задача, ГРП. Общий раздел 1 Виды Безбалансирных приводов шсну

• Название: Общий раздел 1 Виды Безбалансирных приводов шсну
• Анкор: задача, ГРП
• Дата: 09.03.2022
• Размер: 2.24 Mb.
• Имя файла: 111.docx
• Тип: Документы; #387891
• страница: 5 из 6

2.3 Подбор Безбалансирного привода, выбор ШСНУ

Графический метод основан на применении диаграмм А.Н. Адонина. При его применении необходимо знать дебит скважины Q в м³ /сут и глубину спуска насоса L в м. Типоразмер станка-качалки и диаметр плунжера насоса определяют непосредственно по диаграмме А.Н. Адонина в точке пересечения проекций дебита и глубины спуска насоса. Тип насоса определяют в зависимости от глубины спуска и параметров добываемой жидкости.


Рисунок 1 - диаграмма А. Н. Адонина

1. 
   Выбрать станок-качалку, диаметр и тип насоса, штанг и НКТ и установить режимные параметры работы насоса для заданных условий: дебит скважины - 30 м³ /сут., плотность нефти ρ_н = 820 кг/м³, глубина спуска насоса - 1750 м, коэффициет подачи насоса η = 0.6.
   
2. 
   По диаграмме А.Н. Адонина на пересечении проекций (Q = 30 м3 /сут и L = 1750 м находим 7СК-8-3,5-6000 и диаметр плунжера насоса 32 мм. Глубина 1750 м.
   

Режимные параметры 7СК-8-3,5-6000 по ГОСТ 5866 SA = 1,2;1,5;1,8; 2,1; 2,5 м - длина хода точки подвески штанг. Число качаний, n = 6 - 15 мин^-1. Редуктор - Ц2Н-750 с передаточным отношением i = 38, и диаметром шкива - 1000 мм. Так как глубина не больше 1750 м, выбираем одноступенчатый, невставной насос типа НН2С

3. 
   Для НН2С требуется НКТ 60 x 5 мм. Выбираем штанги из нормализованной стали 20 х Н (σпр = 90 МПа) диаметр = 25 мм
   

Таблица 2. Рекомендуемые глубины спуска насосов на штангах из нормализованной стали 20 х Н (σ_пр = 90 МПа)

Диаметры насосов, мм	28	32	38	43	56	68	93
Диаметры штанг, мм	Длина одноступенчатой колонны, м
16	-	-	-	-	-	-	-
19	-	-	-	-	-	-	-
22	-	-	-	-	1000*	760	490
25	-	-	-	-	-	-	610
Диаметр штанг, мм	Длина ступеней в % двухступенчатой колонны
19	35	39	46	55	-	-	-
16	65	61	54	45	-	-	-
Глубина спуска L, м	1890*	1680*	1410*	1180*	-	-	-
Диаметр штанг, мм
22	28	30	35	41	54	-	-
19	72	70	65	59	46	-	-
Глубина спуска L, м	2080	1870	1610	1370	1050	-	-
Диаметр штанг, мм
25	-	-	28	32	40	55	-
22	-	-	72	68	60	45	-
Глубина спуска L, м	-	-	1810*	1570*	1230*	910	-
Диаметр штанг, мм	Длина ступеней в % трехступенчатой колонны
22	25	28	-	-	-	-	-
19	28	32	-	-	-	-	-
16	47	40	-	-	-	-	-
Глубину спуска L, м	2270*	2010"	-	-	-	-	-
Диаметр штанг, мм
25	20	23	26	31	-	-	-
22	23	26	30	35	-	-	-
19	57	51	44	34	-	-	-
Глубина спуска L, м	2450*	2200*	1900	1620*	-	-	-

По диаграмме находим = 40 м³ /сут.

При длине хода = 3,5 м

Число качаний определяем по формуле (6):

(6)

где - максимальное число качаний по характеристике станка-качалки;

- фактический дебит скважины;

- максимальная производительность насоса при работе на максимальных параметрах (находят по диаграмме А.Н. Адонина).



