统计研究潜油电泵机组扶正轴承套节能设计与应用

王海军于文庆周玉霞

（1.大庆油田有限责任公司规划计划部；2.大庆油田装备制造集团；3.大庆油田工程建设有限公司）

统计研究潜油电泵机组扶正轴承套节能设计与应用

王海军1于文庆2周玉霞3

（1.大庆油田有限责任公司规划计划部；2.大庆油田装备制造集团；3.大庆油田工程建设有限公司）

潜油电泵机组是一种机械采油设备，其中最主要的部分是潜油电动机，为使其能长期为机组提供足够的动能并节约能源，电动机转子的滑行时间是检验电动机的节能好坏的关键指标。为提高电动机转子的滑行时间，尝试对电动机转子扶正轴承的轴承套结构进行改进。文中通过运用spss统计软件和科学的统计技术方法——单因子方差分析法，比较两种不同结构的扶正轴承对潜油电动机滑行时间的影响，从而判定了更理想的节约能源设计方案，取得一定的节能和经济效益。

统计研究 潜油电泵机组 扶正轴承套 节能 设计与应用

潜油电泵机组是一种机械采油设备，其作用就是将井下液体抽送到地面。主要由三个部分组成，井下部分：潜油泵、分离器、保护器、潜油电动机、潜油电缆；地面设备：变压器、控制柜、变频器；其他辅助设备。其中最主要的部分是潜油电动机，它驱动潜油泵吸取地下井液。为使其能长期为机组提供足够的动能和节约能源，在电动机试验过程中，电动机转子的“滑行时间”是检验潜油电动机节约能源的关键指标。比较两种不同结构的扶正轴承对潜油电动机滑行时间的影响，从而判定更理想的设计方案具有节能和经济意义。

1 理论依据

从理论上讲，电动机转子的滑行时间越长，电动机的性能越好，可使试验机组的耗电量减少。为提高电动机转子的滑行时间，尝试对电动机转子扶正轴承的轴承套结构进行改进，将表面有油槽的轴承套改为无油槽，在内部增加环形油槽的设计，以便减少机械磨损，增强油品的润滑作用，结构改造见图1。

图1 轴承套结构改造示意图

1.1 更改结构设计的主要依据

1）有关滑动轴承油槽设计的注意事项[1]。

2）轴承套外径仍保持原设计公称尺寸，同轴度由原来的0.05mm改为0.02mm（依据对美国铜套实测同轴度的结果和我国的实际情况）。

3）有油槽扶正轴承套椭圆度最大0.03mm，无油槽的轴承套

在我们检出的300件中椭圆度有11件达到0.02 mm（最大），其余均在0.01mm以内。

1.2 方差分析的基本理论

方差分析的基本原理是认为不同处理组的均数间的差别基本来源有两个：

1）随机误差，如测量误差造成的差异或个体间的差异，称为组内差异，用变量在各组的均值与该组内变量值之偏差平方和的总和表示，记作SSw，组内自由度dfw。

2）实验条件，即不同的处理造成的差异，称为组间差异。用变量在各组的均值与总均值之偏差平方和表示，记作SSb，组间自由度dfb。

总偏差平方和SSt=SSb+SSw。

MSb/MSw比值构成F分布。用F值与其临界值比较，推断各样本是否来自相同的总体。

2 实验数据

通过实践检验获得两种结构扶正轴承套的电动机试验转子滑行时间，见表1。

表1 扶正轴承套结构更改前后电机的滑行时间

3 运用单因子方差分析[2]

两种结构扶正轴承套对电动机转子滑行时间的影响为确认两种结构轴承套的电动机转子滑行时间是否有显著差异，采用SPSS软件进行验证。

3.1 整理两种结构的轴承套的滑行时间并代入SPSS软件

两种结构的滑行时间数据见表2。

表2 两种结构滑行时间实验数据

3.2 数据正态分布检验

表3 数据的描述性统计结果

表3是运用SPSS软件对数据的描述性统计，结构1代表改结构后滑行时间，结构2代表原结构的滑行时间。

表4 单样体K-S正态分布结果

表4是单样本K-S检验正态分布的结果，当sig值大于0.05，说明你要检验的数据分布和正态分布没有显著差异，即你的数据属于正态分布，表中显示sig=0.463，结构2，sig=0.683，说明两者sig都大于0.05，说明检验的两组数据都是正态分布的。

