統計研究潛油電泵機組扶正軸承套節能設計與應用

王海軍于文慶周玉霞

（1.大慶油田有限責任公司規劃計劃部；2.大慶油田裝備制造集團；3.大慶油田工程建設有限公司）

統計研究潛油電泵機組扶正軸承套節能設計與應用

王海軍1于文慶2周玉霞3

（1.大慶油田有限責任公司規劃計劃部；2.大慶油田裝備制造集團；3.大慶油田工程建設有限公司）

潛油電泵機組是一種機械采油設備，其中最主要的部分是潛油電動機，為使其能長期為機組提供足夠的動能并節約能源，電動機轉子的滑行時間是檢驗電動機的節能好壞的關鍵指標。為提高電動機轉子的滑行時間，嘗試對電動機轉子扶正軸承的軸承套結構進行改進。文中通過運用spss統計軟件和科學的統計技術方法——單因子方差分析法，比較兩種不同結構的扶正軸承對潛油電動機滑行時間的影響，從而判定了更理想的節約能源設計方案，取得一定的節能和經濟效益。

統計研究 潛油電泵機組 扶正軸承套 節能 設計與應用

潛油電泵機組是一種機械采油設備，其作用就是將井下液體抽送到地面。主要由三個部分組成，井下部分：潛油泵、分離器、保護器、潛油電動機、潛油電纜；地面設備：變壓器、控制柜、變頻器；其他輔助設備。其中最主要的部分是潛油電動機，它驅動潛油泵吸取地下井液。為使其能長期為機組提供足夠的動能和節約能源，在電動機試驗過程中，電動機轉子的“滑行時間”是檢驗潛油電動機節約能源的關鍵指標。比較兩種不同結構的扶正軸承對潛油電動機滑行時間的影響，從而判定更理想的設計方案具有節能和經濟意義。

1 理論依據

從理論上講，電動機轉子的滑行時間越長，電動機的性能越好，可使試驗機組的耗電量減少。為提高電動機轉子的滑行時間，嘗試對電動機轉子扶正軸承的軸承套結構進行改進，將表面有油槽的軸承套改為無油槽，在內部增加環形油槽的設計，以便減少機械磨損，增強油品的潤滑作用，結構改造見圖1。

圖1 軸承套結構改造示意圖

1.1 更改結構設計的主要依據

1）有關滑動軸承油槽設計的注意事項[1]。

2）軸承套外徑仍保持原設計公稱尺寸，同軸度由原來的0.05mm改為0.02mm（依據對美國銅套實測同軸度的結果和我國的實際情況）。

3）有油槽扶正軸承套橢圓度最大0.03mm，無油槽的軸承套

在我們檢出的300件中橢圓度有11件達到0.02 mm（最大），其余均在0.01mm以內。

1.2 方差分析的基本理論

方差分析的基本原理是認為不同處理組的均數間的差別基本來源有兩個：

1）隨機誤差，如測量誤差造成的差異或個體間的差異，稱為組內差異，用變量在各組的均值與該組內變量值之偏差平方和的總和表示，記作SSw，組內自由度dfw。

2）實驗條件，即不同的處理造成的差異，稱為組間差異。用變量在各組的均值與總均值之偏差平方和表示，記作SSb，組間自由度dfb。

總偏差平方和SSt=SSb+SSw。

MSb/MSw比值構成F分布。用F值與其臨界值比較，推斷各樣本是否來自相同的總體。

2 實驗數據

通過實踐檢驗獲得兩種結構扶正軸承套的電動機試驗轉子滑行時間，見表1。

表1 扶正軸承套結構更改前后電機的滑行時間

3 運用單因子方差分析[2]

兩種結構扶正軸承套對電動機轉子滑行時間的影響為確認兩種結構軸承套的電動機轉子滑行時間是否有顯著差異，采用SPSS軟件進行驗證。

3.1 整理兩種結構的軸承套的滑行時間并代入SPSS軟件

兩種結構的滑行時間數據見表2。

表2 兩種結構滑行時間實驗數據

3.2 數據正態分布檢驗

表3 數據的描述性統計結果

表3是運用SPSS軟件對數據的描述性統計，結構1代表改結構后滑行時間，結構2代表原結構的滑行時間。

表4 單樣體K-S正態分布結果

表4是單樣本K-S檢驗正態分布的結果，當sig值大于0.05，說明你要檢驗的數據分布和正態分布沒有顯著差異，即你的數據屬于正態分布，表中顯示sig=0.463，結構2，sig=0.683，說明兩者sig都大于0.05，說明檢驗的兩組數據都是正態分布的。

