ПЗ 66, 68 Выполнить основные технологические расчёты насосных штанг для заданных условий

ПЗ 66, 68 Выполнить основные технологические расчёты насосных штанг для заданных условий

Для расчета и подбора колонны насосных штанг для заданных условий можно применять разные способы. При первом способе отыскивают точку, в которой напряжение будет равно максимально допустимому напряжению. При втором способе определяют прочность колонны насосных штанг по приведенному напряжению.

1. Расчет колонны насосных штанг по максимально допустимому напряжению

Задача 1

Подобрать стальную двухступенчатую колонну насосных штанг для работы вставного насоса с диаметром плунжера D_пл на глубине L при факторе динамичности m = 0, 2; плотность добываемой жидкости ρ ж = 895 кг/м³. Диаметр штанг dш₁ и dш₂.

Методические указания к задаче

Длину нижней ступени штанг l₂ определим по формулам (счет индексов сверху):

где [σ ] – максимальное допустимое напряжение штанг, Па;

f₂ – площадь поперечного сечения штанги, м²; [приложения 1, табл. 1]

Р_ж – вес столба жидкости над плунжером

q₂ – погонный вес 1 м штанги, кг; [приложения 1, табл. 1]

b – коэффициент потери веса штанг в жидкости;

т – фактор динамичности;

σ _т – предел текучести материала штанг, Па;

n – коэффициент запаса прочности, равный 2;

ρ _ст, ρ _ж – плотности соответственно материала штанг и жидкости,

ρ _ст = 7850 кг/м^3;

F_пл – площадь сечения плунжера;

g -ускорение свободного падения, g =9, 81.

Значения предела текучести σ _Т материала штанг взять согласно [табл. 1, приложения 1, табл. 2]. Расчет провести, начиная со стали 40.

Длину верхней ступени штанг l₁ определяем по формуле

где [σ ] – максимальное допустимое напряжение штанг;

f₁, f₂ – площадь поперечного сечения штанг;

q₁ – погонный вес 1 м штанги, кг; [приложения 1, табл. 1]

Находим сумму (l₁ + l₂) и сравниваем с требуемой величиной глубины

установки насоса L.

Максимальное напряжение в ТПШ σ _max определяем согласно по формулам

где Р_ж – вес столба жидкости над плунжером

q₂ – погонный вес 1 м штанги, кг;

Условие прочности будет следующим

σ _max < [σ ],

Таблица 1 – Допускаемое приведенное напряжение [σ ], МПа материала штанг

2. Определение прочности колонны насосных штанг по приведенному напряжению

Как показали исследования, разрушение насосных штанг обычно происходит не вследствие статического перенапряжения, а носит явно усталостный характер, поэтому правильнее вести расчет колонны штанг не по максимальному напряжению в опасном сечении, а по " приведенному" напряжению, зависящему как от максимального напряжения σ _max, так и от предельной амплитуды изменения напряжения σ _а. А. С. Вирновский предложил на основе элементарной теории следующее расчетное уравнение для определения приведенных напряжений в любом сечении колонны насосных штанг:

где σ _max, σ _а – соответственно максимальное и амплитудное значения

напряжений.

Тогда условие прочности колонны насосных штанг выглядят следующим

образом:

σ _пр < [ σ _пр ];

σ _max < [σ ].

Задача 2

Подобрать по приведенному напряжению одноступенчатую колонну насосных штанг для работы насоса D_пл, мм, на глубине L. Плотность нефти p_ж = 895 кг/м³; длина хода полированного штока S; число качаний в минуту n; диаметр штанг d_ш ₂.

Методические указания к задаче

Максимальное напряжение в опасном сечении колонны σ _maxопределяем по формулам:

                             σ _max < σ _ср + σ _а;

        σ _ср = ρ _ж g ( ;





где σ _ср – среднее напряжение цикла, действующее на верхнее сечение штанг;

σ _а – амплитуда напряжения;

е – средний кинематический коэффициент станка-качалки, равный 1, 05;

S – ход полированного штока;

ω – угловая скорость кривошипа;

n – число качаний в минуту;

g =9, 81.

Максимальную нагрузку на штанги Рмах определяли согласно по формуле:



где F_пл – площадь сечения плунжера, м².

Максимальное напряжение в ТПШ (в точке подвеса штанг) σ max' определяем по формуле



где f ш – площадь поперечного сечения штанги, м ²;

Р ж – вес столба жидкости над плунжером

Приведенное напряжение определяли по формуле:

            σ _пр = σ _max ⋅ σ _а,

Условие прочности колонны штанг:

      σ _пр < [ σ _пр ];

     σ _max < [σ ],

Сравниваем полученное значение σ _max с допускаемым приведенным напряжением материала штанг [σ ] и выбираем необходимый материал для изготовления штанг (табл. 1, табл. 2 приложения 1).