2020-06-08
510Задача 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 ρж = 895 кг/м3. Диаметр штанг d ш1 и d ш2.
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]
Рж – 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;
ρст, ρж – плотности соответственно материала штанг и жидкости,
ρст = 7850 кг/м3;
|
|
|
F пл – площадь сечения плунжера;
g -ускорение свободного падения, g =9,81.
Значения предела текучести σТ материала штанг взять согласно [табл.1, приложения 1, табл. 2]. Расчет провести, начиная со стали 40.
Длину верхней ступени штанг l 1 определяем по формуле
где [σ] – максимальное допустимое напряжение штанг;
f 1, f 2 – площадь поперечного сечения штанг;
q 1 – погонный вес 1 м штанги, кг; [приложения 1, табл. 1]
Находим сумму (l 1 + l 2) и сравниваем с требуемой величиной глубины
установки насоса L.
Максимальное напряжение в ТПШ σmax определяем согласно по формулам
где Рж – вес столба жидкости над плунжером
q 2 – 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:
σпр < [ σпр ];
σ max < [σ ].
Задача 2
Подобрать по приведенному напряжению одноступенчатую колонну насосных штанг для работы насоса Dпл,мм, на глубине L. Плотность нефти pж = 895 кг/м3; длина хода полированного штока S; число качаний в минуту n; диаметр штанг dш 2.
Методические указания к задаче
Максимальное напряжение в опасном сечении колонны σ max определяем по формулам:
σ max < σ ср + σа;
σср = ρж g ( 
;
где σср – среднее напряжение цикла, действующее на верхнее сечение штанг;
σа – 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 Р мах определяли согласно по формуле:
где Fпл – площадь сечения плунжера, м2.
Максимальное напряжение в ТПШ (в точке подвеса штанг) σmax' 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 ⋅σа,
Условие прочности колонны штанг:
σпр < [ σпр ];
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).
ЗАДАНИЕ
1. Выполнить основные технологические расчёты насосных штанг по задачам 1 и 2.
2. Сделать вывод.
Таблица 2 – Варианты заданий к практической работе 66, 68
!!! Обратите внимание на единицы измерения. Например, мм надо перевести в м: dш = 19мм = 0,019м
Приложение 1
Таблица 1
Например:
Штанги диаметром 16 мм; f ш = 2,01 см 2; q ш = l,67 кг/м = 1,67 х9,81 = 16,4Н;
Штанги диаметром 19 мм; f ш = 2,83 см 2; q ш = 2,35 кг/м = 23,1Н;
Штанги диаметром 22 мм; f ш = 3,8 см 2; q ш = 3,14 кг/м = 30,8Н.
Таблица 2 - Механические характеристики материала штанг
| Марка стали | Предел текучести, σ т, МПа | Твердость по Бринелю, НВ | Допускаемое напряжение σпр, МПа | Диаметр насосов, мм | Вид обработки штанг | Условия эксплуатации |
| Сталь 40 | 320 | 217 | 70 | 28-96 | Нормализация | Некоррозионные |
| 120 | 28-43 | Нормализация с поверхностным упрочнением ТВЧ | Некоррозионные | |||
| 100 | 55-95 | Некоррозионные | ||||
| сталь 20Н2М | 390 | 200 | 90 | 28-95 | Нормализация | Некоррозионные |
| сталь 20Н2М |
|
| 130 110 | 28-43 55-95 | Нормализация с поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ | некоррозионные |
| 100 | 28-95 | коррозионные |
Например:
Сталь 40 (нормализованная) - σ пр = 70 МПа, σ т = 320 МПа.
Сталь 40 (нормализованная с поверхностным упрочнением ТВЧ) - σ пр = 120 МПа, σ т = 320 МПа.
сталь 20Н2М- σ пр =110 МПа, σ т = 390 МПа
