RM640—365—168TH型抽油机性能加载试验

摘要：RM640-365-168TH型游梁式抽油机是某厂为国外客户定制的新型抽油机，其结构与传统抽油机机型有较大的差异，为了验证设计的先进性和可靠性，对其进行了吊重加载型式试验，并对主要承载构件进行了应变（应力）测试和分析。结果表明：吊重法是检测主要构件极限载荷的有效手段;该抽油机主要构件设计安全指标和制造质量符合标准要求，满足大载荷、长冲程、低扭矩的设计要求。

关键词：RM640-365-168TH抽油机;型式试验;应变测试

RM640-365-168TH型抽油机是某企业为国外客户设计、定制的出口机型。该抽油机国标代号CYJY16-4.2-73HB（异相曲柄平衡型），与国标[1]接近机型CYJY16-4.8-105，与API SPEC 11E[2]推荐机型最接近的是RM640-365-144，从结构、配置和外形尺寸上（如图1所示），均与在用机型有较大的差异，为了验证其设计指标、制造质量是否达到标准要求，采用吊重试验的方法，进行了型式试验和主要构件的受力测试。测试分析表明，吊重试验与应变测试可以满足该机结构件强度（刚度）试验的要求，该抽油机设计指标和加工制造质量与标准要求相符。

图1 RM640-365-168TH型抽油机基本结构

1.吊重型式试验分析

根据文献[1]的规定，整机型式试验方法进行悬点吊重试验。该试验方法相当于抽油机承受如图2所示的悬点载荷，而抽油机实际工作时，悬点承受的载荷如图3所示。对于如图1所示的抽油机，在两种载荷下，主要构件的受力对比如图4-7所示。从各图可以看出：采用吊重的方法对抽油机进行加载试验，除减速器的受力有所恶化外， 其余构件基本上均经受了相当于工作时最大载荷的考验，可以有效考核构件的刚度和静强度，因此采用吊重试验的方法进行型式试验和极限载荷的测试是一种可接受的型式试验方法[3]。但是，在吊重试验中抽油机在下冲程时减速箱承受较大的负扭矩，双向大交变载荷对减速箱的损害较大，因此，吊重试验不能满载、长时间进行。

图2模拟吊重示功图             图3 实际示功图

图4 实际示功图时主要构件的受力      图5 吊重示功图时主要构件的受力

图6 实际示功图时减速箱力矩曲线    图7 吊重示功图时减速箱力矩曲线

2.试验的依据和主要设备

根据文献[1] 的规定整机型式试验方法进行悬点吊重试验，通过应变仪测试主要构件的应力状态[4]。使用的主要装备有：抽油机试验台、AHAWA5661C型精密脉冲声级计、SG404无线应变仪、DJ6型光学经纬仪、扭矩仪等。试验场地布局如图8所示，应变片的黏贴方式和位置如图9所示。

图8 试验场地主要布局图

图9 试验应变片的黏贴位置和传输原理

3.试验参数选择和实验步骤

根据文献[1]的要求，抽油机型式试验包括额定值试验和超额定值试验两部分。为了减少对减速箱的损伤、保证构件受力测试试验的准确度，整个试验分成两大步骤。步骤一：抽油机的型式试验;步骤二：抽油机主要构件的应力测试试验。

3.1 抽油机型式试验

根据文献[1]的要求，需进行3个试验：

试验1：在抽油机设计最大冲程、最高冲次条件下，根据减速器扭矩达到或接近额定值的条件，选择抽油机的悬点载荷，运转时间50h试验。主要测量减速器轴承、油池的温升、整机噪声、支架振幅以及悬点投影，并观察抽油机的运行状况。

试验2：在最大悬点载荷、最高冲次条件下，根据减速器扭矩达到或接近额定值的条件，选择抽油机的允许的最大冲程，运转时间50h试验。此时各承载件均处于最大载荷工况下，可进行应力水平测试。