Для получения минимума напряжений в штангах основные параметры работы насоса (при коэффициенте подачи η = 0.6 и плотности нефти ρ = 820 кг/м3) находятся между собой в следующей зависимости:

	(7)
	(8)

где - средняя масса 1 п. м штанги 25мм = 4,14 кг





Для выбора оптимального режима сначала задаются рядом возможных значений S для принятого типа станка-качалки и находят по формуле (7) соответствующие им значения n.

Далее для принятых значений S и полученных значений n определяют площадь сечения плунжера из формулы производительности насоса, см²:

(9)

где Q - производительность насоса, м3 /сут;

S - длина хода сальникового штока, м.



Отсюда


Определим параметры работы насоса аналитическим методом, исходя из минимума напряжений в штангах. Зададимся стандартными значениями и n и по формулам (7) - (9) определим и и составим таблицу 3

Таким образом, исходя из таблицы 2 видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0.6 являются 2-й и 3-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получился больший.
Таблица 3 – Параметры работы насоса

№ реж	S, м	n	Fпл, см2	Dпл, см
1	1,675	13,2	19,1	5,72
2	2,1	11,2	17,3	4,69
3	2,5	10,5	14,24	4,25
4	3,0	9,2	12,5	3,43
5	3,5	8,6	10,93	3,23

Таким образом, исходя из таблицы 2 видно, что наиболее приемлемыми режимами работы насоса при среднем коэффициенте подачи насоса η = 0.6 являются 2-й и 3-й, однако диаметр плунжера при этих режимах получился больший.

Для выбора оптимального режима определим максимальные значения нагрузок в точке подвеса штанг по формуле (10):

(10)

где L - глубина спуска насоса, м;

- коэффициент облегчения штанг в жидкости;

- плотность материала штанг и жидкости соответственно;

- фактор инерционных нагрузок;

g - ускорение свободного падения.






Наиболее выгодным режимом будет 3-й, при котором наименьшая. Минимальную нагрузку найдем по формуле (11):

(11)

Определим максимальное и минимальное напряжения по формуле (12) и по формуле (2.4):

	(12)

где - площадь поперечного сечения штанг

(13)

где - амплитудное значение напряжения в асимметричном цикле.









Выбираем штанги из стали 20Н2М коррозионные без влияния Н₂S с .

Коэффициент запаса прочности штанг определим по формуле (14)

(14)

где - предел текучести материала штанг.



Определим необходимое число качаний при использовании стандартного диаметра плунжера (для 3-го режима это будет 42,5 мм) по формуле (15):

(15)

где - расчетное число качаний;

- расчетный диаметр плунжера;

- стандартный диаметр плунжера.

Определим диаметр шкива электродвигателя для нестандартного числа качаний по формуле (16):

(16)

где n - число качаний в мин;

- диаметр шкива редуктора;

i - передаточное число редуктора;

- частота вращения вала электродвигателя, мин-1



Определение КПД привода станка-качалки

КПД привода определяется как произведение КПД отдельных передач

_общ = ₁ * ₂,

где: η₁- КПД ременной передачи; η₂- КПД зубчатой передачи.

Для расчета данного механизма принимаем ременную и зубчатую передачи. Плавность работы обеспеченна ременной передачи даже при отсутствии равномерной нагрузки на рабочем органе. При расчете привода станка-качалки принимается ременная передача клиноременного типа. Компактностью и большим передаточным отношением отличается зубчатая передача. При расчете привода станка-качалки зубчатая передача - цилиндрическая закрытого типа. Значения КПД принимаем равным 0,96. [12].

_общ  0,96  0,96  0,9216

Развиваемый момент на выходном звене привода найдем по формуле:

M 

где: N – заданная мощность; ω1 – угловая скорость кривошипа, ηобщ – КПД привода.

