API SPEC 11E CHINESE-2013 Specification for Pumping Units (NINETEENTH EDITION Effective Date May 1 2014).pdf

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1、 石油工业标准化研究所翻译出版抽油机规范 API Spec 11E 第 19 版， 2013 年 11 月 2014 年 5 月 1 日实施 石油工业标准化研究所翻译出版Specification for Pumping Units API SPECIFICATION 11E NINETEENTH EDITION, NOVEMBER 2013 EFFECTIVE DATE: MAY 1, 2014 API 标准翻译出版委员会 主 任：杨 果 副主任：高圣平 万战翔 付 伟 邢 公 委 员： （按姓氏拼音为序） 陈俊峰 陈效红 崔 毅 杜德林 范亚民 方 伟 郭 东 韩义萍 何保生 李树生 刘雪

2、梅 马开华 秦长毅 单宏祥 孙 娟 王 慧 王进全 王 欣 文志雄 夏咏华 张虎林 张 勇 张 玉 邹连阳 主 编：高圣平 副主编：杜德林 本标准由石油工业标准化研究所组织翻译、出版和发行。 本标准翻译责任人：王雪玲 本标准一校责任人：郭东 本标准二校责任人：刘长跃 本标准译文难免有不妥之处，欢迎各位读者批评指正。 API 授权声明 本标准由美国石油学会（ API）授权许可，由石油工业标准化研究所（ PSRI）组织翻译。翻译版本不代替、不取代英文版本，英文版本仍为具备法律效力的版本。 API 对翻译工作中出现的错误、偏差、误解均不承担任何责任。在未经 API 书面许可的情况下，不得将翻译版本进

3、行再翻译或复制。 AUTHORIZED BY API This standard has been translated by Petroleum Standardization Research Institute (PSRI) with the permission of the American Petroleum Institute (API). This translated version shall not replace nor supersede the English language version which remains the official version.

4、API shall not be responsible for any errors, discrepancies or misinterpretations arising from this translation. No additional translation or reproduction may be made of the standard without the prior written consent of API. 特别说明 API 出版物只针对一些共性问题。有关特殊问题，宜查阅地方、州和联邦的法律法规。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问、委员会或其他受

5、托人，均不担保也不承诺（无论明指还是暗示）本标准中所包含的信息的准确性、完整性和适用性，对于本标准中所披露的任何信息的使用及其后果，也不承担任何义务和责任。 API 或 API 的任何雇员、分包商、顾问或其他受托人，也不承诺本标准的使用不会侵犯其他人的专有权利。 任何愿意使用 API 出版物的人都可以任意使用。 API 已经尽了一切努力来保证这些出版物中所含数据的准确性与可靠性；然而，关于本标准 API 不做任何承诺、担保或保证，在此明确声明，由于使用本标准而造成的任何损失，或者因本标准与当地法规有冲突而造成违法， API 将不承担任何义务和责任。 出版 API 标准是为了使公众能够更方便地获

6、取已经证实的、良好的工程与操作惯例。但至于何时何地应当使用这些出版物，仍需要用户依据自身的实践经验而做出明智的判断。 API 标准的制定和出版，无意以任何方式限制任何人使用任何其他操作惯例。 任何按照 API 标准的会标使用要求标志其设备和材料的制造商，对于其产品符合相关 API 标准，负有全部责任。 API 不承诺、担保或保证这些产品实际上确实符合该项 API 标准。 版权所有，违者必究。在没有得到出版商的书面批准之前，任何人都不允许在检索系统中复制和 保存本文件中的任何内容，或者采用电子、机械、复印、录像或者其他方式传播本文件中的任何内容。 请联系出版商美国石油学会出版业务部，地址：122

7、0 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。 版权 2013美国石油学会 前言 API 出版物中的任何内容，都不能解释为（以暗示或其他方式）赋予任何人制造、销售或使用专利权所涵盖的任何方法、仪器或产品的权力；也不能解释为担保任何人侵犯专利权而不承担责任。 “应”：当在标准中使用时，表示为符合本规范的最低要求。 “宜”：当在标准中使用时，表示为符合本规范的推荐条款或建议但不作要求的条款。 本文件是按照 API 标准化工作程序制定的，该程序保证了制定过程的透明度和广泛参与；本文件被认定为 API 标准。关于本标准内容解释方面的有关问题，或者关于标准制定程序方面

