游梁式抽油机悬点负载动态建模与仿真分析

"李翔宇等人在2016年的研究中建立了游梁式抽油机悬点负载的耦合动力学模型，该模型基于多自由度的弹簧-质量-阻尼器机械动力学系统，考虑了抽油杆柱振动、泵腔内气体可压缩性、泵腔压力变化和泵阀局部阻力等因素，用于描述抽油机的动态特性。他们通过数学模型关联了泵腔压力、流体流量、液体体积与柱塞运动，并确定了井下边界条件。采用时步有限元方法进行仿真计算，证实模型具有高精度，适用于抽油井工况参数如负荷、泵效、扭矩和平衡度的预测以及故障诊断。此研究受到国家自然科学基金资助。" 这篇研究论文深入探讨了游梁式抽油机的工作原理和动态行为。游梁式抽油机是石油开采中常见的设备，它通过抽油杆柱将井下的抽油泵上下往复运动，从而抽出地下原油。论文中建立的耦合动力学模型旨在模拟和理解这种复杂系统的动态特性，特别是悬点负载的变化。 首先，研究者采用了多自由度的弹簧-质量-阻尼器系统来模拟抽油杆柱的振动特性。这种模型能够考虑到杆柱在不同工况下的弹性变形和能量损耗，从而更准确地预测其动态响应。 其次，为了全面考虑抽油过程中的物理现象，模型还整合了泵腔内气体的可压缩性。这意味着随着泵腔压力的变化，气体体积会相应调整，影响抽汲效率。同时，论文还考虑了泵阀的局部阻力，这在实际操作中会导致额外的能量损失和非线性的动态响应。 通过数学建模，研究人员建立了泵腔压力、进泵流体流量、泵腔内液体体积与柱塞运动之间的关系。这些新模型能够详细描述有杆泵的动态抽汲过程，为理解和优化抽油机性能提供了理论基础。 为了验证模型的准确性，研究团队运用了时步有限元方法进行仿真计算。这种方法允许他们在时间域内逐步求解复杂的动力学问题，确保模型的计算结果与实际情况吻合。现场应用表明，所建立的模型精度高，可以有效地应用于抽油井的工况参数预测，如抽油负荷、泵效率、扭矩和平衡度的评估，同时还能用于故障诊断，对于提高抽油机的运行效率和维护具有重要意义。 此项工作得到了国家自然科学基金的支持，反映了其在科学研究领域的价值。论文的作者包括李翔宇、高宪文、侯延彬和王宏日，他们分别来自东北大学信息科学与工程学院和装甲兵技术学院控制工程系。这项研究不仅深化了我们对游梁式抽油机动力学的理解，也为未来的技术改进和优化提供了理论指导。