7.2 Прочностной расчет корпуса насоса

Корпусы погружных центробежных насосов изготавливают из трубных заготовок точением или из холодных комбинированных труб повышенной точности длиной 2100, 3600 и 5000 мм [11].

Корпус насоса будет рассчитываться в следующей последовательности.

1.Выбираем наружный диаметр и внутренний корпуса насоса.

Dнар.=0,092 м, Dвн=0,080 м

2.Определяем предварительную затяжку пакета ступеней с учетом коэффициента запаса плотности верхнего стыка по формуле [1]:

T=πКρgНrвн.[1-Eк-Fк/2 (ЕкFк+Ена Fна)] ,

где К – коэффициент запаса плотности стыка. К=1,4;

ρ - плотность воды. ρ=1000м³/кг;

g – ускорение свободного падения. g = 9,8 м/с;

H- максимальный напор насоса. Н =1300 м;

r - внутренний радиус расточки корпуса насоса. r=0,04 м;

Ек- модуль упругости материала корпуса насоса. Ек=0,1х10 ⁶Мпа;

Fк – площадь поперечного сечения корпуса насоса. Fк=1,62х10 ^-3 м ²;

Ена- модуль упругости материала направляющего аппарата. Ена=1,45х10 ⁵МПа;

Fна – площадь поперечного сечения направляяющего аппарата.Fна=6,08х10^-4 м².

Подставим значения в формулу (21):

Т=3,14*1,4*1000*9,81*1160*0,04²[1-2,1*10⁶*1,62[10^-3/2(2,1*10⁶*1,62*10^-3 +1,45*10⁵ *6,08*10^-4 ) ]=48256Н.

3.Находим общее усилие, действующее вдоль оси корпуса по выражению:

Q=Т+ρgНrвн ² EкFк/2(ЕкFк+ЕнаFна)+G + πКρgНrвн,

где Т – предварительная затяжка пакета ступеней, Н;

G – масса погружного агрегата. G =20505 Н;

Hmax - максимальный напор насоса. Нmax =3500 м;

Подставив значения в формулу (22) получим:

Q=48256+1000×9,8×1300×0,04²×0,1×10⁶×1,62×10³/2(0,1×10⁶×1,62×10³+1,45×10⁵×6,08×10^-4)+20505+3,14×1,4×1000×9,8×1300×0,04 = 268519Н .

4.Вычисляем осевое напряжение в опасных сечениях корпуса:

σz=Q/Fк ,

где Q – общее усилие, действующее вдоль корпуса насоса, Н;

Fк – площадь ослабленного сечения корпуса по наружному диаметру трубы. Fк =1,24х10^-3 м².

Подставляем значения в формулу:

σz=268519/1,24*10^-3=220МПа.

Для заданных исходных данных мною был произведён выбор и расчёт электромеханического оборудования. Расчёты на прочность и долговечность основных элементов центробежного насоса подтвердили правильность выбора.

8. Описание конструкции

Установка УЭЦН состоит из погружного насосного агрегата (электродвигатель с гидрозащитой и насос), кабельной линии (круглого и плоского кабеля с муфтой кабельного ввода), колонны насосно-компрессорных труб, оборудования устья скважины и наземного электрооборудования: трансформатора и станции управления (или комплексного устройства).

Погружной центробежный насос по принципу действия не отличается от обычных центробежных насосов, применяемых для перекачки жидкости. Отличие его в том, что он секционный, многоступенчатый, с малым диаметром рабочих ступеней – рабочих колес и направляющих аппаратов. В основном для нефтяной промышленности погружные насосы содержат от 130 до 415 ступеней.

Центробежный насос представляет собой простую гидравлическую машину, предназначенную для подъема и транспортирования по трубопроводу жидкости от одного места к другому. Насос состоит в основном из рабочего колеса с лопастями, направляющего аппарата, вала и корпуса.

Принцип действия насоса, с некоторым упрощением, можно представить себе следующим образом: жидкость, засасываемая через фильтр и всасывающий клапан, поступает по патрубку на лопасти вращающегося колеса, под действием которого она приобретает скорость и давление. Погружной насос имеет много ступеней и этот процесс повторяется в каждой ступени приобретая большую скорость и давление. Кинетическая энергия жидкости преобразуется в давление в спиральном канале. На выходе из насоса поток жидкости собирается и направляется в колонну насосно-компрессорных труб.

На валу насоса закреплены ступени рабочих колес, а в корпусе зажаты ступени направляющих аппаратов, согласно изобретению между ступенями рабочих колес установлены промежуточные втулки, а направляющие аппараты и рабочие колеса изготовлены из керамического материала.

В корпусе между направляющими аппаратами целесообразно устанавливать металлические промежуточные втулки, при этом длина корпусной промежуточной втулки между контактными поверхностями равна длине между контактными поверхностями промежуточной втулки, установленной на валу. Предпочтительно корпусная промежуточная металлическая втулка выполнена в виде элемента, недеформируемого в аксиальном направлении и обладающего гибкостью в поперечном направлении, промежуточная металлическая втулка рабочего колеса содержит с одной стороны выступы, при этом керамическое рабочее колесо имеет соответствующие пазы со стороны втулки и аксиальный паз округлой формы, проходящий по всему внутреннему диаметру рабочего колеса. В предпочтительном варианте реализации выступы промежуточной втулки рабочего колеса обладают гибкостью при приложении крутящего момента. Для повышения продолжительности работы погружного насоса металлическая промежуточная втулка рабочего колеса может иметь внешний слой, изготовленный из устойчивого к абразивному воздействию материала. Также между соприкасающимися поверхностями ступеней может быть расположен слой демпфирующего материала, обычно эластомерного полимера. Между пакетом направляющих аппаратов и головкой может быть установлена деформируемая втулка, обладающая высокой жесткостью в аксиальном направлении, при этом другая деформируемая втулка, аналогичная по конструктивному исполнению и свойствам, но с меньшими размерами, установлена между гайкой вала и пакетом рабочих колес.