8、的看法和问题，应以书面形式提交给美国石油学会标准部主任，地址是： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。如果需要复制或翻译本标准的全部或部分内容，也请与标准部主任联系。 通常， API 标准最长每隔五年就要复审一次，复审的结果是修订、确认或撤销。该五年复审周期可以延期一次， 但延期最长不超过两年。 可以从 API 标准部查询某项出版物的状态， 电话： （ 202） 682-8000。API 出版物和资料的目录每年出版一次。 API 地址： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005。 欢迎用户提出修订

9、建议， 这类建议应提交给 API 标准部， 地址： 1220 L Street, N.W., Washington, D.C. 20005，或发送电子邮件： standardsapi.org。 引 言 此项技术规范是经 API 标准化执行委员会授权，在 API 11E 基础上发展而来。本技术规范旨在进行游梁式抽油机的设计、选择和生产方面给双方提出要求和提供信息。此外，本技术规范还提出了在此项规范要求下的生产厂家所要遵守的最低要求。 本规范的使用者还应注意，对于个别设备还可以使用本技术规范以外的要求。本技术规范并不强制要求生产厂家或者客户提供或者接受可替换设备和工程解决方案。对于处于正在革新和高

10、速发展的技术尤其是如此。但是如果提供了可替换设备，生产厂家还应对本技术规范作出的变更加以标注，并加以详述。 附录 A 给出了 API Spec 11E 的授权机构使用 API 会标的信息。附录 C 中提供了记录曲柄平衡重的额定值（图 C.1）和抽油机冲程和扭矩因数的表格（图 C.2） 。附录 D-G 列出了扭矩因数计算和应用的建议和实例，附录 H 提供了用于抽油机减速器扭矩额定值计算的实例。附录 I 提供了进行系统分析时的建议和意见。附录 J 是典型游梁式抽油机的插图以及与其相关的名称。目 次 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语、定义、缩略语和符号 2 3.1 术语和定义 . 2

11、3.2 缩略语和符号 . 4 4 产品要求 . 7 4.1 性能要求 . 7 4.2 技术要求 . 8 5 游梁结构要求 . 9 5.1 概述 9 5.2 除去游梁以外所有结构件的设计载荷 . 9 5.3 除去游梁、轴承轴和曲柄外所有结构件的设计应力 . 9 5.4 游梁的设计载荷 10 5.5 游梁的最大许用应力 . 11 5.6 其他结构零部件 . 11 5.7 结构轴承的设计 12 5.8 制动装置 . 12 6 减速器的要求 . 13 6.1 概述 13 6.2 齿轮减速器 . 13 6.3 链条减速器 . 33 6.4 零部件 34 7 产品标识 . 38 7.1 抽油机结构铭牌 3

12、8 7.2 减速器铭牌 . 38 7.3 安装标记 . 38 7.4 供货商 /制造商的要求 . 38 8 贮存和维护 . 39 8.1 运输和装卸 . 39 8.2 润滑油 40 附录 A（资料性附录） API 会标 41 附录 B（规范性附录）游梁式抽油机规格 45 附录 C（资料性附录）推荐数据表格 . 49 附录 D（资料性附录）抽油机的扭矩因数（后置式曲柄平衡游梁抽油机， I 级杆组系统） . 53 附录 E（资料性附录）抽油机的扭矩因数（前置式曲柄平衡游梁抽油机， III 级杆组系统） 65 附录 F（资料性附录）抽油机的扭矩因数（前置式气动平衡游梁抽油机， III 级杆组系统）

13、75 附录 G（资料性附录）抽油机的扭矩因数（后置式异相曲柄平衡游梁抽油机， I 级杆组系统） 83 附录 H（资料性附录）抽油机减速器扭矩额定值的计算实例 . 93 附录 I（资料性附录）系统分析 101 附录 J（资料性附录）产品命名 . 103 参考文献 105 图 1 游梁的要素 . 10 图 2 热处理控制良好的斜齿轮和人字齿轮的斜齿轮载荷分布系数 Cm. 17 图 3 对斜齿和人字齿形通过调质处理后钢齿轮的最大许用接触疲劳应力 Sac17 图 4 通过调质处理的钢齿轮允许的弯曲疲劳应力 Sat. 19 图 5 斜齿轮载荷分布系数 Km. 24 图 6 钢及球墨铸铁的许用屈服强度数