M  = 8,15 кНм.

Подбор электродвигателя

Необходимая мощность двигателя для привода станка-качалки с учетом КПД определится:

N = = = 21,7 кВт

Из условия что мощность электродвигателя не меньше мощности на кривошипе подбираем модель электродвигателя. Ближайшее большее значение мощности имеют двигатели серии АОП2 следующих типоразмеров: 71-4 (n=1450об/мин), 72-6 (n=970об/мин). Выбираем электродвигатель с большим числом оборотов – электродвигатель серии АОП2 типоразмера 71-4

Определение передаточных чисел привода станка-качалки

Определим общее передаточное число привода станка-качалки:

U_общ =

Так как число оборотов на выходном валу привода должно соответствовать числу оборотов входного вала станков качалки - 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение привода определится из соотношения:

U_общ = = 145

Разобьем общее передаточное число по ступеням привода:

U_зуб =

В частности, для первой ступени привода (ременной передачи), исходя из рекомендаций ( U_рем  2...4 ), передаточное число принимаем U_рем  3.

U_зуб = = 48

Для зубчатой передачи рекомендованные передаточные числа принимаем в диапазоне U_зуб  3...7 . Так передаточное число выходного вала привода U_{вых.вала} составляет 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение зубчатой передачи найдем по соотношению:

Разобьем Uзуб по ступеням.

= _{вых.вала}

U_зуб  = 4,8

Полученное значение лежит в необходимом диапазоне передаточных чисел зубчатой передачи. Таким образом, для привода станка-качалки получили одноступенчатую зубчатую передачу.

Если при расчете U_зуб >7, то следует принимать большее число ступеней.

Составляем кинематическую схему привода рисунок 9.



Рис.9 Схема привода станка-качалки. 1 – «М» (мотор) – электродвигатель; 2 – клиноременная передача (первая ступень привода); 3 – зубчатая передача (одноступенчатый косозубый редуктор); 4- исполнительный механизм (станоккачалка).

Определим частоту вращения валов привода. Для выходного вала ременной передачи:

_{рем.вых} = = = 483

Число оборотов выходного вала ременной передачи равно числу оборотов входного вала зубчатой передачи. Число оборотов выходного вала редуктора (зубчатой передачи) равно числу оборотов входного вала станка-качалки (кривошипа).

Определение мощностей по валам привода

Мощность ведущего вала ременной передачи равна мощности электродвигателя N_{вход. рем}  N_дв 10 кВт. Мощность на выходном валу ременной передачи:

N_{вых рем} = N_дв * _рем = 100,96  9,6 кВт.

Мощность входного вала зубчатой передачи равна мощности выходного вала ременной передачи N_{вых. рем}  N_{вход.зуб.}  9,6 кВт. Мощность на выходном валу зубчатой передачи:

N_{вых зуб} = N_{вых рем} * _зуб

N_{вых.зуб}  9,60,96  9,216 кВт.

Определение моментов по валам привода

Моменты на валах определим из соотношения:

M =

Для входного вала ременной передачи (первого вала привода):

M _{вход рем} =

где ω_дв – угловая скорость вала двигателя.

ω_дв = = = 150,7 рад/с

M_{вход рем} = = 66,4 Нм.

Момент на выходном валу ременной передачи:

M _{вход рем} =

ω _{вход рем} = = = 50,2 рад/с

M _{вход рем} = = 191 Нм.

Момент на входном валу зубчатой передачи равен моменту на выходном валу ременной передачи M_{вых. рем}  M_{вход.зуб} 191 Нм.

Момент на выходном валу зубчатой передачи:

M _{вых зуб} =

ω _{вход рем} = = = 1,046 рад/с

M _{вых зуб} = = 8810 Нм.

Исходя из полученного крутящего момента на выходном валу редуктора и сравнив его с паспортными данными можно сделать вывод что привод УШСН подобран верно. Также данный привод экономически целесообразен.