RM640—365—168TH型抽油機性能加載試驗

摘要：RM640-365-168TH型游梁式抽油機是某廠為國外客戶定制的新型抽油機，其結構與傳統抽油機機型有較大的差異，為了驗證設計的先進性和可靠性，對其進行了吊重加載型式試驗，并對主要承載構件進行了應變（應力）測試和分析。結果表明：吊重法是檢測主要構件極限載荷的有效手段;該抽油機主要構件設計安全指標和制造質量符合標準要求，滿足大載荷、長沖程、低扭矩的設計要求。

關鍵詞：RM640-365-168TH抽油機;型式試驗;應變測試

RM640-365-168TH型抽油機是某企業為國外客戶設計、定制的出口機型。該抽油機國標代號CYJY16-4.2-73HB（異相曲柄平衡型），與國標[1]接近機型CYJY16-4.8-105，與API SPEC 11E[2]推薦機型最接近的是RM640-365-144，從結構、配置和外形尺寸上（如圖1所示），均與在用機型有較大的差異，為了驗證其設計指標、制造質量是否達到標準要求，采用吊重試驗的方法，進行了型式試驗和主要構件的受力測試。測試分析表明，吊重試驗與應變測試可以滿足該機結構件強度（剛度）試驗的要求，該抽油機設計指標和加工制造質量與標準要求相符。

圖1 RM640-365-168TH型抽油機基本結構

1.吊重型式試驗分析

根據文獻[1]的規定，整機型式試驗方法進行懸點吊重試驗。該試驗方法相當于抽油機承受如圖2所示的懸點載荷，而抽油機實際工作時，懸點承受的載荷如圖3所示。對于如圖1所示的抽油機，在兩種載荷下，主要構件的受力對比如圖4-7所示。從各圖可以看出：采用吊重的方法對抽油機進行加載試驗，除減速器的受力有所惡化外， 其余構件基本上均經受了相當于工作時最大載荷的考驗，可以有效考核構件的剛度和靜強度，因此采用吊重試驗的方法進行型式試驗和極限載荷的測試是一種可接受的型式試驗方法[3]。但是，在吊重試驗中抽油機在下沖程時減速箱承受較大的負扭矩，雙向大交變載荷對減速箱的損害較大，因此，吊重試驗不能滿載、長時間進行。

圖2模擬吊重示功圖 ? ? ? ? ? ? 圖3 實際示功圖

圖4 實際示功圖時主要構件的受力 ? ? ?圖5 吊重示功圖時主要構件的受力

圖6 實際示功圖時減速箱力矩曲線 ? ?圖7 吊重示功圖時減速箱力矩曲線

2.試驗的依據和主要設備

根據文獻[1] 的規定整機型式試驗方法進行懸點吊重試驗，通過應變儀測試主要構件的應力狀態[4]。使用的主要裝備有：抽油機試驗臺、AHAWA5661C型精密脈沖聲級計、SG404無線應變儀、DJ6型光學經緯儀、扭矩儀等。試驗場地布局如圖8所示，應變片的黏貼方式和位置如圖9所示。

圖8 試驗場地主要布局圖

圖9 試驗應變片的黏貼位置和傳輸原理

3.試驗參數選擇和實驗步驟

根據文獻[1]的要求，抽油機型式試驗包括額定值試驗和超額定值試驗兩部分。為了減少對減速箱的損傷、保證構件受力測試試驗的準確度，整個試驗分成兩大步驟。步驟一：抽油機的型式試驗;步驟二：抽油機主要構件的應力測試試驗。

3.1 抽油機型式試驗

根據文獻[1]的要求，需進行3個試驗：

試驗1：在抽油機設計最大沖程、最高沖次條件下，根據減速器扭矩達到或接近額定值的條件，選擇抽油機的懸點載荷，運轉時間50h試驗。主要測量減速器軸承、油池的溫升、整機噪聲、支架振幅以及懸點投影，并觀察抽油機的運行狀況。

試驗2：在最大懸點載荷、最高沖次條件下，根據減速器扭矩達到或接近額定值的條件，選擇抽油機的允許的最大沖程，運轉時間50h試驗。此時各承載件均處于最大載荷工況下，可進行應力水平測試。

試驗3：在試驗2的基礎上增加懸點載荷、調整曲柄平衡力矩，進行超額定值試驗10min。

3.2 抽油機結構件的受力狀況試驗

在抽油機型式試驗2的前期進行。按照圖9的測試布點和原理，粘貼應變片、連接應變儀。游梁置于水平位置，將對應變儀調零，待零點穩定后，啟動抽油機，測試5-10個沖次，停機，使游梁處于水平位置，再測試1-2min，應力測試完畢，拆除應變測試儀，重新啟動抽油機繼續運行完成型式試驗2的50h試驗。應力水平測試完整記錄抽油機啟動、運轉、停機的應力（應變）曲線，對測試結果進行分析，判斷抽油機設計和制造的水平。