14、Say28 图 7 火焰淬火或感应淬火齿轮的最小有效硬化层深度 he30 图 8 可接受的火焰淬火和感应淬火型式 30 图 9 渗碳齿轮有效硬化层深度 he. 31 图 10 渗氮齿轮的最小总硬化层深度 hc. 32 图 11 轴的许用应力 . 35 图 12 抽油机结构铭牌 . 39 图 13 抽油机减速器铭牌 39 图 C.1 曲柄平衡重额定值表 49 图 C.2 抽油机冲程及扭矩因数 . 50 图 C.3 制造商用减速器数据表 . 51 图 D.1 抽油机几何参数 54 图 D.2 使用光杆位置数据按照曲柄角度完成的示功图的划分区 59 图 D.3 使用扭矩系数的扭矩曲线图 61 图 D

15、.4 减速器净扭矩计算表 -顺时针旋转 . 62 图 D.5 减速器净扭矩计算表 -逆时针旋转 . 63 图 E.1 前置式抽油机的几何参数 III 级杆组系统 66 图 E.2 使用光杆位置数据按照曲柄角度完成的示功图的划分 70 图 E.3 使用扭矩因数的扭矩曲线图 72 图 F.1 抽油机几何参数 77 图 F.2 使用光杆位置数据按照曲柄角完成的示功图的划分 80 图 F.3 使用扭矩系数的扭矩曲线图 81 图 G.1 后置式异相曲柄平衡抽油机几何参数 I级杆组系统 84 图 G.2 使用光杆位置数据按曲柄角来完成的示功图的划分 88 图 G.3 使用扭矩系数的扭矩曲线图 91 图 G

16、.4 减速器净扭矩计算表 . 92 图 J.1 游梁式抽油机的命名 . 103 表 1 钢结构抽油机游梁上允许的最大应力 11 表 2 抽油机减速器规格及额定值 . 14 表 3 减速器各峰值扭矩下的速度 . 14 表 4 最大许用接触应力 Sac，适用于非调质钢齿轮 18 表 5 以大、小齿轮材料组合而定的弹性系数 Cp18 表 6 调质钢大齿轮与小齿轮配合的最小布氏硬度组合 . 19 表 7 许用弯曲疲劳应力 Sat（适用于非调质钢齿轮） 25 表 8 屈服强度系数 Ky. 27 表 9 键的许用应力 . 36 表 10 紧固件允许的最大拉伸应力 . 37 表 B.1 抽油机规格 . 46

17、 1 抽油机规范 1 范围 本规范的内容包括石油和天然气工业用游梁式抽油机的设计和额定值的要求及准则。包括悬绳器和减速器输入轴之间的所有零部件，即： a） 游梁式抽油机结构； b） 抽油机齿轮减速器； c） 抽油机链条减速器。 本规范只考虑由光杆施加于结构件和 /或齿轮减速器上的载荷。 本规范还包括斜齿和人字齿在内的渐开线闭式齿轮减速器的设计和额定值的要求。本规范确定的额定值的确定方法和影响仅限于抽油机用单级或多级减速器的设计，其中任何一级齿轮的节线速度不大于5000 英尺 /分钟，每根轴的转速不超过 3600 转 /分钟。 本规范不包括材料的化学性能、设备的安装和保养、游梁的平衡装置齿轮减速

18、器外部的原动机和动力传输装置或者控制系统。 附录 A 所适用的产品必须是使用了 API 会标且生产厂家已得到 API 认证。 2 规范性引用文件 下列引用文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新的版本（包括所有的修订版）适用于本文件。 API Spec 11B，抽油杆规范 AGMA 908-B891，直齿、斜齿和人字齿轮接触强度和弯曲强度几何系数的确定 AGMA 2001-D04，渐开线直齿轮和斜齿轮的基本额定值因数和计算方法 ANSI2/AGMA 1012G05，齿轮的命名法，符号术语的定义 ASME B29.1003

19、， 精密动力传输、 双节距动力传输、 双节距输送机滚子链条、 附件和链轮-包括 ASME B29.1， ASME B29.3，和 ASME B29.4 1美国齿轮制造商协会， 500 Montgomery Street, Suite 350, Alexandria, Virginia 22314, www.agma.org. 2美国国家标准学会， 25 West 43rd Street, 4th floor, New York, New York 10036, www.ansi.org. 3美国机械工程师协会，国际性组织， 3 Park Avenue, New York, New York 1