3.3 單因素方差分析

3.3.1 方差的齊次性檢驗

Levene方法檢驗統計量為6.177，其sig=0.017< 0.05，可認為樣本所來自的總體滿足方差齊次性的要求。

3.3.2 方差分析表表5為方差分析表，分別對應組間差異（BetweenGroups）、組內差異（WithinGroups）和總變差（Total）。df為自由度，F統計量7.825，p值0.008，如果和0.05（小概率事件）去比，因為0.008<0.05，可以認為各組之間存在差異，則拒絕原假設H0，這表明不同結構的軸承套對轉子滑行時間有特明顯差異。

表5 方差分析表

3.3.3 兩組樣本均值分析

圖2 兩組樣本比數折線圖

上圖更直觀地表示結構1和結構2的均數的變化趨勢,證明不同結構的軸承套對轉子滑行時間有特明顯差異。

3.3.4 運用獨立樣本的T檢驗

運用獨立樣本的T檢驗結果分為兩大部分：第一部分為Levene's方差齊性檢驗，用于判斷兩總體方差是否齊，這里的結果為F=6.177，sig=0.017< 0.05，可見兩個組之間的總體方差是有顯著差異的在本例中方差是齊次性的；第二部分則分別給出兩組所在總體方差齊（Equalvariancesassumed）和方差不齊（Equalvariancesnotassumed）時的T檢驗結果，由于前面的方差齊性檢驗結果為方差齊次性，第二部分就應選用方差齊時的T檢驗結果，即上面一行列出的T=2.797，df=44，p=0.008。從而最終的統計結論為按α=0.05水準，拒絕H0，認為不同結構的軸承套對轉子滑行時間不同，從樣本均數來看，可認為改結構的滑行時間較長，達到節約能源的效果。

4 應用措施

通過對兩種扶正軸承銅套的廠內試驗，并采用方差分析法進行統計確認，運用不同的方差計算方法進行了驗證，表明兩種扶正軸承銅套對電動機的滑行時間的影響有著顯著差異，對油品耐壓無顯著差異。因此，如果取消表面油槽的設計，不但使銅套的橢圓度減小（銑槽導致），而且使電動機的滑行時間得到進一步地提高，節能效果更加明顯。

5 節能效果及經濟效益

5.1 節能應用效果

將電動機扶正軸承銅套結構進行重新設計更改后，潛油電動機的一次試驗合格率由原來的96%提高到現在的98.97%，返工率下降了1.25個百分點，同時在油田內部應用的潛油電泵機組壽命在逐年延長，檢泵周期達到1162d，海外機組的運轉壽命最高也達到了1000d，據統計，試驗一套改進后的機組比改進前約節3kWh，按每天試驗1500套電泵機組計算，可節約4500kWh，節約用電資金2961元。

5.2 取得的經濟效益

5.2.1 節約潛油電泵機組的試驗成本。

目前，每年生產標準電泵機組1800套左右，按照合格率提高2.97個百分點計算，相當于每年減少試驗約50套電泵機組，每套機組的試驗成本為1025元，那么，每年可以節約試驗成本總額至少51250元。

5.2.2 節約電泵機組制造過程的人工成本。

隨著試驗電動機的返工率下降，電泵制造廠每年約減少50套機組的返工，避免了電動機的拆解和重新裝配，按照單機材料成本定額人工費用的消耗，按標準電動機每臺節省材料和人工費用900元計算，每年至少節約材料成本和人工成本45625元。

5.2.3 提高機組的運行壽命，增加收入。

隨著電泵產品市場的不斷拓展，大慶地區占有率達到100%，在國內其他油田也占60%的份額，同時還遠銷蘇丹、印度尼西亞、哈薩克斯坦、阿曼等國家，年銷售收入可達6億元人民幣以上。僅以海外市場為例，電泵機組多為租賃形式，如果因電動機轉子滑行時間的提高，可使機組運行壽命提高千分之一，而每年的海外收入在4億元人民幣以上，那么這種結構的機組可每年至少增加租賃費用40萬元的收入。

5.2.4 有效地降低顧客采購成本。

以關聯交易市場為例，按照公司年銷售500套潛油電泵計算，原機組平均檢泵周期1150d，機組壽命增加12d，可為顧客減少采購數量為16套機組，為顧客減少采購資金250萬元。

[1]小栗富士雄,小栗達男.機械設計禁忌手冊1[M].北京:機械工業出版社,2001.

[2]賴國毅,陳超.SPSS//中文版統計分析典型實例精粹[M].北京:電子工業出版社,2010.

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.09.014

2012-05-20）

王海軍，經濟師，2003年畢業于東北農業大學，從事統計研究工作，E-mail：wanghaij@cnpc.com.cn，地址：黑龍江省大慶油田有限責任公司規劃計劃部，163453。