- •6 Расчет насосов и их элементов
- •6.1 Мощность и к. П. Д. Насосов
- •6.2 Нагрузки, действующие на насос
- •6.3 Расчет на прочность гидравлической части насоса
- •6.4 Расчет приводной части
- •7 Буровые насосы и оборудование циркуляционой системы
- •7.1 Функции и схема циркуляционной системы
- •7.2 Основные характеристики насосов
- •7.4 Центробежные насосы
- •8.2 Определение мощности двигателей для привода насосов при бурении скважины электробуром
Мощность тормоза Nт, кВт |
Нагрузка на крюке, МН |
Разность температуры воды в тормозе (t3 - t4), ºС |
|||||
14 |
28 |
42 |
56 |
70 |
85 |
||
500 |
0,28 |
0,520 |
0,260 |
0,172 |
0,130 |
0,108 |
0,087 |
1000 |
0,56 |
1,040 |
0,520 |
0,345 |
0,260 |
0,207 |
0,175 |
1500 |
0,84 |
1,560 |
0,780 |
0,517 |
0,390 |
0,310 |
0,262 |
2000 |
1,12 |
2,080 |
1,040 |
0,690 |
0,520 |
0,415 |
0,350 |
2500 |
1,40 |
2,600 |
1300 |
0,862 |
0,650 |
0,517 |
0,437 |
3000 |
1,68 |
3,120 |
1560 |
1,035 |
0,780 |
0,620 |
9,525 |
3500 |
1,96 |
3,640 |
1820 |
1,207 |
0,910 |
0,725 |
0,612 |
4000 |
2,24 |
4,160 |
2080 |
1,380 |
1,040 |
0,830 |
0,700 |
4500 |
2,52 |
4,680 |
2340 |
1,552 |
1,170 |
0,932 |
0,787 |
5000 |
2,80 |
3,200 |
2600 |
1,725 |
1,300 |
1,035 |
0,875 |
tсп - время спуска одной свечи, с; z - число спускаемых свечей в течение 1 ч.
При расчете количества тепла, поглощаемого тормозом, принимается средняя частота вращения его ротора:
(IV.23)
где l — длина свечи, м; итс—число струн каната в талевой оснастке; Dбр— средний диаметр намотки каната на барабан, м;
Количество теплоты, отводимой поверхностью тормоза в течение 1 ч,
(IV.24)
где сРт= 12-25 — коэффициент теплоотдачи от поверхности тормоза воздуху, Вт/(м2 С); П — поверхность регулирующего тормоза и холодильника, м2; t1—температура поверхности тормоза, °С (принимается не выше 80 °С); t2<35°С — температура окружающего воздуха; 3,6-103—переводной коэффициент.
Количество воды (в л/мин), подводимой к тормозу для отвода тепла,
(IV.25)
(t3 и t4—температуры отводимой и подводимой воды, °С).
В табл. IV.2 приведены данные о количестве воды (в м3/мин), необходимой для охлаждения вспомогательного тормоза при скорости спуска крюка =1,8 м/с.
Если на буровой нет проточной воды, то следует предусмотреть соответствующие устройства для ее охлаждения.
6 Расчет насосов и их элементов
6.1 Мощность и к. П. Д. Насосов
Для насосного комплекса буровой установки, как правило, выбирают насосы с одинаковыми параметрами. Тогда полезная мощность одного насоса Nнп (в кВт) с учетом формул (VII.9) и (VII.10)
(VII.26)
где г—число насосов, одновременно работающих в комплексе. Наименьшее давление в нагнетательной линии насоса рh.min (в МПа) в соответствии с формулой (VII.I) при наибольшей подаче
(VII.27)
Наименьшая подача Qh.min (в м3/с) при номинальном числе ходов поршня насоса и наибольшем давлении
(VII.28)
где рh.max—наибольшее давление в нагнетательной линии насоса, определяемое расчетным путем.
Мощность приводного двигателя насоса (в кВт)
(VII.29)
где nh.a—общий к.п.д. насосного агрегата от двигателя до нагнетательной линии насоса .
(VII.ЗО)
Здесь no — коэффициент объемной подачи; nг— гидравлический к.п.д.; nm— механический к. п. д.
