朱荣杰 兰永乾 马龙飞

（1.大庆油田有限责任公司第一采油厂；2.大庆油田通信公司；3.大庆润滑油二厂）

应用抽油机井电动机功率曲线计算减速箱扭矩曲线

朱荣杰1兰永乾2马龙飞3

（1.大庆油田有限责任公司第一采油厂；2.大庆油田通信公司；3.大庆润滑油二厂）

通过对在用抽油机井电动机功率曲线与抽油机减速箱扭矩曲线之间关系的分析，寻求出一种将功率曲线转换为扭矩曲线的方法，并进行误差分析，从而得出计算精确的实验要求以及应用于最大扭矩计算的误差范围，以检验抽油机井是否超扭矩，为抽油机节电提供可靠的技术途径。

功率曲线 转矩曲线 方法 误差分析

近年来，由于油田稳产形势要求，大庆长垣中部一些抽油机井的单井产液量越来越高，因而下入的抽油泵的直径也越来越大，抽油机选用的机型也随之改变。

首先是抽油机冲程变化与其得出的经验公式有很大差距。20世纪60年代，抽油机的冲程多数在3 m以下，而现在应用的抽油机冲程在4.2 m以上的井占了抽油机井总数的70%左右。

其次是游梁式抽油机的结构与当初相比有了较大变化。如20世纪90年代中期，油田选用的抽油机至少是异相型抽油机，随后又有大量的双驴头抽油机得到了应用。

1 利用功率曲线计算扭矩曲线的方法

抽油机扭矩曲线的应用主要有三个方面的内容：①检查是否超扭矩及判断是否发生背击现象；②判断及计算平衡；③用于功率分析。

减速箱输出的瞬时功率等于瞬时扭矩与曲柄角速度之积[1]，即

对该公式进行变换，则可以得到

但是，实际矿场上我们只能利用现场测试手段得到的是电动机的输入功率曲线，而不是减速箱输出轴功率曲线，目前想要直接测得减速箱输出轴功率曲线几乎是不可能的。那么只能利用电动机输入功率曲线得到减速箱输出轴的功率曲线。

2 计算实例

如某井，该井冲速为6.72 min-1，由此计算该井曲柄旋转角速度为0.703

将该数据代入测得的功率曲线数据，并制图得出功率曲线和减速箱输出轴扭矩曲线，见图1。

图1 功率与减速箱输出轴扭矩曲线

3 分析

3.1 电动机—减速箱输出轴的传动效率组成

从电动机到减速箱输出轴，主要有以下几个传动节点：①电动机到电动机输出轴，它的传动效率是指电机的工作效率；②从电动机输出轴到减速箱输入轴，它的传动效率主要是指皮带的传动效率；③从减速箱输入轴到减速箱输出轴，它的传动效率主要是减速箱的传动效率。

3.2 各节点传动效率分析

3.2.1 电动机的工作效率

目前，油田常用的抽油机电动机是Y系列鼠笼式电动机，根据相关文献介绍[2]，目前油田常用的电动机（8极电动机，功率22～75 kW）额定工作效率为90%～92%。

一般电动机在输出功率为(60%～100%)额定功率条件下工作时，其效率接近于额定效率，约90%左右，即电动机损耗约占10%。

对于电动机而言，在接近额定负荷时，其最大效率通常达到91%。

3.2.2 皮带的传动效率

皮带传动的特点：由于皮带具有良好的弹性，因此能缓和冲击，吸收振动，尤其是三角胶带，无接头，工作平稳、噪音小，但工作中有弹性滑动，因此瞬时传动比不精确；过载时，皮带在轮面上打滑，可防止其他零件损坏，起保护作用，但传动效率较低，三角带传动效率一般情况下为0.9～0.92；适用两轴中心距较大的场合；结构简单，维护方便，但外形尺寸大，不紧凑。

皮带传动过程中，当小于极限负荷时传动效率都很高，只有超过极限负荷时，传动效率开始下降。通常情况下皮带传动的效率为92%。

3.2.3 减速箱传动效率

减速箱传动由齿轮传动和轴承传动组成。

齿轮传动具有工作可靠、传动比精确、传动效率高（0.92～0.99）、结构紧凑、适用功率和速度范围广等优点。通常情况下，齿轮传动效率可达到96%以上。

轴的主要功用是支承转动零件和传递动力，对于减速箱中的轴而言，它既承受弯矩，又承受转矩，通常情况下每组轴承的传动效率99%以上。对于抽油机减速箱而言，三组轴承的传动效率为97.03%。

通过上述分析，从电动机到减速箱输出轴总体的最大传动效率为0.78。

3.3 误差分析

3.3.1 电动机部分

抽油机电动机的负荷变化十分剧烈且频繁。在抽油机的每一冲程中，电动机的输出功率都将出现两次瞬时功率极大值和两次瞬时功率极小值。其瞬时功率极大值可能超过额定功率，而极小值一般为负功率，即电动机不仅不输出功率，反而由抽油机拖动而发电。因此电动机的输出功率的变化远远超出了(60%～100%)额定功率的范围，特别是当抽油机平衡不良时，其电动机甚至可能在(-20%～180%)额定功率的范围内变化，这时电动机的效率降低，损耗增大。

对于平衡良好的抽油机，当抽油机悬点负荷最大时，电动机消耗功率也会最大，其最大功率基本在电动机的额定状态附近。通过部分电动机效率的试验数据分析，当其在接近额定负荷时，工作效率最高。

这个过程发生在上冲程，当电动机出现这一峰值后，其余时间的工作效率都比较低，通常在75%～91%之间。

3.3.2 皮带传动部分

当皮带安装符合安装要求的条件下，皮带传动效率的变化并不大，即：当小于极限负荷时传动效率都很高，只有超过极限负荷时，传动效率开始下降。对于抽油机井而言，这一时刻主要出现在抽油机启动过程和极不平衡的过程，对于大多数的抽油机井而言，它的传动效率通常可以保证在较高的水平，因此，皮带传动效率92%是比较符合实际的，对整个系统效率的影响并不大。

3.3.3 减速箱传动部分

由于这一部分的传动只要保证较好的润滑，其传动效率基本可以保持一个比较恒定的水平，因而这一部分对其影响并不大。

通过上述分析，传动效率变化最大的是电机部位，因而解决这一部位传动效率的计算是最为关键的。

4 认识

（1）利用功率曲线计算抽油机减速箱输出轴扭矩，对最大扭矩计算产生的误差不大，对电动机功率较低点的计算值偏高。

（2）如需取得更加准确的计算结果，需对电动机进行模型试验或以已取得的模型试验数据为基础进行计算。

（3）应用该方法，可利用测试数据中的峰值功率计算抽油机减速箱输出轴最大扭矩，以检验抽油机井是否超扭矩。

[1]张琪,采油工程原理与设计[M].北京:中国石油大学出版社,2000.

[2]邵海忠.最新实用电工手册[M].北京:化学工业出版社,2000.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.006

2011-01-18）

朱荣杰，2005年毕业于中国石油大学，高级工程师，从事机械采油节能技术管理工作，E-mail：Zhurongjie@petrochina.com.cn，地址：大庆市萨尔图区中七路114号，163001。