Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 4Следующая ⇒

Определение нагрузок производится по различным теориям , которые в основном, делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А.Н.Адонина граница между статистическим и динамическим режимами откачки находится в интервале 0.35-0.45:

(0,625*1280)/4900=0,16

(3,14*5,98)/30=0,625c^-1

где - скорость звука в штангах. Для одноразмерной колонны =4600 м/с; для двухступенчатой =4900 м/с; для трехступенчатой =5300 м/с.

В настоящее время применяют в основном режимы

При многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.

Режим статический. Следовательно, формулы статической теории дадут наиболее правильную нагрузку.

1. Максимальная нагрузка по статической теории (формулаИ.М.Муравьева):

Pmax=Fпл*(ρ_ж*hд*g+Pбуф)+q_ср*L*g*(b+S*n²_max/1440)=

=7987,77+31622,5=39610H.

Определим P_ж, учитывая, что P_буф=0.3 МПа:

=7987,7H.

1-840/7850=0,893

2,1*5,98²/1440=0,052

где S_A – 2,1м, длина хода точки подвеса штанг для 5СК4-2,1-1600; n – число качаний в минуту, n_max=15 мин^-1.

Вес штанг в воздухе определяется как:

(3,14*396,8+2,35*883,2)9,81=32599H

Минимальная нагрузка будет, очевидно, при начале хода штанг вниз, кода вес жидкости не действует на штанги, а динамический фактор вычитается:

=32599(0,893-0,052)=27416H.

3. Определим нагрузки на головку балансира СК.

Давление столба жидкости над плунжером

840*9,81*1280=10,5*10⁶H/м²=10,5 МПа

Потери давления за счет сопротивления потоку жидкости в трубах определим по соотношению

=0,142*(1280*840*0,08*0,08)/(0,062*2)=7880,2H/м2=0,008 МПа.

где средняя скорость в подъемных трубах

(2,1*7,2*3,16²)/60*(0,062²-0,022²)=0,08 м/с.

Число Рейнольдса

8*6,2/0,11=451<2300.

Коэффициент гидравлического сопротивления

64/451=0,142.

Давление под плунжером (сопротивлением клапанов пренебрегаем)

(1280-1200)*840*9,81=0,659 МПа.

Тогда вес столба жидкости над плунжером

=0,8*(10,5+0,3+0,008-0,659)=8,12 кН.

Удлинение штанг

(8119*1280)/(2,1*10⁵*10⁶*3,8*10^-4)=0,13 м.

где площадь поперечного сечения штанг

Удлинение труб при ходе штанг вниз

(8119*1280)/(2,1*10⁵*10⁶*11,66*10^-4)=0,042м.

Деформация штанг за счет силы сопротивления при ходе штанг вниз

(0,659*1280)/(2,1*10⁵*10⁶*3,8*10^-4)=0,011 м.

Потери хода за счет изгиба штанг. Предварительно определим:

0,659/(2,7*9,81*(1-840/7850)=278 м.

Осевой момент инерции для штанг

=0,659*0,011*278/(8*2,1*10¹¹*1,149*10^-8)=0,011м

Длина хода плунжера при действии статических сил Pпл

2,1-(0,13+0,042+0,011+0,011)=1,906 м.

4. Рассчитаем производительности и коэффициент подачи;

Формула производительности по элементарной теории

=1440*7,84*7,2*(2,1-(0,13-0,042)+(225*1280²*7,2²*2,1/10¹²)=15,83 м³/сут

где F - площадь поперечного сечения плунжера; n - число двойных ходов в мин; S_А - длина хода точки подвеса штанг; λшт, λтр - удлинение насосных штанг и труб от веса столба жидкости,

Определим коэффициент подачи:

1440*0,0008*7,2*2,1=17,42 м³/сут

Коэффициент подачи ШГНУ по формуле

15,83/17,42=0,9.

Выбрать и рассчитать на прочность двухступенчатую колонну штанг.

Исходные данные:

=32 мм

глубина спуска насоса–1280 м;

плотность жидкости 840 кг/м³;

буферное давление 0,3 МПа.

Решение:

Определим параметр Кощи:

для СК : n_max =15 мин^-1 = 1,57с^-1

(1,57*1280)/5100=0,39

Режим статический.

Определим перепад давлений над плунжером из формулы:

Полагаем, что гидравлическое сопротивление движению жидкости в трубах мало, P_г=0.008 МПа.

Статическое давление над плунжером:

10,5 МПа

Статистическое давление под плунжером:

0,659 МПа

0,3 МПа

Перепад давления над плунжером:

10,5+0,3+0,008-0,659=10,15 МПа

Выбираем штанги 19 мм и 22 мм.

Для нижней секции (диаметр 19 мм):

где а₀ - опытный коэффициент, имеющий размерность удельного веса и учитывающий плотность жидкости, силы трения и другие факторы, не поддающиеся аналитическому расчету. Его принимают равным 11500 Н/м³; х - расстояние от рассчитываемого сечения штанг до плунжера; D - диаметр плунжера; d_ш - диаметр штанг; ΔР - перепад давления над плунжером;ρ_ж - плотность жидкости; ω= π·n / 30 - угловая скорость вращения кривошипа; mср - средний кинематический показатель совершенства СК.