15 Розрахунок підйомника

15.1 Визначення навантаження на гак

Залежно від глибини свердловини навантаження на гак при глибинно-насосній експлуатації характеризується наступ-ним чином:

- при підйомі труб:

- при підйомі труб з рідиною:

- при підйомі штанг:

При підйомі труб і штанг у випадку заклинювання плунжера в циліндрі глибинного насоса:

де - довжина труб та штанг відповідно;

- діаметр труб та штанг;

- висота стовпа рідини.

15.2 Швидкості підйому і спуску колони труб і штанг.

Вибір оптимальних швидкостей підйому

Підйом колони із свердловини або її спуск виконується з допомогою підйомної установки. Час підйому колони визначається швидкістю, а значить потужністю приводу підйомника.

Використання потужності двигуна підйомника має ту особливість, що по мірі підйому і свердловини труб або штанг навантаження на гак падає і навантаження на двигун при постійній швидкості зменшується.

На рис. 15.1 представлена діаграма зміни навантаження в часі для двигуна, який має одну швидкість підйому при постійному числі обертів вала. В цьому випадку корисна потужність двигуна падає пропорційно часу підйому від повної потужності двигуна (N_о) на початку підйому до нульової потужності в кінці її.

Повна робота двигуна за весь період підйому

,

де - N – потужність, t- час.

Середня ступінь завантаженості двигуна буде характеризуватись відношенням

Для підйомника з однією швидкістю підйому вантажу

К = 0,5.

Рисунок 15.1 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при одній швидкості підйому

,

Для підйомника з однією швидкістю підйому вантажу

К = 0,5.

Ступінь використання потужності буде збільшуватись із збільшенням числа швидкостей.

Для двигуна з двома швидкостями вантаж на першій швидкості буде підніматись лише до моменту, коли навантаження на підйомний канат впаде до величини Q₂, яке визначається:

,

де - V₂ – друга швидкість.

Далі вантаж буде підніматись на другій швидкості.

Із рисунка 15.2 видно, що ступінь використання потужності К в цьому випадку буде вище 0,5.

Рисунок 15.2 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при двох швидкостях підйому

Слід відмітити, що К залежить не тільки від числа швидкостей, але і від співвідношення між ними.

Введення другої швидкості не дало б суттєвого виграшу при використанні потужності, якщо б друга швидкість була вибрана близько до першої або перевищувала її на багато раз.

Рисунок 15.3 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при двох швидкостях підйому

Очевидно, що для кожного числа швидкостей існує найвигідніше співвідношення між їх величинами, при яких коефіцієнт К досягає max.

Загальна тривалість підйому буде найменшою.

Для двошвидкісного підйомника

V₂=2V₁.

Для тришвидкісного

.

Для двошвидкісного підйомника:

К_max = 0,667

Для тришвидкісного підйомника:

К_max = 0,785

Діаграма для тришвидкісного підйомника має такий вигляд:

Рисунок 15.4 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при трьох швидкостях підйому

Загальний вираз найвигідніших співвідношень швидкостей і досягнутого ступеня використання потужності для підйомника з числом швидкостей n

; ; ; = .

.

Але збільшення числа швидкостей підйомника більше 5 -6 не доцільно, так як незначні переваги ускладнюють конструкцію і керування.

Maксимальна швидкість підйому гака для талевих систем в/п 10-15 т дорівнює 1,5-2 м/с.

Для талевих систем в/п 75 т 1,25-1,3 м/с.

Знаючи співвідношення швидкостей і вибрану найвищу із них можна визначити всі інші.