Файл: Учебнометодическое пособие по дисциплине в. 06 Машины и оборудование для бурения.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 321
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-1.
Редуктор - Ц2П-750 с передаточным отношением i = 38, и диаметром шкива - 1000 мм.
Для обеспечения продолжительной работы СК следует принять максимальную длину хода и найти по диаграмме А. Н. Адонина максимальную производительность насоса диаметром 12 мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах.
По диаграмме находим Рmах = 38 м3/сут.
При длине хода Smax = 3,5 м, число качаний по формуле (2.1) будет:
.
Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.
Зададимся стандартными значениями Sа и n и по формулам (2.2) - (2.4) определим Fпл и Dпл и составим табл. 2.5.
Таблица 2.5
Средняя масса двухступенчатой колонны штанг
,
где q1 и q2 - масса 1 п.м верхней и нижней секций штанг соответственно.
Таким образом, исходя из табл. 2.5 видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0,7 являются 5-й и 4-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получился больший.
Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле (2.5):
где
;
Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Рmax = 53,2 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (2.6):
Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (2.7) и σпр по формуле (2.8):
По табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из стали 20Н2М σпр. доп = 90 МПа для некоррозионных условий.
Коэффициент запаса прочности штанг составит (формула (2.9))
Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 5-го режима это будет 38 мм). По формуле (2.10)
Для насоса НВ1Б-38-35-15 допустимы длина хода 3,5 м и глубина спуска 1500 м. Диаметр НКТ 73 x 5,5 мм.
(Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний по формуле (2.11):
Таким образом, в результате аналитического расчета мы увеличили диаметр насоса, НКТ, уменьшили число качаний с 11 до 9,4 мин-1 и выбрали более прочные штанги из стали 20Н2М по сравнению с таблично-графическим расчетом.
2.2. Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки
Определение нагрузок производится по различным теориям, которые, в основном, делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] граница между статическим и динамическим режимами откачки находится в интервале (переходная зона) параметра Коши:
,
где а - скорость звука в штангах.
Для одноразмерной колонны а = 4600 м/с, для двухступенчатой а = 4900 м/с; для трехступенчатой а = 5300 м/с. В настоящее время применяют в основном режимы при μ = 0,5 При μ > 0,7 многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.
Максимальная нагрузка по статической теории (формула Муравьева И. М.)
, (2.13)
где Рж - вес столба жидкости над плунжером, высотой, равной hд, с учетом буферного давления Рб,
; (2.14)
b - коэффициент облегчения штанг в жидкости,
; (2.15)
m - фактор динамичности,
, (2.16)
где SA - длина хода точки подвеса штанг; n - число качаний в минуту.
Вес штанг в воздухе
.
Минимальная нагрузка будет, очевидно, при начале хода штанг вниз, когда вес жидкости не действует на штанги, а динамический фактор вычитается:
, (2.17)
Определение нагрузок по формулам А. С. Вирновского. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] они дают наилучшее совпадение с опытными результатами замеров нагрузки:
(2.18)
где Рж - вес столба жидкости высотой hд с учетом буферного давления с площадью, равной Fпл; Р'ж = (Fпл - fшт) ·ρж·g·L - вес столба жидкости в кольцевом пространстве; Fпл, fшт - площадь поперечного сечения плунжера и штанг соответственно; L - глубина спуска насоса; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости.
Формула для минимальной нагрузки получается из предыдущей (2.18), если положить Р'ж = 0, Рж = 0, а кинематические коэффициенты α1 и а1 заменить на аналогичные α2 и а2 при ходе штанг вниз и переменить у двух последних членов знаки на противоположные:
(2.19)
Здесь SА - длина хода точки подвеса штанг; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости; α1, α2, а1, а2 - кинематические коэффициенты А. С. Вирнов-ского [1,23],
,
где Vmax - действительная максимальная скорость точки подвеса штанг; 1 - при ходе вверх; 2 - при ходе вниз; D, dшт - диаметры насоса и штанг; ω - угловая скорость в 1/с, ω = π·n / 30; λшт - удлинение штанг от веса столба жидкости,
; (2.19')
- коэффициент изменения сечения потока жидкости при переходе от насоса в трубы; Fтр -
площадь внутреннего канала труб; fтр - площадь сечения труб по металлу;
- коэффициент отношения площадей.
