石油化工机械

第四章石油化工机械第一节石油化工机械总论现代社会的各行各业几乎都离不开化工产品，要生产出高质量的化工产品，高效的、性能优良的化工机械设备是必不可少的。

由于化工产品原料的很大一部分来自于石油，基于对各类机械设备的一般性介绍，我们将石油和化工工业中常用的机械设备合为一章介绍。

一．石油和化工机械设备分类（一）按加工对象分类，石油及化工机械大致可分为：1．采油机械典型的如自动抽油机等。

2．钻探及穿孔机械如潜孔钻机、地质钻机等。

3．装药及充填机械4．炼油设备5．化工基本设备包括塔设备、反应器、干燥器等。

6．橡胶专用机械如平板硫化机、开放式炼胶机等。

7．塑料专用机械包括塑料注射成型机、塑料纺织器材、吹瓶机、中缝复合机、收丝机、吹膜机、高频塑料热合机、聚氨脂发泡机、封口机、压延机、泡塑自动切割机、塑料粉碎机等。

8．日用化学制品专用机械9．林产化工机械（二）按石油及化工行业的生产工艺过程划分，其常用机械设备可分为：1．泵包括离心式清水泵、管道泵、离心式耐腐蚀泵（玻璃泵、陶瓷泵、钛泵等）、离心式油泵、离心式杂质泵（泥浆泵、污水泵及砂泵等）、离心式液下泵、特殊泵（屏蔽泵、计量泵、旋涡泵及齿轮泵等）、螺杆泵等。

2．真空泵包括机械式容积真空泵（水环式、W往复式、旋片式、滑阀式、罗茨式等）、射流式真空泵（水蒸汽喷射泵和水喷射泵）、扩散式真空泵、吸附式真空泵、吸气离子泵等。

3．过滤分离设备包括离心式分离机（间歇式过滤离心机、连续式过滤离心机、活塞式过滤离心机、沉降离心机、灌式高速离心机、室式分离机、碟式分离机等）、过滤机（板框压滤机、转鼓真空过滤机、盘式过滤机、带式过滤机等）、膜分离设备（超过滤、渗析、渗透与反渗透）。

4．压缩机包括离心式及活塞式空气压缩机、离心式及活塞式制冷机5．混合搅拌机包括釜用搅拌器、管道搅拌器、定型搅拌器、气体搅拌器、静态混合器、文丘里管式混合器、螺旋混合机、滚筒式混合机、回转式混合机、捏合机等6．换热器包括固定式薄管板列管换热器、固定管板式换热器、浮头式换热器、U形管式换热器、螺旋板式换热器、板片式换热器、复波型伞板换热器、石墨换热器等。

7．塔设备包括填料塔、板式塔、喷洒塔等。

8．干燥设备包括喷雾干燥器、硫化床干燥器、气流干燥器、滚筒干燥器、回转圆筒干燥器、真空耙式干燥器、箱式干燥器、带式干燥器、红外线及远红外线干燥器、微波干燥器等。

9．水处理设备如机械过滤器、滤网过滤器、烧结式滤芯过滤器、电渗析器、离子交换器及成套纯水装置等。

10．除尘环保设备包括袋式除尘器、旋风除尘器、电除尘器、自激式除尘器、离心水膜除尘器等。

二．石油及化工机械设备的特点大部分石油及化工机械设备具有以下一般性的特点：1．作为物料处理设备，其所接触的作用对象种类很多，故设备类型多样，即使是处理同一物料，也有多种处理装置可供选择；2．处理物料的过程既有物理过程，也有化学过程，或者是二者的综合；3．设备要耐受加工过程中的腐蚀、热、湿等作用；4．加工过程常产生多种对环境有害的物质，故加工过程要求设备的密闭性好。

