4. Расчет бурового насоса
Расчет гидравлической коробки насоса на прочность. Коробку и ее элементы рассчитывают на статическую и усталостную прочности. Расчеты на статическую прочность ведут по усилиям, возникающим под действием испытательного давления, принимаемого в 1,5 раза больше максимального рабочего давления. Расчеты на усталостную прочность ведут по величине переменных напряжений при пульсирующем цикле нагружения.
Задачей расчета является определение толщины стенки гидравлической коробки, возникающих в ней напряжений и коэффициента запаса по величине допускаемых напряжений материала гидравлической коробки. Расчет крышки гидравлической коробки заключается в определении напряжений, возникающих в ней под действием внутреннего давления, и коэффициента запаса по пределу выносливости материала крышки. Для этого предварительно следует определить основные параметры бурового насоса. Исходные данные и величины, необходимые для расчетов приведены в табл. 2, 3, 4, 5, 6.
Таблица 2
Исходные данные для расчета основных параметров бурового насоса.
Наименование величины |
Размерность |
Условные обозначения в формулах |
Численное значение величины |
Конечная глубина бурения |
м |
LK |
6000 |
Шаг изменения глубины бурения |
м |
L |
1000 |
КПД: |
|
||
подшипников трансмиссионного вала |
- |
1 |
0,98 |
подшипников коренного вала |
- |
2 |
0,98 |
зубчатого зацепления |
- |
3 |
0,97 |
мотылевых подшипников |
- |
4 |
0,97 |
крейцкопфа |
- |
5 |
0,96 |
поршня и штока |
- |
6 |
0,93 |
Коэффициент подачи насоса |
- |
0 |
0,9 |
Диаметр цилиндровой втулки насоса |
м |
D2 |
0,11-0,2 |
Длина хода поршня трехцилиндрового насоса |
м |
S3 |
0,3 |
Таблица 3
Подача и давление серийных насосов в зависимости от диаметра цилиндровой втулки
Диаметр втулки |
Подача, л/с |
Давление, МПа |
||||
У8-6МА2 |
У8-7МА2 |
УНБ-1250 |
У8-6МА2 |
У8-7МА2 |
УНБ-1250 |
|
130 |
18,9 |
- |
|
25,0 |
_ |
_ |
140 |
22,7 |
22,3 |
- |
22,3 |
32,0 |
_ |
150 |
26,7 |
26,3 |
26,7 |
19,0 |
27,2 |
40,0 |
160 |
31,0 |
30,5 |
31,1 |
16,3 |
23,4 |
35,0 |
170 |
35,5 |
35,0 |
35,7 |
14,3 |
20,4 |
30,5 |
180 |
40,4 |
39,8 |
40,7 |
12,5 |
18,0 |
26,5 |
190 |
45,5 |
44,8 |
45,4 |
11,1 |
15,9 |
23,6 |
200 |
50,9 |
50,2 |
51,4 |
10,0 |
14,2 |
21,0 |
Таблица 4
Исходные данные для расчета на прочность гидравлической коробки насоса.
Наименование величины |
Размерность |
Условные обозначения в формулах |
Численное значение величины |
Конечная глубина бурения |
м |
LK |
5000 |
Свойства материала крышки: |
|
||
предел текучести |
мПа |
T |
270 480 600 |
предел прочности |
мПа |
B |
500 600 800 |
допускаемое напряжение |
мПа |
Z |
150 |
Радиус внутренней поверхности коробки |
м |
rВ |
0,115 |
Таблица 5
Условные обозначения.
Величина |
Единица измерения |
Наименование |
dШ |
м |
Диаметр штока насоса |
S2 |
м |
Длина хода поршня 2-х цилиндрового насоса |
Nr |
кВт |
Гидравлическая мощность насоса |
|
|
Число двойных ходов поршня: |
n3 |
1/мин |
2-х цилиндрового насоса |
n2 |
1/мин |
3-х цилиндрового насоса |
Qi2 |
м3/с |
Подача 2-х цилиндрового насоса |
Qi3 |
м3/с |
Подача 3-х цилиндрового насоса |
Pi2 |
мПа |
Давление 2-х цилиндрового насоса |
Pi3 |
мПа |
Давление 3-х цилиндрового насоса |
|
Диаметр цилиндровой втулки: |
|
D2i |
м |
2-х цилиндрового насоса |
D3i |
м |
3-х цилиндрового насоса |
NM |
кВт |
Приводная мощность насоса |
PMAX |
мПа |
Максимальное давление насоса |
|
- |
Общий КПД насоса |
Р |
мПа |
Расчетное давление |
Таблица 6
Выводимые параметры при расчете гидравлической коробки насоса
Наименование величины |
Размерность |
Условные обозначения в формулах |
Численное значение величины |
Радиус крышки коробки |
м |
R |
0,09 |
Коэффициент концентрации напряжений |
- |
K-1 |
1,5 |
Масштабный фактор |
- |
M |
0,6 |
Технологический фактор |
- |
T |
0,8 |
Шаг изменения допускаемых напряжений |
мПа |
Z |
100 |
Прибавка на коррозию |
м |
C |
0,005 |
Допускаемый коэффициент запаса |
|
||
материала стенки |
- |
[nT]C |
1,3 |
Материала крышки: |
|
||
по пределу текучести |
- |
[nT]K |
1,2…2,2 |
по пределу прочности |
- |
[nB]K |
1,5 |
по пределу выносливости |
- |
[nB] |
2,45…2,67 |