20、0016, www.asme.org. API SPECIFICATION 11E 23 术语、定义、缩略语和符号 3.1 术语和定义 本文件中使用了下列术语和定义。此外还使用了 ANSI/AGMA 1012-G05 中的术语。详见图 J.1 游梁式抽油机插图。 3.1.1 游梁式抽油机结构 beam pump structure 悬绳器和减速器输出轴之间的所有零部件。 3.1.2 游梁式抽油机 beam pumping unit 将曲柄的旋转运动转化为把机械功率转移到井下泵的直线往复运动的机器。 3.1.3 制动装置 brake 旨在阻止所有旋转关节运动的抽油机的部件。 注：它通常由一个安装

21、在减速器输入轴上的圆盘或鼓与一个机械装置相结合组成，给予一个阻止摩擦力矩。 3.1.4 悬绳器 carrier bar 抽油机钢丝绳总成的一部分，通过与光杆卡子相连接支撑抽油杆柱的载荷。 3.1.5 I 级杆组系统 Class I lever system 支点位于载荷和外加力或作用力之间的杆组系统。 注：例如，固定的中央轴承位于横梁和油井之间的抽油机 3.1.6 III 级杆组系统 Class III lever system 外加力（作用力）位于载荷和支点之间的杆组系统。 注：例如，横梁位于中央轴承和油井之间的抽油机。 3.1.7 平衡效应（ CB） counterbalance effe

22、ct (CB) 由于在曲柄上安装了曲柄平衡重，在抬起曲柄的时候，在光杆处施加的辅助升力。当曲柄处于 90位置（水平位置）时，平衡效应达到最大值。 抽油机规范 3 3.1.8 曲柄旋转 crank rotation 从侧面观看抽油机，当驴头在右面时，曲柄的旋转方向可以定义成顺时针或逆时针两种旋转方向。 3.1.9 曲柄 cranks 在游梁式抽油机中用于连接减速器输出轴和连杆的传动杆件。 3.1.10 径向的 diametral 沿直径方向 3.1.11 横梁 equalizer 将连杆连接到游梁的装置 3.1.12 悬绳器 hanger 见 3.1.4 悬绳器 3.1.13 驴头 horseh

23、ead 游梁式抽油机的一个组成部件，旨在将游梁的力和运动传递到钢丝绳。 注：它的形状应使其给予的运动控制在井口的正上方，并且允许光杆在没有过度的侧向载荷下运动。 3.1.14 连杆 pitmans 在抽油机上连接曲柄和横梁的连接杆装置。 3.1.15 游梁轴承 saddle bearing 主要支点轴承，支撑常规（ I 级杆组） 游梁式抽油机的游梁。 3.1.16 支架轴承 samson post bearing 安装在抽油机支架顶部的固定位置并给游梁提供支点的轴承。 3.1.17 减速器 speed reducer 位于皮带传动和曲柄之间，在降低速度和增大扭矩时传输旋转力的机械装置。 API

24、 SPECIFICATION 11E 43.1.18 结构不平衡重（ B） structural unbalance （ B） 指在连杆与曲柄销脱开并且没有施加油井负荷的情况下，使游梁保持在水平位置时在光杆上所施加的力。 注：当此力的方向向下时，该结构不平衡重被视为正值。相反则视为负值。 3.1.19 扭矩因数（ TF） torque factor （ TF） 曲柄在任一角度的扭矩因数乘以此时光杆上的载荷时，就能得出抽油机减速器曲柄轴上的扭矩。 注：扭矩因数与长度单位一致。 3.2 缩略语和符号 本规范中使用的缩写和符号可能与其他技术规范有所差别。使用者使用此符号和缩写时必须确保与此处的说明一

25、致，如有缩写和符号在下列无法找到，可参见附录 D E F 和 G。 A 从游梁轴承中心到光杆中心线的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） At紧固件的受拉面积，平方英寸（ in.2）平方毫米（ mm2） a 横截面积，平方英寸（ in.2）平方毫米（ mm2） B 结构不平衡力，磅（ lb）牛顿（ N） C 从游梁轴承中心到横梁轴承中心线的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） Cb 轴承制造厂规定的额定动载荷，磅（ lb）牛顿（ N） Cm 抗点蚀的载荷分布系数，无单位 Cp 弹性系数，无单位 C1点蚀速度系数，无单位 C2点蚀接触宽度系数，无单位 C3外斜齿轮的点蚀应力数，无单位 C5抗点蚀

