Дипломы-1 / Документ / PDF / ВЗД-2

равным радиусу сечения винта и прямоугольника. Внутреннюю поверхность обоймы можно представить как образованную сложным перемещением указанного сечения при его вращении вокруг оси обоймы и при движении вдоль этой оси. Винтовая поверхность обоймы имеет то же направление вращения, что и поверхность рабочего винта. Все точки на периферии сечения

	î î1	4å
Ò=2t

Рисунок 2.2 - Обойма насоса

обоймы описывают винтовые линии, и при повороте на угол 360° сечение перемещается на величину шага Т. Осевое перемещение при повороте на угол ф составит [13]:

Z = Т· /(2· ) (2.1)

При вращении винта его любое поперечное сечение перемещается в соответствующем поперечном сечении обоймы, образуя лунообразные замкнутые полости.

		2å
Îñü îáîéìû	î
Ось винта	î1

Рисунок 2.3 - Замкнутые полости в паре обойма – винт Общая площадь двух поперечных сечении этих полостей равна разности

площадей сечений обоймы и винта 4еВ. Замкнутые полости распространяются

Винт в упругой обойме может иметь зазор и натяг. В случае натяга при определённом давлении также образуется зазор, хотя и весьма малый, но позволяющий полостям сообщаться между собой.

Длина пары обоймы — винт может быть различной, но не менее величины, равной удвоенному шагу обоймы 2Т.

2.2.2Винтовая насосная установка с поверхностным приводом на базе ключа КМУ-50

Кафедрой нефтепромысловой механики были созданы опытные насосные установки, в качестве привода которых использовались ключи КМУ-50. Разработанные установки, в отличие от зарубежных аналогов, имеют низкую частоту вращения колонны труб и вала погружного насоса, которая в зависимости от условий эксплуатации изменяется от 4 до 100 об/мин. При этом значительно повышается надежность работы колонны труб и погружного насоса за счет снижения вибраций и износа поверхностей трения. Уменьшение гидравлических сопротивлений на входе в насос обеспечивает высокую степень наполнения рабочих камер и повышает объемный к.п.д. погружного насоса при откачке пластовой жидкости вязкостью до 10 Па. с. Надежность работы установки винтового погружного насоса с поверхностным приводом достигается несколькими способами: применением в качестве погружного насоса многозаходной винтовой пары героторного типа развивающей требуемую напорную характеристику при частоте вращения вала до 100 мин; разработкой специальной кинематической схемы поверхностного привода, обеспечивающей высокий крутящий момент и заданную частоту вращения выходного вала; использованием в качестве вращательной колонны элементов, сохраняющих надежность работы при совместном действии нормальных и касательных напряжений. На первом этапе научно-исследовательских и конструкторских

Рисунок 2.5 – Схема винтовой насосной установки с приводом на

базе ключа КМУ-50

Принципиальная схема оборудования винтовой насосной установки типа УНВП приведена на УВНП 1000.00.00.000 ВО и на рисунке 2.6. Установка состоит из наземного и глубинного скважинного оборудования. В качестве скважинного оборудования использовался сдвоенный винтовой насос 2, соединённый с помощью фланцевого соединения и снабженный на приемной

части обратным клапаном 1. Ротор насоса спускается в скважину на колонне штанг 3, а статор на колонне НКТ 4, которая закрепляется в колонной головке 5.

Поверхностное оборудование винтовой насосной установки состоит из устьевого сальникового превентора 6, вращателя 7 с модульной вставкой и электродвигателя 8. Устьевой сальниковый превентор обеспечивает герметизацию устья скважины при помощи самоуплотняющегося сальникового узла. Особенностью привода является то, что он обладает возможностью ступенчатого и плавного регулирования частоты вращения

приводной штанговой колонны за счет изменения передаточного отношения в редукторах в широких пределах. Опытная эксплуатация винтовой насосной установки УНВП показала ее работоспособность и надежность. Ресурс установки будет установлен

Рисунок 2.6 - Схема винтовой насосной установки типа УНВП

спуска насоса. При установке обоймы стопорный палец или приемная часть должны быть внизу.

Посадка обоймы осуществляется в следующей последовательности:

•Навернуть переводник на обойму, а НКТ на соединительную резьбу переводника.

