游梁式抽油机的平衡
一、抽油机平衡原理
（一）抽油机不平衡的原因：抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。因此也就会造成抽油机不平衡。
（二）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。
（三）平衡原理 1．平衡原则及平衡条件 抽油机达到平衡的原则是：
（1）电动机在上下冲程中做功相等； （2）上、下冲程中电机的电流峰值相等； （3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。 抽油平衡原理，如图3-31所示：
在抽油机游梁后端加一重物，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重物做功，把重物升高储存位能Aw：
Aw=
Ad+Amd,
则得到电机在下冲程中做的功为：Amd=Aw-Ad
式中 Aw—— 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；
Ad—— 悬点在下冲程中做的功； Amd—— 电机在下冲程中做的功。
在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功： Au=Aw+Amu 则得电机在上冲程中做的功为：Amu=Au-AW 式中 Au—— 悬点在上冲程中做的功；
Amu—— 电机在上冲程中做的功。
根据第一条平衡原则： Amu=Amd 即Aw-Ad=Au-Aw
可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：
Aw=
Au+Ad
（3-50） 2
上式说明抽油机的平衡条件为：平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。
2．平衡系统要达到平衡需要的平衡功
当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲程中做的功为：
Au=(Wr'+WL')s；
下冲程做的功为：Ad=Wr's。
则由（3－50）得理论上需要的平衡功为： Aw=
Au+AdW'
=(Wr'+l)s (3-51) 22
二、游梁式抽油机的机械平衡计算 1．游梁平衡方式计算
游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端；适用于小型抽油机，如图3-31所示。 在下冲程中悬点向下运动了s(m),而平衡重Wb升高的距离sc为：
sc=
c
s， a
储存的能量或称实际产生的平衡功为：
Aw=
c
sWb a
要达到平衡，实际产生的平衡功应等于需要的平衡功，即：
W'c
sWb=(Wr'+l)s a2
可得游梁平衡重为： Wb=
W'a
(Wr'+l) c2
如果抽油机本身不平衡，设游梁后臂比前臂重Xuc，相当于平衡重，则平衡重就可减小，这时游梁平衡重为：
Wb=
W'a
(Wr'+l)-Xuc （3-52） c2
2．曲柄平衡方式计算
曲柄平衡:是指平衡重装在曲柄上，适用于大型抽油机。如图3-33所示。 在下冲程中，曲柄平衡重Wcb上升的高度为2R，曲柄自重Wc上升的高度为
2Rc，抽油机本身不平衡值Xub上升的高度为2r，则平衡系统在下冲程中储存的能量，或实际产生的平衡功为：
Aw=2RWcb+2RcWc+2rXub， 令其与需要的平衡功相等：
2RWcb+2RcWc+2rXub=(Wr'+
Wl'
)s， 2
可得到平衡半径的计算公式为：
R=(Wr'+
Wl'sRWrX)-cc-ub (3-53) 22WcbWcbWcb
图3-33 曲柄平衡
3．复合平衡方式计算
复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如图3-34所示，适用于中型抽油机。
同理可导出平衡半径的计算公式：
R=(Wr'+
Wl'sRWcr
（3-54） )-cc-(Xuc+Wb)
22WcbWcbbWcb
三、平衡测量与调整
测电动机上、下冲程的电流峰值Iu和Id，若Iu＞Id，平衡不足，Iu＜Id，则平衡过重。在两个电流中有一个小的，一个大的，若I小/I大≥0.8时就认为是平衡了，否则就要重新计算平衡半径或平衡重，重新调整平衡。
四、抽油机井的系统效率 （一）抽油机井的有用功率
