油田新型節(jié)能皮帶應(yīng)用實例分析

陳磊 史士峰（中國石油天然氣集團公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測評價中心）

大慶油田主要機械采油設(shè)備為抽油機、螺桿泵和電泵，其中游梁式抽油機為主要類型，皮帶是游梁式抽油機的重要組成部分之一，它與齒輪減速器一起構(gòu)成抽油機的傳動裝置，進而實現(xiàn)從電動機到曲柄軸的動力傳遞和減速[1]。在生產(chǎn)過程中，由于各種因數(shù)的影響——載荷過大，皮帶質(zhì)量不過關(guān)，四點未成一線——導(dǎo)致皮帶傳動效率降低，皮帶摩擦增大，最終導(dǎo)致皮帶斷裂，嚴重影響生產(chǎn)。頻繁地更換皮帶不僅增加工人的勞動強度，也增加了生產(chǎn)成本。為了節(jié)能降耗，油田上推出一種新型節(jié)能皮帶，通過其傳動原理分析、功率損耗分析和現(xiàn)場實際分析，驗證了新型節(jié)能皮帶的適用性，對油田生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 皮帶傳動

皮帶傳動主要由主動輪、從動輪和張緊在輪上的皮帶組成，皮帶被張緊在帶輪上，這時所受的初拉力，使皮帶與帶輪的接觸面間產(chǎn)生壓力。當主動輪運轉(zhuǎn)時，皮帶與帶輪接觸面的摩擦力拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，進而傳遞一定的運動和動力。

根據(jù)皮帶傳動的特點，帶傳動可以分為摩擦帶傳動和嚙合帶傳動[2]。

1.1 摩擦帶傳動

摩擦帶傳動是依靠帶與帶輪之間的摩擦力傳遞運動的。按帶的橫截面形狀不同可分為四種類型，見圖1。

圖1 帶傳動的類型

1）平帶傳動。平帶的橫截面為扁平矩形（圖1a），內(nèi)表面與輪緣接觸為工作面。常用的平帶有普通平帶（膠帆布帶）、皮革平帶和棉布帶等，在高速傳動中常使用麻織帶和絲織帶。其中以普通平帶應(yīng)用最廣。平帶可適用于平行軸交叉?zhèn)鲃雍徒诲e軸的半交叉?zhèn)鲃印?/p>

2）V帶傳動。V帶的橫截面為梯形，兩側(cè)面為工作面（圖1b），工作時V帶與帶輪槽兩側(cè)面接觸，在同樣壓力FQ的作用下，V帶傳動的摩擦力約為平帶傳動的三倍，故能傳遞較大的載荷。

3）多楔帶傳動。多楔帶是若干V帶的組合（圖1c），可避免多根V帶長度不等，傳力不均缺點。

4）圓形帶傳動。橫截面為圓形（圖1d），常用皮革或棉繩制成，只用于小功率傳動。

1.2 嚙合帶傳動

嚙合帶傳動依靠帶輪上的齒與帶上的齒或孔嚙合傳遞運動。嚙合帶傳動有兩種類型，見圖2。

圖2 嚙合帶傳動

1）同步帶傳動[3]。利用帶的齒與帶輪上的齒相嚙合傳遞運動和動力，帶與帶輪間為嚙合傳動沒有相對滑動，可保持主、從動輪線速度同步（圖2a）。

2）齒孔帶傳動。帶上的孔與輪上的齒相嚙合，同樣可避免帶與帶輪之間的相對滑動，使主、從動輪保持同步運動（圖2b）。

同步帶傳動具有傳動比恒定、不打滑、效率高、初張力小、對軸及軸承的壓力小、速度及功率范圍廣、不需潤滑、耐油、耐磨損以及允許采用較小的帶輪直徑、較短的軸間距、較大的速比，使傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊的特點。

2 油田常用皮帶應(yīng)用

2.1 普通帶

油田主要應(yīng)用的是普通的窄V帶，皮帶輪也為無齒輪。該皮帶使用時間不長，易斷裂，季節(jié)適應(yīng)性也不強。傳動效率也不是很高。

2.2 新型節(jié)能皮帶

目前油田新進一種高傳動效率新型復(fù)合材料的皮帶，該皮帶屬于同步傳送帶。該帶使用壽命比較長，傳動效率較高，能夠適應(yīng)季節(jié)性變化。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

新型節(jié)能皮帶在國內(nèi)外應(yīng)用也比較廣泛，具體應(yīng)用節(jié)能情況見表1。

表1 節(jié)能皮帶應(yīng)用情況

為了驗證高效節(jié)能型復(fù)合傳動帶的現(xiàn)場應(yīng)用情況，選取了不同生產(chǎn)條件下的生產(chǎn)井進行分析，采用單一變化量的同步對比測試方法，進而分析皮帶的節(jié)能效果。

3.1 皮帶壽命分析

相同井況下（產(chǎn)液量相同、動液面相同、沉沒度相同、沖速相同等），分別安裝普通皮帶與節(jié)能皮帶，考察皮帶的使用壽命，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 皮帶運行情況

從表2可以看出，試驗區(qū)塊普通皮帶的使用壽命為54d，節(jié)能皮帶平均使用壽命為126d，在相同條件下節(jié)能皮帶比普通皮帶更結(jié)實耐用。

3.2 節(jié)電率分析

在相同井況下（產(chǎn)液量相同、動液面相同、沉沒度相同、沖速相同等），分別安裝普通皮帶與節(jié)能皮帶，考察節(jié)能皮帶的節(jié)電率。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 皮帶節(jié)電率分析

從表3可以看出試驗區(qū)塊平均有功節(jié)電率為0.73%，綜合節(jié)電率為0.74%。從考察的實驗井上看，節(jié)能皮帶總體比普通皮帶一年節(jié)約530kW電量。

3.3 經(jīng)濟分析

如果普通皮帶一組按800元、新型節(jié)能皮帶按1000元計算時：一年內(nèi)普通皮帶平均更換6次，費用為4800元，新型節(jié)能皮帶更換3次，費用為3000元，平均一年單口井節(jié)約1800元。

4 結(jié)論

◇新型節(jié)能皮帶為同步帶傳動，傳動效率高；

◇新型節(jié)能皮帶使用壽命更長；

◇新型節(jié)能皮帶比普通皮帶更節(jié)電；

◇新型皮帶單口井年節(jié)約1800元。

[1]楊可楨,程光蘊.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,98-100.

[2]郜云飛,吳曉東,金潮蘇.游梁式抽油機皮帶傳動效率分析[J].石油鉆探技術(shù),2002,30(6)：45-47.

[3]史海峰.抽油機傳動效率與負載變化規(guī)律研究[J].石油鉆探技術(shù),2004,30(5)：35-37.

[4]李玉等.游梁式抽油機動力學(xué)仿真方法的研究[J].石油鉆探技術(shù),2001,20(4)：48-51.