹车装置、悬绳器以及平衡重等部分组成。

抽油机的动力

机有电动机和天然气发动机等。

目前，应用最多的是电动机。

动力机可以安装在两种不同位置上，一种是将动力机安装在底座的尾部如图1-2-2所示；

或用单独的底座将动力机架起，从而缩短底座和安装基础的长度，其结构如图1-2-3

所示。

另一种是将动力机安装在支架的下面，虽然也可以使底座和安装基础变短，但操作和

维修很不方便，现已很少采用这种安装方式。

减速器安装位置也有两种，一种是减速器直接

放在底座上，其优点是抽油机支架高度低，但由于曲柄和平衡块回转半径大，抽油机需要安

装在较高的水泥基础上，这给安装、操作和维修带来很大的不便；另一种是将减速器安装在

用钢板焊成的筒体上，如图1-2-2所示，筒体焊接固定在座体上，抽油机安装、操作、维修

和修井作业比较方便。

目前国内外生产制造的抽油机大多采用减速器安放在高底座上这种形

式。

它的性能特点是：

上下冲程所需时间相同，减速箱的负扭矩较大。

（二）异相型游梁式抽油机

异相型游梁式抽油机是近十几年发展起来的一种性能较好的抽油机，结构如图1--2-4所示。

从外形上看，它与常规型游梁式抽油机没有显著的差别，主要的不同之处有两点：

一

是将减速器背离支架后移，增大了减速器输出轴中心和游梁摆动中心之间的水平距离，形成

了较大的极位夹角（即驴头处于上、下死点位置时连杆中心线之间的夹角）；二是平衡块重

心与曲柄中心连线和曲柄销中心与曲柄轴中心连线之间构成一定的夹角τ。

这种抽油机的曲柄大部分为顺时针旋转，因此曲柄平衡重总是滞后一个相位角f。

由于

异相型游梁式抽油机具有较大极位夹角，一般为12°左右，使得抽油机上冲程时曲柄转过

的角度增加12°为192°，下冲程时曲柄转过的角度减少12°为168°。

当曲柄转速不变时，

悬点上冲程的时间就大于下冲程的时间，因此悬点上冲程时加速度和动载荷减小。

由于平衡

相位角改善了平衡效果，从而使减速器的最大扭矩峰值降低，扭矩变化较均匀，电动机所需

功率减小，在一定条件下有节能效果。

目前这种抽油机在我国已得到广泛应用。

（三）前置型游梁式抽油机

前置型游梁式抽油机是游梁式抽油

机的另一种基本型式，结构如图1-2-5所

示。

它的结构特点是曲柄连杆机构和驴头

均位于支架的前边，曲柄连杆机构存在一

定的极位夹角（15°左右）和平衡相位角

（20°左右）。

它在上冲程时曲柄旋转约

195°，下冲程时曲柄旋转约165°。

由

于光杆运动中加速度与运行时间的平方

成反比，因此，使用前置型游梁式抽油机，

光杆加速度小。

动载较小，悬点载荷较低，

并延长了抽油杆的使用寿命。

由于前置型

游梁式抽油机上冲程时扭矩因数较小，又

具有平衡相位角。

、使得上冲程开始时减

速器输出轴扭矩比油井负荷扭矩滞后，而

在下冲程开始时，这种扭矩又超前于油井

负荷扭矩，其结果降低减速器峰值扭矩，

使扭矩变化较均匀，电动机动力较低，因

此有明显的节能效果。

但是，前置型游梁

式抽油机也具有不容忽视的缺点，一是结

构不平衡重大大增加，而为了满足平衡的

要求，必须加大平衡重，因此又增加了整

机的质量；平衡块调节也较困难。

二是减速器安装在支架下边，给安装和维修带来不便。

三

是工作时前冲力较大，影响机架的稳定性。

因此，在我国前置型游梁式抽油机应用尚不广泛。

它主要适用于悬点载荷大于120kN、冲程长度大于3.6m的油井。

（四）双驴头游梁式抽油机

双驴头游梁式抽油机，其结构如图1-2-6所示。

它的运动部件与常规游梁式抽油机相同，

其不同的是：

在游梁后端装有第二个驴头，驴头弧面圆心与游梁摆动中心重合。

双驴头游梁式抽油机由于采用游梁后端驴头，使其成为“变参数四杆机构”的主传动结

构，有利于游梁摆角的加大，实现抽油机的小结构，大冲程。

第二节抽油机吊装、搬运的安全操作规程

一、吊装搬运常识

（一）绳索

绳索是抽油机吊装搬运过程中使用的主要吊装、绑扎工具，主要指钢丝绳，其选用一定要符

合要求。

不同规范的钢丝绳使用时应选用与其相适应配套的绳卡进行卡紧固定，且绳卡的数量和绳卡

间的距离要符合要求。

在截取钢丝绳时，应选用一定直径的铁丝或钢丝，将钢丝截取面两端绑扎紧，以免钢丝绳散

股。

表1—2—1

钢丝绳规范及钢丝绳与绳卡的配合关系

钢丝绳直径

安全系数为50％

时钢丝绳上

绳卡之间

距离

股

数

每股钢丝数

卡紧所需绳

允许负荷

卡数量

1/2

5/8

3/4

7/8

12.7