Коэффициент объемной подачи для исправного насоса n0= =0,98-0,96; гидравлический к. п. д. оценивает потери мощности в каналах входного и выходного коллекторов, гидравлической коробке, клапанах nг=0,97-0,98; механический к. п. д. насосного агрегата может быть представлен в виде произведения коэффициентов
(VII.31)
где nmt — к.п.д. трансмиссии от двигателя до трансмиссионного вала насоса
(VII.32)
nmt1=0,993 — к.п.д. вала на опорах качения; nmt2=0,99 —к.п.д. фрикционной муфты; nmt3 =0,995-0,998 — к. п. д. клиноременной передачи; nmti — к.п.д. других элементов, входящих в трансмиссию; nmн—механический к.п.д.насоса
(VII.ЗЗ)
n1m=0,99-0,992 —к.п.д. трансмиссионного вала на опорах качения; n2m = 0,992—к.п.д. закрытой зубчатой передачи; n3m= 0,992-0,993 — к.п.д. коренного вала на опорах качения; nm4 = 0,994-0,996 — к.п.д. ползуна и кривошипно-шатунного механизма; nm5 = 0,922-0,994 — к.п.д. уплотнения штока и поршня.
Таким образом, механический к.п.д. насоса при работе на полной мощности составляет 0,8—0,87, при работе с неполной мощностью он снижается до 0,6—0,7. Общий к.п.д. насосного агрегата может составлять 0,75—0,8 и менее в зависимости от к. п. д. приводной трансмиссии.
Диаметр поршня D и длина хода поршня S взаимосвязаны.
Диаметры поршней D (в м) для каждой подачи Qnи (в м3/с):
для насоса одностороннего действия
(VII.34)
для насоса двустороннего действия
(VII.35)
где no — коэффициент объемной подачи; К—число камер насоса; S—длина хода поршня; n—число двойных ходов насоса в 1 мин; d — диаметр штока насоса.
Полученные значения округляют до ближайшего нормализованного размера по принятому ряду диаметров поршней.
Пример VII.5. Найти мощность буровых насосов для закачки раствора в скважину. Исходные данные приведены в примерах VII.1 и VII.2.
Решение.
Полезная мощность насосов, необходимая для бурения каждого интервала скважины (в Вт)
(VII. 36)
где Qhi —подача насосов, м/с, рhi — давление насосов, МПа.
Полезная мощность насосов, необходимая для прокачки раствора, при бурении:
под кондуктор
лод промежуточную колонну
открытого ствола
Пример VII.6. Найти число насосов zи, и выбрать насос для условий примера VII.5.
Решение.
Для заданных условий из табл. 1.1 можно выбрать два насоса: насос с приводной мощностью 500 кВт и полезной мощностью Nнп=475 кВт или насос с приводной мощностью 750 кВт и полезной мощностью Nнп =650 кВт. По условиям примера VII.5 для бурения под кондуктор полезная мощность насосов Nнпk =972 кВт.
Полезная мощность, развиваемая двумя насосами: по первому варианту
по второму варианту
В первом случае будет недостаток мощности 972—950=22 кВт, а во втором случае будет избыток полезной мощности насосов 1300—972=328 кВт.
Для бурения второго интервала скважины требуется полезная мощность Nнп.п =670 кВт. По первому варианту должно работать параллельно два насоса с запасом мощности 950—670=280 кВт. По второму варианту интервал под промежуточную колонну можно бурить и одним насосом с недостатком мощности 670—650=20 кВт, что допустимо. Поэтому второй вариант более предпочтителен, так как он допускает бурение почти всего интервала одним насосом, а второй насос будет в резерве.
Мощность двигателя привода насоса определяем из формулы (VII.29)
где nh.a = n0 nг nma ; no=О,94 (см. пример VII.З); nг —0,98 (при подпорном насосе);nma = nmt nmh ; nмt = nmt1 nmt2 nmt3 nmt4 .
Значения коэффициентов принимаем го формул (VII.ЗО) — (VII.ЗЗ).
Тогда
Таким образом, механический к. п. д. насосного агрегата
а общий к. п. д. насосного агрегата:
nна = 0.94 0.98 0.79 = 0.73
Мощность приводного двигателя для насоса с полезной мощностью 650 кВт
Примем электродвигатель постоянного тока мощностью 900 кВт.