第二节典型石油钻采机械----抽油机的构造抽油机是构成“三抽”设备体系（抽油机、抽油杆、抽油泵）的主要组成部分。

在抽油机的驱动下，通过抽油杆带动抽油泵上下往复运动，实现无自喷能力抽井机械式采油。

一．抽油机的类型抽油机主要分游梁式和无梁式两大类。

1．游梁式抽油机按不同的标准，可进行不同的分类。

按结构型式可分为a)常规型；b)变型；前置型；c)偏置型；d)斜井型；e)低短型；f)大轮型等。

按减速器型式可分为a)渐凯线齿轮式；b)圆弧齿轮式；c)链条式；d)皮带式等。

按动力传动方式可分为a)三角带式；b)窄V联组带式；c)同步皮带式等。

按平衡方式可分为a)游梁平衡式；b)曲柄平衡式；c)复合平衡式；d)重锤平衡式；e)气动平衡式；f)差动平衡式等。

按曲柄连杆装配位置可分为a)前置式；b)偏置式。

按驴头结构型式可分为a)上翻式；b)侧转式；c)整体式；d)组装式；e)旋转式；f)大轮式；g)双驴头式等。

按驱动方式可分为 a)普通电机驱动式；b)多速电机驱动式；c)天然气发动机驱动式；d)超差转率电动机驱动式等。

2．无梁式抽油机一般可分为：链条式；滑轮增距式；链条增程式；小型式；矮型式；塔架式；曲柄连杆式；电动式；滚筒式；液压式等。

二．抽油机的设计要求抽油机的工作条件比较恶劣，需要全天侯常年野外连续运转，无人监护，且受交变载荷作用。

因此，要求抽油机应具有良好的可靠性、耐久性。

还要求抽油机具有性能领域宽，调节范围大，能源消耗低，易损件少，维护保养方便，对环境适应性强等特点。

三．常规型游梁式抽油机的结构图4-1为最普通的常规型游梁式抽油机。

常规型游梁工抽油机主要由发动机，三角皮带，曲柄，连杆，横梁，游梁，悬绳器，支架，撬座，制动系统及平衡重等组成。

发动机安装在撬座上，其安装位置有两种方案，一种是将发动机置于整体尾部，另一种是将发动机放在支架下面。

减速箱为二级龄轮传动减速箱，传动比为30左右，龄轮型式一般小功率用斜齿，大功率用人字齿。

近年来推广使用点啮合双圆弧人安齿。

曲图4-1 常规型游梁式 1—刹车装置 2-马达 3-减速箱皮带轮 4-减速箱 5-动力输入轴 6-中间轴 7-输出轴 8-曲柄 9-连杆轴 10-支架 11-曲柄平衡块 12-连杆 13-横盘轴 14-横船 15-游梁平衡块 16-游梁 17-支架轴 18-驴头 19-悬绳器 20-底座柄一端与减速器输出轴固结，另一端与连杆铰接。

连杆与横梁常见有两种型式，小型抽油机，多为组焊结构，靠改变后臂长度来调节冲程，大型抽油机多为整体机构，靠改变曲柄与连杆铰接位置来调节冲程。

游梁由型钢焊而成，也有用大型工字钢整体制造。

驴头由钢板组焊而成，有上翻式，侧转式，拆装式几种形式。

平衡重为金属块，小型抽油机多装于游梁尾部，大型抽油机多装于曲柄两翼，平衡重可根据需要而调整。

四．常规型游梁式抽油机的工作原理发动机通过三角皮带和减速带动曲柄作等速旋转运动。

曲柄—连杆—横梁—游梁四杆机构将这一运动转主为成驴头的变速的上下圆弧往复运动，再通过悬点，抽油机杆等动抽油泵碎裂塞作变速的上下往复直线运动。

抽油泵泵筒底部装有固定阀，柱塞上装有游动阀。

当悬点下冲程时，固定阀关闭，游动阀开启，抽油泵作排出工作，柱塞向下运动，将原油排出泵当悬点上冲程时，固定阀开启，游动阀关闭，柱塞向上运动，将原油吸入泵内，同时将已排出泵外的原油举升到地面。