26、速度系数，无单位 CB 平衡效果，磅（ lb）牛顿（ N） CD 齿轮轴间的标准中心距，英寸（ in.）毫米（ mm） D 齿轮工作节径，英寸（ in.）毫米（ mm） Dm 预紧件的大径，英寸（ in.）毫米（ mm） d 工作小齿轮的节圆直径，如果小齿轮被加大， d 的取值为外径减去 2 倍标准齿顶高，英寸（ in.）毫米（ mm） ds 轴的直径（对于锥轴采用平均直径），英寸（ in.）毫米（ mm） E 弹性模量，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Eg 齿轮的弹性模量，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Ep 小齿轮弹性模量，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa）

27、 F 净端面宽度，英寸（ in.）毫米（ mm） 抽油机规范 5 fcb 弯曲时允许的压应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） fs,b 弯曲产生的最大应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） fs,t 扭曲产生的最大应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） ftb弯曲时最外端纤维的拉应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） G 曲柄轴的中心到底座大梁的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） G剪切弹性系数，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） H 游梁轴承中心到底座大梁底部的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） HB 布氏硬度 HB,g 齿轮的布氏硬度，

28、无单位 HB,p 小齿轮的布氏硬度，无单位 hc， hc,1， hc,2 最小总硬化层深度，英寸（ in.）毫米（ mm） 注：下标 1 和 2 规定了总硬化深度（ hc）必须位于的范围 he， he1， he2 最小有效硬化层深度，英寸（ in.）毫米（ mm） 注：下标 1 和 2 规定了有效硬化深度（ he）必须位于的范围 h1 键埋入轴或毂上键槽中的深度，英寸（ in.）毫米（ mm） I 游梁轴承中心与曲柄轴中心的水平距离，英寸（ in.）毫米（ mm） Ip抗点蚀几何系数，无单位 Iy弱轴的第二惯性矩，英寸的四次方（ in.4）毫米的四次方（ mm4） J 曲柄销轴承中心到游梁轴承

29、中心的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） Jb弯曲强度几何系数，无单位 Jb,g 大齿轮的弯曲强度几何系数，无单位 Jb,p小齿轮的弯曲强度几何系数，无单位 Jt扭力常数，英寸的四次方（ in.4）毫米的四次方（ mm4） K 曲柄轴中心到游梁轴承中心的距离，英寸（ in.）毫米（ mm） Km 斜齿轮载荷分布系数，无单位 Kms 静扭矩载荷分布系数，无单位 Ky 屈服强度系数，无单位 K1 强度速度数，无单位 K2 强度接触数，无单位 K4 强度几何数，无单位 K5 抗弯强度的速度系数，无单位 k 轴承的额定系数，无单位 kh齿轮硬化处理后导致的变形系数，无单位 L 键的长度，英寸（ in

30、.）毫米（ mm） Lmin 接触区接触线的最小总长度，英寸（ in.）毫米（ mm） l 柱的无支承长度，英寸（ in.）毫米（ mm） M 旋转平衡重、曲柄及曲柄销绕曲柄轴的最大力矩，英寸 -磅（ in.-Ib）牛顿 -米（ Nm） API SPECIFICATION 11E 6Ma 给定的几何常数单位，平方英寸（ in.2）平方毫米（ mm2） m 旋转面内（端面）的模数，毫米（ mm） mg 齿轮齿数比，无单位 mn 法向模数，毫米（ mm） n 端部约束常数，无单位 no输出轴转速，等于抽油机的冲次，转 /分（ rpm） np 小齿轮转速，转 /分（ rpm） Ng 齿轮的齿数，无单

31、位 Np 小齿轮的齿数，无单位 Nt紧固件每英寸牙数 P 连杆的有效长度（轴承轴心线之间），英寸（ in.）毫米（ mm） PR光杆载荷，磅（ lb）牛顿（ N） Pa曲柄角度为 时平衡气缸内的压力，磅 /平方英寸（ psi）千帕（ kPa） Pd旋转面的径节（端面），英寸-1（ in.-1） Pnd 法向节距（齿轮直径上每英寸的齿数），英寸-1（ in.-1） PRP 在给定曲柄转角时的光杆位置，从下死点算起，以悬点位移占全冲程的百分数表示，无单位 p 公制紧固件螺距，毫米（ mm） pN 法向基圆节距，英寸（ in.）毫米（ mm） R 大链轮节圆半径，英寸（ in.）毫米（ mm） R1

