4.27. Крутящий момент на кривошипе станка-качалки

Крутящий момент на кривошипном валу редуктора станка-качалки определяется по формуле:

М_кр=Тr (4.28)

Тангенциальное усилие Т определяется по формуле:

(4.29)

где с₁ - статический коэффициент;

с₂ - динамический коэффициент.

Они определяются при ходе колонны штанг вверх и вниз при различных способах уравновешивания.

Определим графически максимальное значение тангенциальной силы. График, характеризующий изменение тангенциального усилия за время оборота кривошипа, приведен на рис. 4.39.

Рис. 4.39. Диаграмма усилий на пальце кривошипа

Он является суммой двух синусоид: с₁ sinφ, характеризующей изменение статических сил за оборот кривошипа, и с₂ sin2φ, характеризующей изменение динамических сил.

Из графика видно, что максимальное значение усилия достигается два раза при положениях кривошипа, соответствующих углам φ₁ = 45...60° и φ₂= 225...240°.

4.28. Мощность электродвигателя станка-качалки

Для приведения в действие балансирного станка-качалки приводной двигатель должен обеспечить создание на кривошипном валу редуктора момента М_кр. Эффективная мощность станка-качалки определяется по формуле:

N_эф=ωМ_кр.

При постоянстве угловой скорости ω и радиуса кривошипа r мощность за время полного оборота кривошипа будет определяться по тому же закону, что и тангенциальное усилие.

Эффективная мощность станка-качалки определяется исходя из среднего квадратического значения крутящего момента:

(4.30)

Для определения точного значения мощности двигателя строятся нагрузочные диаграммы, характеризующие изменение мгновенной мощности в течение двойного хода. На их основе методом эквивалентного тока или мощности определяется необходимая номинальная мощность двигателя, не допускающая его перегрева. Выбранный двигатель должен преодолевать пиковую нагрузку при пуске.

Двигатели с кратностью начального пускового момента по отношению к номинальному, равному не менее 1,8...2,0, могут использоваться для привода станков-качалок. При хорошем уравновешивании установок кратность максимального момента к номинальному, с учетом перегрузок и возможности понижения на­пряжения в сети, должна составлять 2,1. ..2,3.

С учетом формулы (4.29) получим:

. (4.31)

Применение этой формулы, основанной на элементарной теории, возможно лишь для скважин с небольшой глубиной подвески насоса при работе с малым числом двойных качаний.

Для определения мощности установок с большой глубиной подвески и значительным числом ходов можно пользоваться формулой Д.В. Ефремова:

, (4.32)

где D_пл, - диаметр плунжера;

S- длина хода полированного штока;

п - число двойных качаний в минуту;

ρ- плотность откачиваемой жидкости;

Н - высота подъема жидкости;

η_н- КПД насоса;

η_ск - КПД станка-качалки;

η₀ - коэффициент подачи;

k - коэффициент, учитывающий степень уравновешенности станка-качалки (k = 1,2 для уравновешенного и k = 3,4 для неуравновешенного станка-качалки).