25.4

1.92

3.18

3.87

4.75

7.44

7.62

95.3

114.3

133.4

152.4

当钢丝绳严重打扭或发现单股钢丝绳脱时应坚决停用。

（二）起重设备

目前，安装、拉运抽油机的主要起重设备是汽车起重机。

在汽车起重机的使用配合中，

操作手要严格遵守安全操作规程，配合工作人员要有强烈的安全意识，身着工服、头戴安全

帽。

在汽车起重机到达施工现场后，选择好停机位置，支脚应支在平整紧实的地面上，若地

面松软则应用木垫板将起重机支脚提起，同时每个支脚要确实与垫木保持接触。

起吊重物只能垂直起吊，不得拖拽尚未离地的重物，严禁超载作业。

起重机垂直吊起重物作旋转运动时，严禁从施工人员头顶经过，起吊物件下方严禁施工。

起吊用钢丝绳在大钩内要固定好，同时选择被吊物悬吊点，尽可能保证被吊物平衡。

当风力大于或等于5级时，应停止施工，如遇雷电要停止作业，收回吊臂。

在施工现场

需有专人指挥。

在汽车起重机旋转范围内严禁有人活动。

二、抽油机拉运

抽油机拉运是安全生产的重要环节，为保证拉运安全，首先应核实所载物件吨位，要与

运输车辆吨位吻合。

在运输过程中道路要畅通，应符合运输条件。

所载物件不得超高、超宽，

另外所载物件装车后要用钢丝绳和倒链紧固，以防运输过程中侧滑。

三、抽油机安装常用的指挥信号

（1）指挥信号的种类有哨音指挥信号、旗指挥信号（配合哨音）、手势指挥信号。

（2）手势指挥信号的表示：

①起吊信号表示：

拇指向上；②落吊信号表示：

拇指向下；

③稍起、稍落信号的表示：

基本上和①②相似。

④起扒杆信号的表示：

手心向内，握拳伸大

拇指向上；⑤落扒杆信号的表示：

手心向外，握拳伸大拇指向下。

⑥扒杆左转信号的表示：

握拳手心向外伸大拇指；⑦扒杆右转信号的表示：

握拳手心向内伸大拇指。

⑧停止、立即停

止信号的表示：

大摆手。

⑨前进扒杆信号的表示：

手心向里挥动；⑩后退缩扒杆信号的表示：

手掌心向外挥动。

第三节抽油机的润滑

一、润滑脂

（一）润滑脂的质量指标

1.针入度

润滑脂在外力作用下抵抗变形的能力称为稠度，表明润滑脂稠度的指标是针人度。

用标

准圆锥体放于25℃润滑脂试样中，经5分钟后所沉人的深度（单位为0.1mm）称为该润滑

脂的针入度。

针人度愈小，表示润滑脂愈稠。

针入度是润滑脂的一项主要指标，润滑脂的牌号就是该润滑脂针人度的等级。

2.滴点

按规定的加热条件加热，润滑脂在滴点计的脂杯中滴落下第一滴油时的温度称为滴点。

3.极压性能

在重载荷作用下润滑脂在金属表面维持完整油膜的能力称为极压性能。

4.机械稳定性

润滑脂在承受机械作用时稠度改变的特性称为机械稳定性

（二）常用润滑脂的性质和用途

常用润滑脂的性质和用途见表1-2-2

二、减速器的润滑

（一）润滑方式

抽油机齿轮减速器在重载、低速条件下运转，从动齿轮（低速齿轮）的圆周速度小于3m/s，

常采用浸油润滑方式。

通常情况下只将减速器的低速齿轮，即大齿轮浸入减速器下壳体的油池内，在多数减速器中，

高速级大齿轮浸油深度一般在10mm至一个齿高，低速级大齿轮浸油深度一般在20～40mm。

表1-2-2

常用润滑脂的性质和用途

润

滑

脂

针人度

滴

点

特性和用途

名

称

牌

号

1/10mm

310～340

265～295

220～250

175～205

130～160

℃

ZG-1

≥75

≥80

≥85

≥90

≥95

钙基

润滑

脂

2G-2

ZG-3

ZG-4

2G-5

具有良好的抗水性，用于工业、农业和交通运输等设备。

使

用温度：

1号和2号脂不高于55℃；3号和4号脂不高于

60℃；5号脂不高于65℃

合成钙

基润

滑脂

2G-2H

ZG-3H

≥75

≥85

用途同上。

使用温度：

1号脂不高于55℃；2号脂不高于

60℃

钙

270～330

220～270

310～340

265～295

220～250

175～205

ZFG-1H

ZFG-2H

ZFG-3H

ZFG-4H

≥180

≥200

≥220

≥240

合成复

合钙基

润滑脂

机械安定性和胶体安定性较好，适用于较高使用温度

基

ZFG-1

ZFG-2

ZFG-3

ZFG-4

310～340

265～295

210～250

175～205

≥180

≥200

≥224