32、轴承的负载比，无单位 r 截面回转半径，英寸（ in.）毫米（ mm） S 链条极限抗拉强度，磅（ lb）牛顿（ N） Sac 许用接触应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Sat 许用弯曲应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Say 齿轮或小齿轮材料的许用屈服强度，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Sc键的挤压应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Ss键的剪切应力，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Sut材料的拉伸强度，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） Sx 游梁的截面模量，立方英寸（ in.3）立方毫米（ mm3） Sy 材

33、料的屈服强度，磅 /平方英寸（ psi）兆帕（ MPa） T 额定峰值扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿米（ Nm） Tac 以抗点蚀性为基础的输出轴许用传递扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） Tas,i 在被检查的齿轮或小齿轮上的许用静扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） Tat以抗弯强度为基础的输出轴许用传递扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） Tn曲柄轴净扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） Tr当曲柄转角为 时， 由旋转平衡重、 曲柄及曲柄销所产生的扭矩， 英寸磅 （ in.-lb）牛顿 -米 （ Nm） Tt 轴传递的扭矩，英

34、寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） Twn 当曲柄转角为 时，由净光杆载荷所产生的扭矩，英寸磅（ in.-lb）牛顿 -米（ Nm） 抽油机规范 7 TF 扭矩因数，英寸（ in.）毫米（ mm） vt节圆线速度，英尺 /分（ f/min）米 /秒（ m/s） W 游梁的额定值，磅（ lb）牛（ N） Wc 曲柄销处于 90时，用测力计测得的光杆上的平衡力，磅（ lb）牛（ N） Wn 净光杆载荷，磅（ lb）牛（ N） W1 作用于轴承上的最大载荷，磅（ lb）牛（ N） W2 作用于柱上的最大载荷，磅（ lb）牛（ N） w 键的宽度，英寸（ in.）毫米（ mm） Z 在横向平面

35、内作用线的长度，英寸（ in.）毫米（ mm） P与 R 之间的夹角，顺时针方向从 R 到 P 测量，度（ ） C与 P 之间的夹角，度（ ） C 与 J 的夹角，度（ ） K 与 J 的夹角，度（ ） 前置式抽油机（ III 级杆组系统）曲柄平衡重偏移角，度（ ） 井口处于右侧时观看，曲柄的旋转角度，度（ ） 注： 的零度位置视抽油机的类别而定。 K 与 为 0 时的纵坐标线的夹角，度（ ） n法向工作压力角，度（ ） t横向工作压力角，度（ ） 工作螺旋角，度（ ） b光杆在底部（最低）位置时， C 和 K 之间的夹角，度（ ） t光杆在顶部（最高）位置时， C 和 K 之间的夹角，度（

36、） 4 产品要求 4.1 性能要求 用户或购买者应根据作业的油井以及周围的环境情况订购符合本技术规范的产品，并可以要求厂家制作特定的产品。这些要求可以通过尺寸图、数据表或其他适当的文件等方式传达。 为确保与抽油系统的其他零部件如整个抽油杆柱和井下往复泵的正确连接，特提出以下要求： a） 抽油机的举升能力要与使用的井下泵相匹配； b） 抽油杆的尺寸要与井的深度、杆的设计以及井的其他机械参数相匹配； c） 井中全部抽油杆柱的质量（重量）； d） 由于井的构造、摩擦以及动态载荷而产生的潜在附加载荷； e） 齿轮配置以及产生的齿轮载荷，定义为所需的提升输入能量。其中，齿轮载荷可表示为齿轮减速器额定值；

37、 f） 抽油机结构的承载能力应与抽油杆柱的重量以及附加载荷相匹配； g） 所需的最大冲程长度。 API SPECIFICATION 11E 8齿轮减速器的额定值，结构件的承载能力以及冲程长度的最大值这些综合要求构成的游梁式抽油机型号应与在附录 B 的表 B.1 中列出的标准值相匹配。 按照本规范供应的抽油机应当遵守在表 B.1 中给出的齿轮减速器的额定值、结构件承载能力、冲程长度，但是组成抽油机名称代号的这些项目的组合不需要与表中的组合完全相同。 附录 C 提供了用于记录曲柄平衡重的额定值（见图 C.1）、抽油机冲程和扭矩因数（见图 C.2）的推荐使用表格。附录 D 至附录 G 提供了扭矩因数