有用功率或称有效功率，也称为水力功率NH, ：是指在一定时间内，将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：
NH=
QHg
（3-73） 86400
式中 Q—— 油井产液量，t/d；
H——泵对液体的有效提升高度，m； NH—— 抽油机井的有效功率，kw。 泵对液体的有效提升高度计算如下：
1．如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L。 2．考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为：
H=Lf+
PB-PC
⨯106 （3-74） ρlg
式中 PB、PC—— 分别为回压和套压，MPa； ρl—— 井中液体密度，kg/m3。
当上式中用相对密度ρl'，并且重力加速度取9.8时，
H=Lf+102(PB-PC)/ρl'。
3．考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：
H=Lf+
PB-PCρ-ρo
（3-75） ⨯106+hSl
ρlgρl
式中 hS—— 泵的沉没度，m。
（二）光杆功率
光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。可用示功图的面积计算：
Np=
AsnC
（3-76） 600l
式中 Np—— 光杆功率，kw；
A—— 示功图载荷线包围的面积，cm2； S—— 光杆冲程，m； n—— 冲数，r/min； C—— 动力仪力比，N/mm；
l—— 示功图上冲程长度，mm；
由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：
Np=
Wl'sn
（3-77） 6⨯104
式中 Wl'—— 转移载荷，N；
s—— 光杆冲程，m； n——冲数，r/min； （三）抽油机井的效率 1．抽油机的效率
ηp=
NpNr
，是光杆功率与电动机功率之比，它表达了抽油机工作状况好坏及
功率利用程度。
2．油井效率
ηH=
NH
，是有效功率与光杆功率之比，主要表达了抽油泵工作状况的好坏Np
及功率利用情况。即悬点做的功，除了提升液体做有效功外，还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。
3．抽油机井系统效率
ηt=
NH
，为本抽油机井输出功率与输入功率之比，表达了该抽油机井的总体效Nr
益和能量的综合利用情况。
游梁式抽油机的平衡
一、抽油机平衡原理
（一）抽油机不平衡的原因：抽油机在工作过程中悬点承受的是不对称的脉动载荷，上冲程载荷很大，下冲程载荷较小，这样就会造成上冲程电动机做功很大，下冲程电机做负功，即悬点拉着电机旋转。因此也就会造成抽油机不平衡。
（二）抽油机不平衡的危害：抽油机运转不平衡，影响电机的工作效率，使电机的功率因数降低，加大电机的功率损耗，减小电机的寿命；抽油机运转不平衡会使抽油机发生振动，严重时会造成翻抽油机的恶性事故，影响抽油机的寿命。因此抽油机必须利用平衡装置调节达到运转平衡。
（三）平衡原理 1．平衡原则及平衡条件 抽油机达到平衡的原则是：
（1）电动机在上下冲程中做功相等； （2）上、下冲程中电机的电流峰值相等； （3）上、下冲程中的曲柄轴峰值扭矩相等。 抽油平衡原理，如图3-31所示：
在抽油机游梁后端加一重物，在下冲程中电机和下冲程的悬点载荷一起对重物做功，把重物升高储存位能Aw：
Aw=
Ad+Amd,
则得到电机在下冲程中做的功为：Amd=Aw-Ad
式中 Aw—— 下冲程中悬点载荷和电机对平衡系统做的功，即平衡系统储存的能量；
Ad—— 悬点在下冲程中做的功； Amd—— 电机在下冲程中做的功。
在上冲程中平衡系统放出能量，帮助电机对悬点做功： Au=Aw+Amu 则得电机在上冲程中做的功为：Amu=Au-AW 式中 Au—— 悬点在上冲程中做的功；
Amu—— 电机在上冲程中做的功。
根据第一条平衡原则： Amu=Amd 即Aw-Ad=Au-Aw
可得到平衡系统在下冲程中应储存的能量为：
Aw=
Au+Ad
（3-50） 2
上式说明抽油机的平衡条件为：平衡系统下冲程中储存的能量要等于悬点在上、下冲程中做功之和的一半。
2．平衡系统要达到平衡需要的平衡功
当只考虑静载荷做功时，悬点在上冲程中做的功为：