≥240

复合钙

基润

滑脂

分别适用于120℃～180℃的使用温度

石墨钙基

润滑脂

ZG-S

≥80

适用于压延机的人字齿轮及低速重载粗糙机械

ZN-2

ZN-3

ZN-4

265～295

220～250

175～205

≥140

≥150

适用于各种机械，耐热不耐水。

使用温度：

2号和3号脂不超

过120℃；4号脂不超过135℃

钠

基

钠基润

滑脂

ZN-1H

225～275

175～225

合成钠

基润滑脂

≥130

≥150

适用于温度<100℃、不与湿气、水分接触的设备的润滑

ZN-2H

ZN06-4

高温润

滑脂

≥200

用于在高温条件下的摩擦部位的润滑

170～220

续表

润

滑

脂

针人度

滴点

℃

特性和用途

1/10mm

名

称

牌号

压延机

润滑脂

滚珠轴

ZGN40-1

ZGIN40-2

310～355

250～295

≥80

≥85

具有良好的泵送性、极压性。

适于集中供脂的压延机轴使用，1号脂

冬天使用，2号脂夏天使用

钙

钠

基

具有良好的机械和胶体安定性。

适用于温度小于90℃的球轴

承。

如电机轴承

250～290

230～280

≥120

≥75

承润滑脂

铝基润

滑脂

具有极好的耐水性。

适用于航运机械润滑及金属表面防蚀

铝

基

ZFU-1H

ZFU-2H

ZFU-3H

ZFU-4H

ZL-1

ZL-2

ZL-3

≥180

≥200

≥220

≥240

≥170

≥175

≥180

合成复

合铝基

润滑脂

310～350

265～300

滴点高，机械和胶体安定性好，适用于汽车、水泵电机等各种轴承

润滑，分别用于150～180℃的工作温度

310～340

265～295

355～385

310～340

265～295

310～340

265～295

220～250

175～205

良好的抗水性、机械安定性、防锈性和氧化安定性。

适用于-20℃～

120℃宽温度范围内各种机械设备的滚动轴承和滑动轴承及其他摩

擦部位

通用锂基

润滑脂

锂

基

极压锂

基润

滑脂

良好的机械安定性、抗水性、防锈性、极压抗磨性和泵送性。

适用

温度范围：

-20℃～120℃，用于压延机、减速器等重载机械设备及

齿轮、轴承

≥170

ZL-1H

ZL-2H

ZL-3H

ZL-4H

≥170

≥180

≥190

≥200

合成锂

基润

滑脂

与天然锂皂基本相似，使用范围相同

石墨基

ZT-S

ZT-4S

适用于不定温度下工作的结合面及操纵系统、钢丝绳等润滑

适用于重载荷摩擦表面

润滑脂

160～200

≥55

油池应具有足够的容积，以保证减速器壳体的散热。

为使磨屑、尘砂等物沉淀在油池的

底部，不会在齿轮转动时被带起来，低速级大齿轮距油池底部的最小距离不应小于30～

50mm。

此外，为了减少减速器运转时润滑油起泡漠的现象，每级齿轮也可采用单独的油池。

由于减速器中的滚动轴承润滑不良时，将会引起轴承零部件的胶合，或因摩擦温度过高

引起滚动体回火而导致轴承失效；从润滑和散热效果看，抽油机减速器中的滚动轴承用稀油

润滑效果较好。

一般的齿轮减速器,当大齿轮圆周速度大于3m/s时，可利用齿轮飞溅到箱盖

上的油汇集到剖分面上的油沟中，然后流进轴承进行润滑。

而抽油机减速器大齿轮转速较低，

飞溅的油量不能满足轴承润滑的需要，故采用刮油润滑，即利用刮油板将齿轮端面从油池中

带起的油刮下，并通过导油沟对中间轴和低速轴的轴承进行润滑。

图1—2—7所示为抽油机

减速器采用的一种刮油板结构。

高速轴的轴承则可依靠高速轴小齿轮溅起的润滑油润滑。

油池内的油面高低可用圆形油标或长型油标来检查。

减速器工作时，箱体内的温度会升

高，并使气压升高。

为防止沿剖分面和轴承端盖密割·处漏油，减速器机壳顶部应设置带过

滤网的通气器。

（二）减速器用润滑油

减速器的齿轮和滚动轴承都用油池中的油润滑，所用润滑油类型及粘度主要按齿轮传动

的润滑要求确定。

但应注意，在低温下工作时，润滑油应有足够的流动性，使润滑油能通过

油孔和油沟流人轴承中，以确保轴承的润滑。

闭式齿轮传动对润滑油的基本要求是：

有适当的粘度；极压性、油性及热氧化安全性良

好；防锈性、抗泡沫性及抗乳化性好。

油性是指润滑剂在金属表面上的湿润性和吸附能力，油性好的油易于在运动着的润滑面