38、计算和应用的建议和实例，附录 H 提供了用于抽油机减速器扭矩额定值计算的实例。 系统分析的建议包含在附录 I 中。 附录 J 确定了用于本规范的典型游梁式抽油机各部件的通用名称。 4.2 技术要求 4.2.1 概述 在本规范发布后进行的设计开发应根据第 5 章和第 6 章定义的方法和假设进行。 对于在本规范发布之前设计开发的抽油机，如果生产厂商能充分证明其符合本标准中的要求，也应被视为符合此标准。 4.2.2 冲程和扭矩因数 为能从测力仪试验数据中方便和精确地确定减速器上的扭矩，游梁式抽油机的制造厂商应按照买方的要求提供冲程和曲柄每转动 15位置的扭矩因数。记录这些数据的例表见图 C.2。 4

39、.2.3 设计要求 设计要求应包括在第 5 章和第 6 章所定义的准则以及设计所依据的其他相关要求。零部件的附加尺寸公差应确保游梁式抽油机的良好运行。此规定适用于制造商的组装设备和更换的部件或半成品。 4.2.4 设计文件 设计文件应包括方法、假设、计算和设计要求。设计文件的评审和验证应由其他有资质人员进行，而非原设计本人。按照下列清单的设计文件应自最后一次生产起保存 10 年。 a） 一套完整的图纸，书面的技术规范 /标准，包括按照第 5 章和第 6 章中指定的材料类型和屈服强度 ； b） 游梁式抽油机安全安装、拆卸说明书以及故障排除和 /或与规定性能不相符时可进行的操作说明。 4.2.5

40、设计更改 抽油机规范 9 生产厂家在做出设计更改时至少要考虑下列内容：被改进或者是被改变的零部件的应力等级；材料的改变以及功能的改变。所有的设计更改或设计改进在应用之前都应被识别、记录、评审和批准。设计的变更以及设计文件的变更应具有与原设计同样的控制特征。 5 游梁结构要求 5.1 概述 下面章条列出了游梁式抽油机的结构要求，本规范只考虑由光杆载荷施加于结构件和 /或齿轮减速器上的载荷。光杆额定载荷在 API 11B 中有所规定。 附加在减速器、游梁或者其他结构件上的辅助装置（包括诸如压缩机、冲程增长机构）作用在抽油机上的附加载荷不是本标准考虑的范围。 除冲程长度外，本规范未对其他尺寸提出要求

41、。 5.2 除去游梁以外所有结构件的设计载荷 除非另有规定， 所有几何尺寸的抽油机都是通过检查上冲程时曲柄每隔 15位置时作用于某个构件上的载荷，取其最大者为设计载荷。 对于上冲程时所有的曲柄位置，均应采用光杆载荷 PR对于两个方向转动都可以工作以及具有非对称扭矩因数的抽油机，设计计算用的旋转方向应是其结果能在结构部件产生最大载荷的方向。 而且应适当考虑作用在所有结构轴承和支承这些轴承的结构件上的载荷方向。 5.3 除去游梁、轴承轴和曲柄外所有结构件的设计应力 许用应力水平是基于不考虑应力集中的简单应力条件，在有应力集中发生的情况下，必须采用足够的应力集中系数。 所有结构件的设计应力应是其材料

42、屈服强度 Sy的函数。 承受简单的拉伸或压缩以及非扭转弯曲的部件的极限应力应为 0.3Sy。 如在拉伸构件的危险区存在应力集中，极限应力应为 0.25Sy。 承受扭转弯曲的构件的极限应力为 0.2Sy。 所有起柱的作用的构件按以下公式（ 1）计算： 22yy2414 rlEnSaSW （ 1） API SPECIFICATION 11E 10式中： W2作用于柱上的最大载荷， lb（ N）； a 横截面的面积， in.2（ mm2）； Sy材料的屈服强度， psi（ MPa）； n 端部约束常数，假设为 1.0； E 弹性模量， psi（ MPa）； l 立柱的无支撑长度， in.（ mm）；

43、 r 横截面的回转半径， in.（ mm）。 rl应限定在最大为 90，当其等于或小于 30 时，可以假设立柱受简单压缩。 5.4 游梁的设计载荷 公式（ 2）用来确定常规游梁的额定值，如图 1 所示： ()fWSAcbx（ 2） 式中： W 由光杆载荷确定的游梁额定值， lb（ N）； fcb 弯曲时的压应力， psi（ MPa）（见表 1 最大许用应力）； Sx 游梁的截面模量， in.3（ mm3）； A 从游梁轴承中心线到光杆中心线的距离， in.（ mm）（见图 1）。 图解： 1 受拉翼缘危险区 2 游梁中轴 3 横梁轴承 4 驴头 图 1 游梁的要素 抽油机规范 11 公式（ 2