五．常规型游梁式抽油机的基本计算1．悬点运动方程悬点位移方程)cos 1(2m ax ϕ-=S S 悬点速度方程ϕωsin 2max S V ⋅=悬点加速度方程ϕωcos 2max2S a =式中 S —悬点位移，mV —悬点速度，m/sa —悬点加速度，m/s 2S max —最大冲程长度，mω——曲柄转动角速度，弧度/sϕ——曲柄转角，度2．悬点载荷公式（美·梅里斯公式）)17901(2m ax n S P P P g y ⋅++= )17901(2min n S P P g ⋅-= 式中 P max ——悬点最大载荷，kgfP min ——悬点最小载荷，kgfP y ——作用于柱塞上油柱、轴油杆总重，kgfP g ——抽油杆在空气中重量，kgfS ——冲程长度，mn ——冲程次数，spm3．曲柄轴扭矩公式M=30S+0.236S （P max —P min ）式中 M ——曲柄轴扭矩，kgf ·mS ——冲程长度，mP max ——悬点最大载荷，kgfP min ——悬点最小载荷，kgf4．最大下泵深度公式以悬点额定载荷为临界条件：)17901()(maxmax maxmax n S q f F P L ⋅++-⋅=γ以曲柄轴额客扭矩为临界条件：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+-⋅-=17902)(236.030max 2max max maxmax max n S q f F S S M L γ以抽油杆额定应力为临界条件：1790)(5.01)17901()(maxmax max 2max max max n S q f F n S q f F fL ⋅+-⋅⋅⋅++-⋅=γγσ 式中 L max ——最大下泵深度，mP max ——最大悬点载荷，kgfP min ——最小悬点载荷，kgfM max ——曲柄轴最大扭矩，kgf ·mσmax ——抽油杆最大当量应力，kgf/cm 2F ——泵柱塞全断面面积，m 2f ——抽油杆截面积，m 2r ——液体重度，kg/ m 3g ——每米抽油杆在空气中重量，kg/mS max ——悬点最大冲程，mn max ——悬点最大高冲次，spm5．最大排量公式Q max =1440 F S 效 n max η容式中 Q max ——最大排量，F ——泵柱塞全断面面积，m 2S 效 ——泵柱塞有效冲程，mn max ——悬点最高冲次，spmη容——抽油泵容积效率六．前置型游梁式抽油机的结构及特点前置型抽油机是一种新型的游梁式抽油机，经油田使用证明，它具有结构新颖，性能可靠，运行平稳，冲次较低，冲程较大，节约能源等特点。

前置式抽油的结构如图4-2所示。

其主要特点是：（1）平衡效果好，机械运行平衡。

由前置式抽油机曲柄，曲柄销及平衡块的设置特点，决定了前置式抽油平衡后理论净曲矩曲线是五笔桥均匀的接的水平直线，如图4-3所示。

而常规型游梁式抽油机平衡后仍为近似的正弦曲线（仅减小了负荷峰值的绝对值）。

从A —P1-16D 型常规式前置式抽油机在油井实际运行中的扭矩曲线比较中也可以看出，前置式抽测量油机制净扭矩会出现正负值（图4-5）。

所以，这两种抽油机运转对比时可以明显看出，前置寺抽油机运行平稳，减速器齿轮无反负荷、连杆，游梁等也不易疲劳损坏，机械磨损少，噪音也比常规式抽油机降低5分贝左右，因而设备的寿命长。

（2）减小光杆最大负荷，抽油机使用安全。

图4-2 前置式抽油机1-驴头 2-游梁 3-横梁 4-连杆 5-减速器 6-吊绳及悬绳器 7-曲柄销 8-支架 9-曲柄 11-底座 12-动力底座在结构设计上，前置式抽油机可以做到曲柄旋转时约有195°的上冲程和165°的下冲程，这就使上下冲程产生一个时间差，其差值约占上冲程有15.4%，而常规式抽油由于结构限制，上下冲程所占时间几乎相等，即曲柄旋思索时约有182.5°的上冲程和177.5°的下冲程，上下冲程时间差仅占上冲程时间的2.74%。

由于光杆运动中加速度与运行时间的平方成比例，因此使用上冲程时间长的前置式抽油机，光杆加速度小，故前置式抽油机光杆负荷相对较小。

经计算前置式抽油机可减少光杆加速度40%，并减上光杆最大负荷10%，因而对延长抽油杆的寿命有良好效果。