Au=(Wr'+WL')s；
下冲程做的功为：Ad=Wr's。
则由（3－50）得理论上需要的平衡功为： Aw=
Au+AdW'
=(Wr'+l)s (3-51) 22
二、游梁式抽油机的机械平衡计算 1．游梁平衡方式计算
游梁平衡：是将平衡重装在游梁后端；适用于小型抽油机，如图3-31所示。 在下冲程中悬点向下运动了s(m),而平衡重Wb升高的距离sc为：
sc=
c
s， a
储存的能量或称实际产生的平衡功为：
Aw=
c
sWb a
要达到平衡，实际产生的平衡功应等于需要的平衡功，即：
W'c
sWb=(Wr'+l)s a2
可得游梁平衡重为： Wb=
W'a
(Wr'+l) c2
如果抽油机本身不平衡，设游梁后臂比前臂重Xuc，相当于平衡重，则平衡重就可减小，这时游梁平衡重为：
Wb=
W'a
(Wr'+l)-Xuc （3-52） c2
2．曲柄平衡方式计算
曲柄平衡:是指平衡重装在曲柄上，适用于大型抽油机。如图3-33所示。 在下冲程中，曲柄平衡重Wcb上升的高度为2R，曲柄自重Wc上升的高度为
2Rc，抽油机本身不平衡值Xub上升的高度为2r，则平衡系统在下冲程中储存的能量，或实际产生的平衡功为：
Aw=2RWcb+2RcWc+2rXub， 令其与需要的平衡功相等：
2RWcb+2RcWc+2rXub=(Wr'+
Wl'
)s， 2
可得到平衡半径的计算公式为：
R=(Wr'+
Wl'sRWrX)-cc-ub (3-53) 22WcbWcbWcb
图3-33 曲柄平衡
3．复合平衡方式计算
复合平衡：是以上两种平衡方式的组合，即在曲柄上和游梁后臂上都有平衡重如图3-34所示，适用于中型抽油机。
同理可导出平衡半径的计算公式：
R=(Wr'+
Wl'sRWcr
（3-54） )-cc-(Xuc+Wb)
22WcbWcbbWcb
三、平衡测量与调整
测电动机上、下冲程的电流峰值Iu和Id，若Iu＞Id，平衡不足，Iu＜Id，则平衡过重。在两个电流中有一个小的，一个大的，若I小/I大≥0.8时就认为是平衡了，否则就要重新计算平衡半径或平衡重，重新调整平衡。
四、抽油机井的系统效率 （一）抽油机井的有用功率
有用功率或称有效功率，也称为水力功率NH, ：是指在一定时间内，将一定量的液体提升一定的距离所需要的功率：
NH=
QHg
（3-73） 86400
式中 Q—— 油井产液量，t/d；
H——泵对液体的有效提升高度，m； NH—— 抽油机井的有效功率，kw。 泵对液体的有效提升高度计算如下：
1．如果忽略沉没压力和回压的影响，有效提升高度等于下泵深度：H=L。 2．考虑沉没压力和回压的影响时，为了计算简单，忽略气柱重力和进泵阻力的影响，并认为环空中和油管中的液体密度相同，有效提升高度为：
H=Lf+
PB-PC
⨯106 （3-74） ρlg
式中 PB、PC—— 分别为回压和套压，MPa； ρl—— 井中液体密度，kg/m3。
当上式中用相对密度ρl'，并且重力加速度取9.8时，
H=Lf+102(PB-PC)/ρl'。
3．考虑环形空间中与油管中的液体密度不同时，有效提升高度为：
H=Lf+
PB-PCρ-ρo
（3-75） ⨯106+hSl
ρlgρl
式中 hS—— 泵的沉没度，m。
（二）光杆功率
光杆功率：即是抽油机悬点载荷做功的功率，是提升液体和克服井下消耗所需要的功率。可用示功图的面积计算：
Np=
AsnC
（3-76） 600l
式中 Np—— 光杆功率，kw；
A—— 示功图载荷线包围的面积，cm2； S—— 光杆冲程，m； n—— 冲数，r/min； C—— 动力仪力比，N/mm；
l—— 示功图上冲程长度，mm；
由于计算示功图麻烦，常近似地按理论静载荷计算悬点做功：
Np=
Wl'sn
（3-77） 6⨯104
式中 Wl'—— 转移载荷，N；
s—— 光杆冲程，m； n——冲数，r/min； （三）抽油机井的效率 1．抽油机的效率
ηp=
NpNr
，是光杆功率与电动机功率之比，它表达了抽油机工作状况好坏及
功率利用程度。
2．油井效率
ηH=
NH
，是有效功率与光杆功率之比，主要表达了抽油泵工作状况的好坏Np
及功率利用情况。即悬点做的功，除了提升液体做有效功外，还要克服井下摩擦、杆柱振动、漏失等机械损失、水力损失和容积损失做无效功。
3．抽油机井系统效率
ηt=
NH
，为本抽油机井输出功率与输入功率之比，表达了该抽油机井的总体效Nr
益和能量的综合利用情况。