44、）适用于单根轧制型钢的常规游梁结构，截面模量可以由轧制梁的总截面来确定，但是，在受拉翼缘的危险区不允许有孔眼或焊缝。（见图 1） 对于非常规结构或者组合截面，应考虑到载荷的变化，以检查在所有危险截面的应力并注意应力集中系数的存在。 5.5 游梁的最大许用应力 游梁额定值计算公式（ 2）中允许的最大压应力 fcb应从表 1 来确定。对于其横截面与水平中性轴线对称的标准轧制梁，危险应力是下翼缘的压应力。该压力 fcb的最大值是从表 1 的第 3 和第 4 行中确定的较小者。 5.6 其他结构零部件 5.6.1 轴 所有轴承轴以及其他结构支撑轴应具有在 6.4.5.1 中给出的限定应力。 表 1 钢

45、结构抽油机游梁上允许的最大应力（见图 1） 行号 应力 符号 数值 1 材料的最小屈服强度 Sy36,000 psi（ 248.21 MPa）2 弯曲时最外端纤维的最大许用拉应力 ftb11,000 psi（ 75.84 MPa）3 弯曲时最外端纤维的最大许用压应力，不超过第 4 行的值 fcbEI G JSlytx4 弯曲时最大许用压应力，第 3 行上公式限定的情况除外 fcb11,000 psi（ 75.84 MPa）式中： Jt扭转常数， in.4（ mm4）； l游梁横向最长的无支撑长度， in.（ mm） C 或 A 的较大值（见图 1）； E弹性模量， 29,000,000 psi

46、（ 200,000 MPa）； Iy弱轴的第二惯性矩， in.4（ mm4）； G剪切模量 11,200,000 psi（ 77,200 MPa）； Sx截面模量， in.3（ mm3）。 5.6.2 悬绳器 考虑到抗断强度，驴头用的钢丝绳所用的安全系数最小应是 5。 悬绳器、终端配件等的许用应力参见 5.3。 5.6.3 驴头 驴头应采取铰接或者是能够拆卸的结构，以便修井时让出井口。驴头在游梁上的安装应牢靠，以防在上部抽油杆断裂或其他突然的载荷变化情况下掉落。 API SPECIFICATION 11E 12在冲程的任意位置从驴头的铰支点至钢丝绳与驴头弧面的切点之间的距离的最大允差为： a）

47、 冲程长度 100 in.（ 2540 mm）时为 1/2 in.（ 12.7 mm）； b） 100 in.（ 2540 mm）冲程长度 200 in.（ 5080 mm）时为 5/8 in.（ 15.9 mm）； c） 冲程长度 200 in.（ 5080 mm）时为 3/4 in.（ 19 mm）。 5.6.4 曲柄 曲柄上所有由工作载荷导致的组合应力最大不得超过 0.15Sy。 5.7 结构轴承的设计 5.7.1 概述 结构轴承的轴应用滑动轴承或滚动轴承来支承。 5.7.2 滚动轴承 对于承受摆动或转动的轴承，可使用公式（ 3）确定轴承的载荷比，但是其载荷比不得小于下列所给定的最小值。

48、对于仅作摆动的轴承，其值应大于或等于 2.0，对于转动轴承，其值应大于或等于 2.25。 11bCRkW （ 3） 式中： R1 轴承的载荷比； k 轴承额定值系数： 当轴承额定值为 33 1/3转 /分和 500 小时的时候， k = 1.0， 当轴承额定值为 500 转 /分和 3000 小时的时候， k = 3.86； bC 轴承生产厂家规定的额定动载荷， lb（ N）； W1轴承上的最大载荷， lb（ N）。 5.7.3 滑动轴承 滑动轴承的设计超出了本技术规范的范围。抽油机制造厂商必须负责根据现有的试验数据和现场经验来设计滑动轴承，其性能应与同样的工作载荷和转速所设计的滚动轴承的性能相当。 5.8 制动装置 抽油机的制动装置应当有足够的制动能力，能承受曲柄在何位置并带有该抽油机制造厂确定的最大平衡力矩的情况下所产生的扭矩。制动扭矩在抽油机正常工作条件而油井断电状态时停机仍然有效。抽油机的制动装置不