3.3 单因素方差分析

3.3.1 方差的齐次性检验

Levene方法检验统计量为6.177，其sig=0.017< 0.05，可认为样本所来自的总体满足方差齐次性的要求。

3.3.2 方差分析表表5为方差分析表，分别对应组间差异（BetweenGroups）、组内差异（WithinGroups）和总变差（Total）。df为自由度，F统计量7.825，p值0.008，如果和0.05（小概率事件）去比，因为0.008<0.05，可以认为各组之间存在差异，则拒绝原假设H0，这表明不同结构的轴承套对转子滑行时间有特明显差异。

表5 方差分析表

3.3.3 两组样本均值分析

图2 两组样本比数折线图

上图更直观地表示结构1和结构2的均数的变化趋势,证明不同结构的轴承套对转子滑行时间有特明显差异。

3.3.4 运用独立样本的T检验

运用独立样本的T检验结果分为两大部分：第一部分为Levene's方差齐性检验，用于判断两总体方差是否齐，这里的结果为F=6.177，sig=0.017< 0.05，可见两个组之间的总体方差是有显著差异的在本例中方差是齐次性的；第二部分则分别给出两组所在总体方差齐（Equalvariancesassumed）和方差不齐（Equalvariancesnotassumed）时的T检验结果，由于前面的方差齐性检验结果为方差齐次性，第二部分就应选用方差齐时的T检验结果，即上面一行列出的T=2.797，df=44，p=0.008。从而最终的统计结论为按α=0.05水准，拒绝H0，认为不同结构的轴承套对转子滑行时间不同，从样本均数来看，可认为改结构的滑行时间较长，达到节约能源的效果。

4 应用措施

通过对两种扶正轴承铜套的厂内试验，并采用方差分析法进行统计确认，运用不同的方差计算方法进行了验证，表明两种扶正轴承铜套对电动机的滑行时间的影响有着显著差异，对油品耐压无显著差异。因此，如果取消表面油槽的设计，不但使铜套的椭圆度减小（铣槽导致），而且使电动机的滑行时间得到进一步地提高，节能效果更加明显。

5 节能效果及经济效益

5.1 节能应用效果

将电动机扶正轴承铜套结构进行重新设计更改后，潜油电动机的一次试验合格率由原来的96%提高到现在的98.97%，返工率下降了1.25个百分点，同时在油田内部应用的潜油电泵机组寿命在逐年延长，检泵周期达到1162d，海外机组的运转寿命最高也达到了1000d，据统计，试验一套改进后的机组比改进前约节3kWh，按每天试验1500套电泵机组计算，可节约4500kWh，节约用电资金2961元。

5.2 取得的经济效益

5.2.1 节约潜油电泵机组的试验成本。

目前，每年生产标准电泵机组1800套左右，按照合格率提高2.97个百分点计算，相当于每年减少试验约50套电泵机组，每套机组的试验成本为1025元，那么，每年可以节约试验成本总额至少51250元。

5.2.2 节约电泵机组制造过程的人工成本。

随着试验电动机的返工率下降，电泵制造厂每年约减少50套机组的返工，避免了电动机的拆解和重新装配，按照单机材料成本定额人工费用的消耗，按标准电动机每台节省材料和人工费用900元计算，每年至少节约材料成本和人工成本45625元。

5.2.3 提高机组的运行寿命，增加收入。

随着电泵产品市场的不断拓展，大庆地区占有率达到100%，在国内其他油田也占60%的份额，同时还远销苏丹、印度尼西亚、哈萨克斯坦、阿曼等国家，年销售收入可达6亿元人民币以上。仅以海外市场为例，电泵机组多为租赁形式，如果因电动机转子滑行时间的提高，可使机组运行寿命提高千分之一，而每年的海外收入在4亿元人民币以上，那么这种结构的机组可每年至少增加租赁费用40万元的收入。

5.2.4 有效地降低顾客采购成本。

以关联交易市场为例，按照公司年销售500套潜油电泵计算，原机组平均检泵周期1150d，机组寿命增加12d，可为顾客减少采购数量为16套机组，为顾客减少采购资金250万元。

[1]小栗富士雄,小栗达男.机械设计禁忌手册1[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]赖国毅,陈超.SPSS//中文版统计分析典型实例精粹[M].北京:电子工业出版社,2010.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.014

2012-05-20）

王海军，经济师，2003年毕业于东北农业大学，从事统计研究工作，E-mail：wanghaij@cnpc.com.cn，地址：黑龙江省大庆油田有限责任公司规划计划部，163453。