•Навернуть якорь на приемную часть насоса.

•Затянуть все резьбовые соединения, опустить обойму до необходимой глубины и посадить якорь.

•Подвесить НКТ на устье скважины в колонную головку.

•При посадке якоря необходимо учитывать растяжение НКТ. Сдвоенный винт спускается в скважину на колонне насосных штанг,

диаметр которых зависит от типоразмера насоса и глубины спуска насоса. Посадка винта осуществляется в следующей последовательности:

•Завернуть винт на соединение насосных штанг, посредством переводника.

•Ввести винт в обойму, вращая колонну штанг в правую сторону. Проверить правильную позицию винта, в случае неполной посадки извлечь винт из обоймы и ввести его заново.

•Опустить весь груз колонны на упорный палец - сделать отметку у катушки "Нулевой вес штанг".

•Приподнять колонну штанг с упорного пальца, пока не появится полная нагрузка от штанг, этим обеспечивается натяжение колонны штанг, поставить отметку на штанге у катушки -"Вес колонны штанг".

•Поднять колонну штанг на нужный размер регулировки, который зависит от типа (модели) насоса, сделать отметку на штанге, у катушки - "Рабочая точка".

Монтаж сальникового превентора осуществляется путем ввинчивания в

муфту, приваренную на колонной головке, и фиксация с помощью контргайки.

Вращатель крепится	на сальниковом превенторе по		фланцевому
соединению. На	вращателе	устанавливается электродвигатель.

Таблица 3.1- Характерные неисправности при эксплуатации УВНП и методы их устранения

Наименование

Вероятная причина

Метод устранения

неисправностей,

внешнее

проявление

Включить автомат

1 При

включении

кнопки

Сработал

автомат

поста

управления

защиты.

Перегорел

защиты.

Заменить

электродвигатель

не

контакт

магнитного

контакт магнитного

включается

пускателя

или

пускателя.

Заменить

перегорела

обмотка

электродвигатель

электродвигателя.

Добавить

2 Повышенный

нагрев

Отсутствие

или

корпуса вращателя

недостаточное

необходимое

количество смазки

количество смазки

3

Периодический

стук во

Повреждение

Заменить

вращателе

подшипников валов или

изношенные узлы

изменение

взаимного

расположения шестерён

вследствие износа

Заменить

4 Значительная

утечка

масла

Выход

из

строя

из

вращателя

или

уплотнения

уплотнения

мультипликаторнойвставки

Проведение СПО,

5 Сработал автомат защиты

Повышение

потребляемой

мощ-

замена обоймы или

ности

номинального

винта

значения вследствие:

•

попадание

Повернуть

посторонних предметов

колонну.

При

в

погружной насос и

невозможности

его заклинивание

СПО.

•заклинивание

вращательной колонны

Для

ремонта

•

слом шестерён

отправить

в

вращателя

мастерскую.

СПО. Ремонт.

6 Резкое снижение подачи при

Слом

вращательной

вращении колонны

колонны

СПО.

Замена

7

Постепенное

снижение

Износ

обоймы

подачи

с

последующим

погружного насоса

обоймы.

прекращением

4.1 Кинематический расчёт привода насосной установки

Исходные данные:

Nдв =5.5 кВт - мощность электродвигателя;

nдв = 1000 мин -1 - частота вращения вала электродвигателя;

nвых = 100 мин -1- рекомендуемая частота вращения выходного вала вращателя.

Рассмотрим кинематическую схему привода винтовой насосной установки. Привод состоит из электродвигателя 1, и вращателя 2 (рисунок 4.1).

1 Ì

Âàë I

z4	z	z3	z1
	2
			2
Âàë III			Âàë II

Рисунок 4.1- Кинематическая схема привода

Зубчатые зацепления:

z3 –z4 - составляет тихоходную ступень вращателя; z1 –z2 - быстроходную ступень вращателя. Передаточные отношения:

тихоходная ступень iТ= 4;

быстроходная ступень iБ = 2,5; iВP = iT · iB = 4·2,52 = 10.