之间形成油性剂膜，能防止金属直接接触和降低摩擦。

所谓润滑油的极压性能是在摩擦面接触压力非常高、油膜容易产生破裂的极高压润滑条

件下，防止摩擦面出现烧结、熔焊损伤的性能。

改善极压性须依靠极压添加剂。

极压添加剂

主要是含有硫、氯、磷等化学性活泼元素的有机化合物。

当齿面在高压下接触时，表面间局

部产生的高温使极压剂与金属起化学反应，形成剪切强度低的无机物固体膜；把金属表面隔

开，阻止两金属表面凹凸之间发生胶合。

齿轮油的油性和极压性是保证齿轮正常运转的基本使用性能，对重负荷下运转的齿轮传

动润滑尤其重要。

工业齿轮润滑油根据有无极压剂及使用条件，分为非极压型齿轮油、中等极压型齿轮油

和极压型齿轮油三类。

各类工业齿轮油的规格和性能见表1-2-3。

非极压型工业齿轮油不加极压剂，只适于在负荷缓和的情况下使用。

如轻负荷的正、斜齿轮

传动易形成液体润滑，可用此类润滑油。

中等极压型工业齿轮油加有很少量的极压剂、抗氧剂、防锈剂、抗泡剂，有较好的极压

性、氧化安定性与防锈性。

适用于一般冲击、中等负荷的齿轮传动装置

极压型工业齿轮油添加有极压剂、油性剂，、抗氧剂、防锈剂、抗泡剂等，具有优良的

极压性和油性，良好的热氧化安定性、抗锈性、抗乳化性和抗泡性。

它适于在最苛刻的运转

下工作。

按所用极压条件，如重负荷、大冲击、过载等负荷条件，以及高温、湿度大等环境

添加剂类型又分为硫磷型和铅型两种。

抽油机减速器的工作条件为重载、低速、有冲击，啮

合齿面承受的比压很高。

为保证在啮合齿面间形成一定厚度的油膜，并提高油膜的强度，应

采用极压型工业齿轮油。

表1—2—3

闭式齿轮油的分类品种和性能

性

能

恩氏粘度

（100℃）

°E

分类

品种

牌号

运动粘度（50℃）

闪点（开口）不低于

℃

凝点不高于

℃

cSt

10号

20号

7～13

10号

27～33

37～43

47～53

67～73

87～93

165

170

180

190

200

210

220

170

180

215

240

-15

-10

机

械

油

30号

40号

50号

70号

非

极

压

型

工

业

齿

轮

油

90号

齿轮油（又

叫黑机油）

HL-20（20号）

HL-30（30号）

11号

2.7～3.2

4～4.5

-20

-5

饱和汽

9～13

20～28

缸油

24号

汽

缸

油

32～44

44～55

58～66

290

300

315

过热汽

缸油

38号

52号

62号

33号

65号

72号

4.5

8.0

8.5

300

325

340

合成过热

汽缸油

28号轧钢

28号

26～30

250

-10

机油

中

等

极

压

型

工

业

齿

轮

油

50号

70号

90号

120号

150号

200号

250号

300号

350号

45～55

65～75

80～100

110～130

140～160

180～220

230～270

280～320

330～370

170

190

200

220

-5

硫

铅

型

续表

性

能

恩氏粘度

分类

品种

牌号

运动粘度（50℃）

闪点（开口）不低于

℃

凝点不高于

℃

（100℃）

°E

cSt

90号

120号

150号

200号

250号

300号

350号

80-100

1104130

130～170

180～220

230～270

280～320

330～370

300号

55号

195

200

210

-10

-8

-5

210

220

225

极

压

型

工

业

齿

轮

硫

磷

型

-5

2804320

（50～60）

（85～115）

铅

型

油

①

100号

①

①括号内100℃时运动粘度值。

含铅型齿轮油的缺点是热氧化安定性差，贮存安定性差（铅皂易析出），重金属对环境有

污染，抗乳化性不好。

而硫磷型工业齿轮油在抗擦伤、抗磨损、热氧化安定性、防锈性和抗乳化

性等方面都优于铅型工业齿轮油，工作时添加剂不析出，因热安定性好而使其

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