- •Содержание
- •1. Краткий обзор и анализ выбранного оборудования
- •2. Назначение, техническая характеристика, конструкция и принцип действия выбранного оборудования
- •2.1 Назначение
- •2.2 Технические характеристики
- •2.3 Конструкция и принцип действия
- •3. Монтаж, эксплуатация и ремонт выбранного оборудования
- •3.1 Монтаж
- •3.2 Эксплуатация
- •3.3 Ремонт
- •Заключение
- •4.Расчет основных деталей
- •4.1. Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки
- •4.2. Расчет балансира на прочность
4.2. Расчет балансира на прочность
Расчет производится в соответствии с методикой представленной в литературе [8] и [9] и сводится к расчету балансира на несущую способность необходимо определить величину максимальной кратковременно действующей нагрузки. Эта нагрузка может превысить максимальную нагрузку в точке подвеса штанг при установившемся движении вследствие мгновенного заклинивания плунжера в результате попадания между цилиндром и плунжером крупинок песка, находящегося в откачиваемой жидкости. Предполагается, что в результате такого мгновенного заклинивания станок не остановится и лишь увеличится нагрузка в точке подвеса штанг против допускаемой проектной. Увеличение максимальной нагрузки максимальной при мгновенном заклинивании можно учесть коэффициентом к. 1. Максимальная кратковременно действующая нагрузка на балансир: , (4.2.1)
где k – коэффициент учитывающий увеличение максимальной нагрузки при мгновенном заклинивании (1,5 – 2,0) Pmax =121892 Н – максимальная нагрузка в точке подвеса штанг. Опасное сечение балансира расположено над осью его качания и находится под действием нормальных напряжений от действия изгибающего момента и касательных напряжений в центре тяжести поперечного сечения балансира от действия поперечных сил. Касательные напряжения в балочных конструкциях, подобных балансиру, незначительны, поэтому при расчете балансира ими можно пренебречь. 2. Максимальное напряжение от изгиба с учетом вероятности мгновенного заклинивания плунжера в насосе: , (4.2.2)где М`max=L1* P` - максимальный изгибающий момент W-момент сопротивления рассчитываемого сечения М`max=2,8*243884=704824,760 Н*м
где J=2*F*b2- момент инерции накладок На рисунке 1 изображено поперечное сечение балансира СКН 5-3015 в расчетном сечении представляет собой два сваренных двутавра №60 с двумя приваренными накладками толщиной 10 мм. Рисунок 1 – Поперечное сечение балансира СКН 5-3015 Подставив в формулу (4.2.2) полученные значения получим: Далее находим коэффициенты запаса прочности при хрупком разрушении и пластической деформации. 3. Запас прочности в случае хрупкого разрушения:, (4.2.3) где6в=400МПа – предел прочности материала балансира ст.3.
4. Запас прочности в случае пластической деформации балансира : где6t =220МПа – предел текучести материала балансира ст. 3. Проверим балансир на действие циклических нагрузок. Для этого определяют амплитуду изменения напряжения6а и среднее напряжение 6m 5. Амплитуда изменения напряжения 6а : 6. Среднее напряжение 6m:
Полученные запасы прочности при статических нагрузках обеспечивают надежную работу балансира. 4.3. Расчет и подбор материала штанг
Расчет произведен в соответствии с методикой, представленной в литературе [9], [10]и [13].
При выборе оптимального режима работы насоса исходят из условия получения минимальных напряжений в штангах, а, следовательно, и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой коэффициента запаса прочности.
Из расчетов, выполненных выше, для эксплуатации совместно с СКН 5-3015, мы выбрали вставной насос НВ1Б57-35-12. Следовательно, для диаметра плунжера насоса= 57 мм, при рекомендованной глубине спускаL=1230 м (и рассчитанной L=1208,5 м), выберем из таблицы 2.2 [9] колонну насосных штанг с диаметрами =25 мм и=22мм и соответствующими длинами ступеней:=483,4 мм и=725,1мм.
1. Определим вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости , Н:
где - площадь поперечного сечения плунжера насоса, м2;
- глубина спуска насоса, м;
–плотность дегазированной нефти, кг/м3;
–ускорение свободного падения, м/с2.
2. Определим вес колонны штанг в воздухе, Н:
где и- масса одного метра штанг каждой ступени, кг; по таблице 2.5[9] и .
и - длина каждой ступени, м.
Н
3. Определим вес штанг в жидкости , Н:
где – коэффициент потери веса штанг в жидкости:
–плотность материала штанг, кг/м3;
–плотность дегазированной нефти, кг/м3.
Подставим исходные данные в (4.3.3) и (4.3.4):
4. Определим среднюю площадь штанг, мм2:
где и- площадь поперечного сечения штанг каждой ступени, мм2;
и –длина соответствующих ступеней, в процентных долях.
5. Определим средний диаметр штанг , мм:
Среднюю площадь штанг мы определили, так что по формуле (4.3.6):
6. Определим коэффициент, учитывающий соотношение диаметров штанг и труб :
где -площадь проходного сечения НКТ, мм2:
–внутренний диаметр НКТ, мм:
Так как мы крепим насос к НКТ с условным диаметром d=89 мм, по таблице 1.1 [9] определим, что его толщина стенки равна S=6,5 мм.
Подставив известные значения в формулы (4.3.7) - (4.3.9) получим, что:
7. Определим удлинение колонны штанг от веса столба жидкости,м:
где-вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости, H;
- глубина спуска насоса, м;
–модуль упругости стали, МПа; для стали =2,1*105 Мпа;
8. Определим максимальную и минимальную нагрузки в точке подвеса штанг, кН:
где –вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости, Н;
–вес штанг в жидкости, Н;
–диаметр плунжера, м;
–средний диаметр штанг, м;
–число качаний (двойных ходов), об/мин;
–вес колонны штанг в воздухе, Н;
–коэффициент, учитывающий соотношение диаметров штанг и труб;
–длина хода, м;
–удлинение колонны штанг от веса столба жидкости, м.
Подставим известные значения в формулы (4.3.11) и (4.3.12):
9. Определим максимальное, минимальное, амплитудноенапряжения, возникающие в штангах, МПа:
Подставляем вычисленные ранее данные в формулы (4.3.13) - (4.3.15):
10. Определим приведенное напряжение в штангах с помощью формулы, выведенной Одингом И.А., МПа:
Согласно формуле (22):
11. Далее необходимо выбрать материал для изготовления штанг, так чтобы выполнялось условие:
Согласно вычисленному , по таблице 2.4[9] выбираем сталь 20Н2М, нормализованную с поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ. Для данной стали ,, а твердость по Бринеллю составляет 200 НВ.
12. Вычислим коэффициент запаса прочности для выбранного материала штанг:
При всех известных величинах запас прочности будет составлять:
Что вполне приемлемо для заданных условий работы насосной колонны штанг.