Исходя из того, что на выходном валу вращателя необходимо получить частоту вращения nвых = 100 мин -1 передаточное отношение модульной вставки определим из соотношения:

Частоты вращения на валах привода:

4.2Проектирование цилиндрических зубчатых передач привода

Как уже было отмечено выше, целью проектирования зубчатых передач является то, что в дальнейшем будет рассматриваться внедрение коробки передач, для регулирования частоты вращения выходного вала вращателя, а также увеличение модулей передач для повышения прочностных характеристик зубчатых колёс.

Основная сложность при проектировании передач заключалась в том, что зубчатую пару необходимо "вписать" в существующее межосевое расстояние. Расчёт зубчатых передач проводился на ЭВМ с использованием программы "ZILIN" разработанной кафедрой "Прикладной механики и деталей машин". Результаты проектировочного расчёта приведены в приложении А.

КFL - коэффициент долговечности. КHL = 1 для длительно работающих передач [15]. 34

Допускаемые изгибные напряжения для шестерни:

FP1 = 545· 1·1/1,75 = 311,43 МПа.

Допускаемые изгибные напряжения для колеса:

FP2 = 540· 1 ·1 / 1,75 = 308,57 МПа.

Сравнивая полученные допускаемые контактные и изгибные напряжения с расчётными приведёнными в приложении А, делаем заключение о работоспособности быстроходной ступени.

HP= 533,33 МПа> H = 498,17 МПа;

FP1 = 311,43 МПа > F = 1 44,54 МПа;

FP2 = 308,57 МПа > F2 = 132,80 МПа;

Передача z3-z4 - тихоходная ступень вращателя (рисунок 4.1). Определение допускаемых контактных напряжений.

По таблице 6. 15 [15]: H lim b = 2НВ + 70.

Тогда для шестерни z3: H lim b = 2 ·285 + 70 = 640 МПа.

Для колеса z4: H lim b = 2 НВ + 70 = 2 • 248 + 70 = 566 МПа.

Допускаемые контактные напряжения:

HP = 566· 1/1,1 = 514,55 МПа.

Определение допускаемых изгибных напряжений.

По таблице 6.16 [15]: H lim b = 260 + НВ.

Тогда для шестерни z3: H lim b = 260 + 285 = 545 МПа.

Для колеса z4: H lim b= 260 + 248 = 508 МПа.

Допускаемые изгибные напряжения:

FP1 = 545·1 ·1/1,75 = 311,43 МПа.

FP2 = 508·1·1 / 1 ,75 = 290,28 МПа.

Сравнивая полученные допускаемые напряжения с расчётными, делаем заключение о работоспособности тихоходной ступени.

HP = 514,55 МПа> H = 480,52 МПа;FP1 = 311,43 МПа > F1 = 134,42 МПа;

4.3 Проектирование валов и подбор подшипников

Для расчёта валов и подбора подшипников необходимо вычислить реакции опор и изгибающие моменты, действующие в различных сечениях валов и в различных сочетаниях. Для чего для каждого вала составляем расчётные схемы в соответствии с нагрузками, действующими в зубчатых зацеплениях при различных положениях колёс муфт, что даст возможность определить наиболее опасный вариант нагружения вала и принять его в

качестве расчётного.
Нагрузки, действующие на ведущий вал вращателя [15]:
Ft= 2ТII/d,	(4.7)
где Ft - окружная сила в зубчатом зацеплении;
d — делительный диаметр зубчатого колеса.
Ft = 2 ·123523,125/47,5 = 2601,12 Н;
Fг=Ft•tg/соsß,	(4.8)
где Fг- радиальная сила в зубчатом зацеплении;
a - угол главного профиля, а = 20°;
ß-угол наклона линии зуба. ß=0°.
Fr = 2601,12 • tg20/Cos 0° =845,15 Н;
Fa= Ft·tgß,	(4·9)
где Fа- осевая сила в зубчатом зацеплении.
Fа = 0, так как tg0°=0;
Ftм=2ТII/D1,	(4.10)
где Ftм - окружная сила на окружности расположения пальцев;
D1-диаметр расположения пальцев.
Ftм = 2·123553,125 /120 = 1030,0 Н;
Fм= 0,66·Ftм ,	(4.11)
где Fм — радиальная сила в муфте.

Fм = 0,66 • 1030,0 = 679,8 Н.

Расчётная схема вала II представлена на рисунке 4.2.