4.試驗結果分析

4.1 型式試驗的結果

通過該抽油機型式試驗的前后觀察，運轉動作正確、整機及部件無可見屈服變形和焊縫開裂現象，運轉指標測試數據如表1所示。從表1可以看出，該抽油機的整機制造質量，達到標準[1]的要求。

表1型式試驗的部分測試結果

輸入軸承溫升/最高溫度，℃ 輸出軸承溫升/最高溫度，℃ 油池溫升/最高溫度，℃ 噪聲，dB 支架橫振幅，mm 支架縱振幅，mm 懸點投影，mm

要求 40/70 40/70 15/70 87 6 7 28

結果 16/52 14/50 6/42 82 4 4 21

4.2 結構件應力測試實驗結果分析

抽油機主要結構件測試應力值與計算值的對比見表2所示，典型測點（支架）的動態應力譜曲線如圖10所示。由表2可知，該抽油機設計和實測安全系數均符合標準要求（均大于3.3），且橫梁、連桿具有更高的安全性。由于在測試中未拆卸游梁，支架測試點未取得應力零點，測試數據偏小，符合實際情況。連桿、橫梁中右側測試數據大于左側，表明抽油機整體安裝稍偏右側，但偏離較小，在許可的范圍內。

圖10支架的動態應力譜曲線 ? ? ? ? ?圖11 減速器凈扭矩對比

表2主要應力測點應力測量數

序號 測試點位置 最大應變，μm 最大應力，MPa 最大應力理論值，MPa 設計安全系數

1 支架前腿 左前 -192.857 -40.5 43.5 約5.8

2 左后 -200.952 -42.2 43.5 約5.6

3 右前 -189.524 -39.8 43.5 約5.9

4 右后 -198.095 -41.6 43.5 約5.6

5 支架后腿 左前 -217.143 -45.6 48.4 約5.2

6 左后 -213.333 -44.8 48.4 約5.2

7 右前 -226.19 -47.5 48.4 約4.9

8 右后 -214.762 -45.1 48.4 約5.2

9 左連桿 前 198.5714 41.7 42.6 5.5

10 后 194.761 40.9 42.6 5.5

11 右連桿 前 207.619 43.6 42.6 5.5

12 后 196.667 41.3 42.6 5.5

13 游梁 左 339.523 71.3 69.8 3.4

14 右 326.190 68.5 69.8 3.4

15 橫梁 左 244.285 51.3 52.2 4.5

16 右 255.238 53.6 52.2 4.5

應力測試值與理論計算值接近，且對稱測試點測試值一致性良好，測試結果可信度高，本測試方法滿足要求。

4.3 先進性分析

該抽油機與相同機型普通游梁機在實際示功圖、額定載荷下的曲柄凈扭矩對比見圖11。試驗抽油機曲柄凈扭矩峰值降低約20%，可降低電機裝機功率，基本消除負扭矩 ，該機型具有較好的節能效果。

5.結論

（ 1）RM640-365-168TH型抽油機主要構件設計安全指標和制造質量符合文獻[1]的要求，該抽油機曲柄凈扭矩峰值較常規機型降低約20%，具有較好節能效果，滿足大載荷、長沖程、低扭矩的設計要求。

（2）主要構件應力測試結果與理論值一致性良好，應變測試法是抽油機結構件的應力水平、安全性測試驗證的有效手段;

（3）本文給出的試驗方法，可以滿足抽油機型式試驗和主要承載構件應力測試的要求;

（4）吊重試驗法減速器必然出現正負扭矩轉換，與抽油機實際工況不符，開發能夠模擬真實懸點示功圖的，經濟、可靠的抽油機載荷試驗裝置是解決此問題的關鍵。

參考文獻：

[1GB/T 29021-2012.《石油天然氣工業游梁式抽油機》.

[2API SPEC 11E.《抽油機規范》.

[3]張慧文，綦耀光.抽油機型式試驗方法分析[J].石油礦場機械，1991（3）：13-15.

[4]王立成，郭燈明等.CYJ2-1.6-3HY游梁平衡抽油機的應力測試[J].石油天然氣學報，2007，4（29）：141-144.

作者簡介：李風，工程師，（1970-），現就職中國石化勝利油田分公司技術檢測中心，中國石油大學（華東）石工學院工程碩士在讀，從事石油機械產品檢測與研究工作。