试验3：在试验2的基础上增加悬点载荷、调整曲柄平衡力矩，进行超额定值试验10min。

3.2 抽油机结构件的受力状况试验

在抽油机型式试验2的前期进行。按照图9的测试布点和原理，粘贴应变片、连接应变仪。游梁置于水平位置，将对应变仪调零，待零点稳定后，启动抽油机，测试5-10个冲次，停机，使游梁处于水平位置，再测试1-2min，应力测试完毕，拆除应变测试仪，重新启动抽油机继续运行完成型式试验2的50h试验。应力水平测试完整记录抽油机启动、运转、停机的应力（应变）曲线，对测试结果进行分析，判断抽油机设计和制造的水平。

4.试验结果分析

4.1 型式试验的结果

通过该抽油机型式试验的前后观察，运转动作正确、整机及部件无可见屈服变形和焊缝开裂现象，运转指标测试数据如表1所示。从表1可以看出，该抽油机的整机制造质量，达到标准[1]的要求。

表1型式试验的部分测试结果

输入轴承温升/最高温度，℃ 输出轴承温升/最高温度，℃ 油池温升/最高温度，℃ 噪声，dB 支架横振幅，mm 支架纵振幅，mm 悬点投影，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 结构件应力测试实验结果分析

抽油机主要结构件测试应力值与计算值的对比见表2所示，典型测点（支架）的动态应力谱曲线如图10所示。由表2可知，该抽油机设计和实测安全系数均符合标准要求（均大于3.3），且横梁、连杆具有更高的安全性。由于在测试中未拆卸游梁，支架测试点未取得应力零点，测试数据偏小，符合实际情况。连杆、横梁中右侧测试数据大于左侧，表明抽油机整体安装稍偏右侧，但偏离较小，在许可的范围内。

图10支架的动态应力谱曲线          图11 减速器净扭矩对比

表2主要应力测点应力测量数

序号 测试点位置 最大应变，μm 最大应力，MPa 最大应力理论值，MPa 设计安全系数

1 支架前腿 左前 -192.857 -40.5 43.5 约5.8

2 左后 -200.952 -42.2 43.5 约5.6

3 右前 -189.524 -39.8 43.5 约5.9

4 右后 -198.095 -41.6 43.5 约5.6

5 支架后腿 左前 -217.143 -45.6 48.4 约5.2

6 左后 -213.333 -44.8 48.4 约5.2

7 右前 -226.19 -47.5 48.4 約4.9

8 右后 -214.762 -45.1 48.4 约5.2

9 左连杆 前 198.5714 41.7 42.6 5.5

10 后 194.761 40.9 42.6 5.5

11 右连杆 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 横梁 左 244.285 51.3 52.2 4.5

16 右 255.238 53.6 52.2 4.5

应力测试值与理论计算值接近，且对称测试点测试值一致性良好，测试结果可信度高，本测试方法满足要求。

4.3 先进性分析

该抽油机与相同机型普通游梁机在实际示功图、额定载荷下的曲柄净扭矩对比见图11。试验抽油机曲柄净扭矩峰值降低约20%，可降低电机装机功率，基本消除负扭矩 ，该机型具有较好的节能效果。

5.结论

（ 1）RM640-365-168TH型抽油机主要构件设计安全指标和制造质量符合文献[1]的要求，该抽油机曲柄净扭矩峰值较常规机型降低约20%，具有较好节能效果，满足大载荷、长冲程、低扭矩的设计要求。

（2）主要构件应力测试结果与理论值一致性良好，应变测试法是抽油机结构件的应力水平、安全性测试验证的有效手段;

（3）本文给出的试验方法，可以满足抽油机型式试验和主要承载构件应力测试的要求;

（4）吊重试验法减速器必然出现正负扭矩转换，与抽油机实际工况不符，开发能够模拟真实悬点示功图的，经济、可靠的抽油机载荷试验装置是解决此问题的关键。

参考文献：

[1GB/T 29021-2012.《石油天然气工业游梁式抽油机》.

[2API SPEC 11E.《抽油机规范》.

[3]张慧文，綦耀光.抽油机型式试验方法分析[J].石油矿场机械，1991（3）：13-15.

[4]王立成，郭灯明等.CYJ2-1.6-3HY游梁平衡抽油机的应力测试[J].石油天然气学报，2007，4（29）：141-144.

作者简介：李风，工程师，（1970-），现就职中国石化胜利油田分公司技术检测中心，中国石油大学（华东）石工学院工程硕士在读，从事石油机械产品检测与研究工作。