Если расчет ведется для ступенчатой колонны, то вместо fшт нужно брать
, (2.20)
где ε1, ε2, …, εn - доли ступенчатой колонны штанг, Σεi = 1.
Упрощенные А. Н. Адониным формулы А. С. Вирновского можно использовать для широкого диапазона SА < 5м; n =24 мин-1, D < 93 мм:
;
. (2.21)
Максимальная нагрузка на основе динамической теории по эмпирической формуле А. Н. Адонина
, (2.23)
где m - кинематический коэффициент,
. (2.24)
Здесь Lшат - длина шатуна; k - длина заднего плеча балансира.
Задача 9. Определить максимальную и минимальную нагрузки на головку балансира по различным теориям и сравнить их.
Дано: глубина подвески насоса L = 1870 м, динамический уровень hд = 1800м, Dпл = 32 мм, dтр = 60мм, диаметры штанг: dш1 = 22 мм, L1 = 560 м (30%); dш2 = 19 мм, L2 = 1310 м (70%); плотность жидкости ρж = 880 кг/м3, станок-качалка СК-12-2,5-4000.
Редуктор - Ц2П-750 с передаточным отношением i = 38, и диаметром шкива - 1000 мм.
Для обеспечения продолжительной работы СК следует принять максимальную длину хода и найти по диаграмме А. Н. Адонина максимальную производительность насоса диаметром 12 мм, которая может быть получена при работе станка-качалки на максимальных параметрах.
По диаграмме находим Рmах = 38 м3/сут.
При длине хода Smax = 3,5 м, число качаний по формуле (2.1) будет:
.Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах.
Зададимся стандартными значениями Sа и n и по формулам (2.2) - (2.4) определим Fпл и Dпл и составим табл. 2.5.
Таблица 2.5
| № реж | S, м | n | Fпл, см2 | Dпл, см |
| 1 | 1,675 | 15 | 15,32 | 4,42 |
| 2 | 2,1 | 12,9 | 14,21 | 4,25 |
| 3 | 2,5 | 11,5 | 13,39 | 4,13 |
| 4 | 3,0 | 10,2 | 12,58 | 4,00 |
| 5 | 3,5 | 9,2 | 11,96 | 3,9 |
| 6 | 12,45 | 5 | 6,186 | 2,81 |
| 7 | 5,15 | 9 | 8,30 | 3,25 |
| 8 | 3,35 | 12 | 9,58 | 3,49 |
Средняя масса двухступенчатой колонны штанг
,где q1 и q2 - масса 1 п.м верхней и нижней секций штанг соответственно.
Таким образом, исходя из табл. 2.5 видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0,7 являются 5-й и 4-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получился больший.
Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле (2.5):
где
; Наиболее выгодным режимом будет 5-й, при котором Рmax = 53,2 кН наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (2.6):
Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (2.7) и σпр по формуле (2.8):
По табл. 2.1 - 2.3 выбираем штанги из стали 20Н2М σпр. доп = 90 МПа для некоррозионных условий.
Коэффициент запаса прочности штанг составит (формула (2.9))
Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 5-го режима это будет 38 мм). По формуле (2.10)
Для насоса НВ1Б-38-35-15 допустимы длина хода 3,5 м и глубина спуска 1500 м. Диаметр НКТ 73 x 5,5 мм.
(Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний по формуле (2.11):
Таким образом, в результате аналитического расчета мы увеличили диаметр насоса, НКТ, уменьшили число качаний с 11 до 9,4 мин-1 и выбрали более прочные штанги из стали 20Н2М по сравнению с таблично-графическим расчетом.
2.2. Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки
Определение нагрузок производится по различным теориям, которые, в основном, делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] граница между статическим и динамическим режимами откачки находится в интервале (переходная зона) параметра Коши:
,
где а - скорость звука в штангах.
Для одноразмерной колонны а = 4600 м/с, для двухступенчатой а = 4900 м/с; для трехступенчатой а = 5300 м/с. В настоящее время применяют в основном режимы при μ = 0,5 При μ > 0,7 многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.
Максимальная нагрузка по статической теории (формула Муравьева И. М.)
, (2.13)где Рж - вес столба жидкости над плунжером, высотой, равной hд, с учетом буферного давления Рб,
; (2.14)b - коэффициент облегчения штанг в жидкости,
; (2.15)m - фактор динамичности,
, (2.16)где SA - длина хода точки подвеса штанг; n - число качаний в минуту.
Вес штанг в воздухе
. Минимальная нагрузка будет, очевидно, при начале хода штанг вниз, когда вес жидкости не действует на штанги, а динамический фактор вычитается:
, (2.17)Определение нагрузок по формулам А. С. Вирновского. Согласно исследованиям А. Н. Адонина [1] они дают наилучшее совпадение с опытными результатами замеров нагрузки:
(2.18)где Рж - вес столба жидкости высотой hд с учетом буферного давления с площадью, равной Fпл; Р'ж = (Fпл - fшт) ·ρж·g·L - вес столба жидкости в кольцевом пространстве; Fпл, fшт - площадь поперечного сечения плунжера и штанг соответственно; L - глубина спуска насоса; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости.
Формула для минимальной нагрузки получается из предыдущей (2.18), если положить Р'ж = 0, Рж = 0, а кинематические коэффициенты α1 и а1 заменить на аналогичные α2 и а2 при ходе штанг вниз и переменить у двух последних членов знаки на противоположные:
(2.19)Здесь SА - длина хода точки подвеса штанг; Ршт - вес колонны штанг в воздухе; Р'шт - вес колонны штанг в жидкости; α1, α2, а1, а2 - кинематические коэффициенты А. С. Вирнов-ского [1,23],
,где Vmax - действительная максимальная скорость точки подвеса штанг; 1 - при ходе вверх; 2 - при ходе вниз; D, dшт - диаметры насоса и штанг; ω - угловая скорость в 1/с, ω = π·n / 30; λшт - удлинение штанг от веса столба жидкости,
; (2.19') - коэффициент изменения сечения потока жидкости при переходе от насоса в трубы; Fтр - площадь внутреннего канала труб; fтр - площадь сечения труб по металлу;
- коэффициент отношения площадей.Если расчет ведется для ступенчатой колонны, то вместо fшт нужно брать
, (2.20)где ε1, ε2, …, εn - доли ступенчатой колонны штанг, Σεi = 1.
Упрощенные А. Н. Адониным формулы А. С. Вирновского можно использовать для широкого диапазона SА < 5м; n =24 мин-1, D < 93 мм:
; . (2.21)Максимальная нагрузка на основе динамической теории по эмпирической формуле А. Н. Адонина
, (2.23) где m - кинематический коэффициент,
. (2.24)Здесь Lшат - длина шатуна; k - длина заднего плеча балансира.
Задача 9. Определить максимальную и минимальную нагрузки на головку балансира по различным теориям и сравнить их.
Дано: глубина подвески насоса L = 1870 м, динамический уровень hд = 1800м, Dпл = 32 мм, dтр = 60мм, диаметры штанг: dш1 = 22 мм, L1 = 560 м (30%); dш2 = 19 мм, L2 = 1310 м (70%); плотность жидкости ρж = 880 кг/м3, станок-качалка СК-12-2,5-4000.