5 Насосы скважинные штанговые

5.1 Расчет деталей насоса на прочность

При расчете насоса на прочность основным нагруженным элементом считается цилиндр, конструкция которого безвтулочная и состоящая из втулок. Для изготовления цилиндров используют следующие стали 45,40Х, 38ХМЮА и чугун СЧ 26-48. В процессе работы УСШН цилиндры насосов испытывают следующие нагрузки: внутреннее гидравлическое давление, температурные де­формации; сжатие по торцам, крутящий момент и продольный изгиб при сбор­ке.

5.1.1. Расчет на гидравлическое давление

Максимальные растягивающие напряжения, действующие в цилиндрах, определяют исходя из следующих условий:

если r₂>r₂ то

(97)

если то

(98)

где — внутренний радиус цилиндра, мм;

— наружный радиус цилиндра, мм;

- допускаемое напряжение при переменных нагрузках, =0,4, МПа;

- предел прочности материала при растяжении, МПа;

- гидростатическое давление столба жидкости от динамического уров­ня до устья скважины, МПа.

5.1.2. Определение деформации цилиндра Осуществляется по формуле

, (99)

где Е - модуль упругости металла, 2,Г10" Па;

т - коэффициент Пуассона, характеризующий отношение величины от­носительной поперечной деформации к относительной продольной; для сред-неуглеродистых сталей - 0,24...0,27, для легированных - 0,26.. .0,30.

5.1.3. Определение силы сжатия втулок при сборке цилиндра Насос в скважине подвергается действию температурных деформаций и

цилиндр может разрушить корпус насоса.

Для этой цели необходимо установить величину сжимающего усилия при сборке насоса.

(100)

где к - коэффициент, характеризующий отношение деформации цилиндра и

корпуса,, 1,1... 1,8;

Р_г - сила, действующая вдоль оси цилиндра, возникающая от гидростати­ческого давления жидкости внутри НКТ, Н;

, - модули упругости материалов цилиндра и корпуса, МПа;

F_ц,F_к- площади поперечного сечения тела цилиндра и корпуса, мм²; Напряжения сжатия цилиндра

(101)

5.1.4. Крутящий момент, действующий на цилиндр при его скручи­вании во время сборки.

(102)

и напряжения кручения

(103)

где - коэффициент трения материалов цилиндра и корпуса, сталь по стали -0,1;

-допускаемые напряжения кручения для материала цилиндра, =0,6, МПа;

- предел текучести материала, МПа;

W— полярный момент сопротивления сечения цилиндра, мм³ ; для кольца

(104)

5.1.5. Определение растягивающей силы, действующей на корпус. Осуществляется по формуле

(105)

и напряжения от растягивающей силы

(106)

Задача 13 Рассчитать цилиндр насоса на прочность при следующих исходных данных по вариантам (см. таблицу 12). Материал корпуса - сталь 40ХН.

Таблица 12. - Расчет скважинных насосов на прочность

№ вар.	r1, мм	r2, мм	R, мм	Ннас, м	hпог, м	, кг/м3	Материал цилиндра
1	2	3	4	5	6	7	8
1	21,5	24,5	30	1380	740	760	45
2	27,5	32,5	36,5	1370	720	770	40Х
3	16	21	28	1360	700	780	38ХМЮА
4	21,5	24,5	30	1350	680	790	СЧ 26-48
5	27,5	32,5	36,5	1340	660	800	45
6	34	38	44,5	1330	640	810	40Х
7	41	46,5	57	1320	620	820	38ХМЮА
8	34	38	44,5	1310	600	830	СЧ 26-48
9	27,5	32,5	36,5	1300	580	840	45
10	21,5	24,5	30	1290	560	850	40Х
11	16	21	28	1280	540	860	38ХМЮА
12	21,5	24,5	30	1270	520	870	СЧ 26-48
13	27,5	32,5	36,5	1260	500	880	38ХМЮА
14	21,5	24,5	30	1250	480	890	40Х
15	21,5	24,5	30	1240	460	900	45
16	34	38	44,5	1230	440	910	45
17	41	46,5	57	1220	420	920	40Х
18	41	46,5	57	1210	400	930	38ХМЮА
19	21,5	24,5	30	1200	380	940	СЧ 26-48
20	16	21	28	1190	360	950	45
21	34	38	44,5	1180	340	960	40Х
22	21,5	24,5	30	1170	320	970	38ХМЮА
23	41	46,5	57	1160	300	980	СЧ 26-48
24 16	16	21	28	1150	280	990	45
25	27,5	32,5	36,5	1140	260	955	40Х