1. Штангалы ұңғымалық сорапты қондырғыны есептеу
Бұл бөлімде ШҰСҚ жабдықтарын таңдау кезінде «қарапайымнан күрделісіне қарай» қағидасы қолданылған. Алдымен А.Н.Адонин диаграммасымен анықталатын жабдықтарды графикалық таңдау әдісі келтіріледі, одан соң ШҰСҚ жұмысының режимдік параметрлерін анықтайтын аналитикалық әдістері көрсетіледі; қарапайым формулаларды қолдану арқылы жабдықтардың негізгі жұмыстық параметрлерін анықтайтын Муравьев И.М, Крылов А.Г және Оркин К.Г әдістері; содан кейін жабдықтарды нақты есептеулері үшін және штанга тізбегі мен құбырдың деформациясын, үйкеліс күші мен сұйықтың тұтқырлығын есепке алатын параметрлер режимінде А.Н.Адонин, А.С.Вирновский, Л.Г.Чичеров формулалары келтіріледі.
1.1. Шұсқ жабдықтарын таңдау мен сораптың жұмысының параметрлерін анықтау
Графикалық әдіс А.Н.Адониннің диаграммасын қолдануға негізделген [2]. Оны қолдану кезінде ұңғыма дебитін Q, м3/тәу және сораптың түсіру тереңдігін L, м білу қажет. Тербелмелі-станоктың типтік өлшемі мен сорап плунжерінің диаметрін А.Н.Адонин диаграммасымен дебит проекциясы мен сораптың түсіру тереңдігінің қиылысу нүктесі арқылы анықталады. Сораптың типі түсіру тереңдігі мен өндірілетін сұйықтың параметріне қатысты табылады. Түсіру тереңдігі 1200 м-ден асса және өндірілетін сұйықта абразивті бөлшектердің көрсеткіші көлемді болғанда (1,5 г/л-ден жоғары) қондырмалы сораптарды қолдану қажет.
Сораптық құбырлардың диаметрін таңдағанда сораптың өлшемі мен типін ескеру қажет. Қондырмалы сораптарды қолдану кезінде СКҚ диаметрі плунжердің диаметрінен 28-32 мм-ге үлкен болуы шарт. Қондырмасыз (құбырлы) сораптарды қолданғанда мұндай көрсеткіш 14-18 мм-ден аспауы қажет.
Штангалы сорап диаметрі мен болаттың беріктік топтарын келтірілген кернеуді кейінгі тексеру есебінде 1.1, 1.2, 1.3 - кестелері бойынша таңдайды. Ілу тереңдігі 1200 м-ден жоғары кезінде штанганың сатылы тізбегін қолдану керек. Көміртекті штанганы (болат 40У) екісатылы тізбегінде бейімділік ретінде штанганың жоғарғы сатысының пайыздық ұзындығын плунжер диаметріне тең етіп алуға болады [27].
Сорап жұмысының режимдік параметрін жуықтап айқындау үшін штанга ілмесінің жүру нүктесінің максималды ұзындығын алу және тербелудің қажетті санын төмендегідей анықтау керек:
n=nmaxQн/Qmax, (1.1)
мұнда nmax-тербелмелі станоктың сипаттамасы бойынша оның максималды тербелу саны; Qн-ұңғыманың нақты дебиті; Qmax –максималды параметр кезіндегі (А.Н.Адонин диаграммасынан анықталады) сораптың максималды өнімділігі.
Сорап жұмысының режимдік параметрін нақтылау анықтау үшін аналитикалық әдістерді қолданады.
Бірінші әдісті Муравьев И.М және Крылов А.Г ұсынған, одан соң Оркин К.Г ары қарай дамытқан [19]. Ол қабылданған тербелмелі-станоктың плунжерінің диаметрін D, тегістелген шток қадамының ұзындығын S және тербелу санын n анықтау үшін пайдаланылады. (Ары қарай тербелмелі-станок типі D, S, n параметрлерін және теңестіргіштің басына түсетін күш мөлшерінің анықталуынан кейін өзгеруі мүмкін).
1.1 кесте
Көміртекті штанганың ұсынылған түсіру тереңдіктері
(σкр=70 МПа)
Сорап диаметрі, мм |
28 |
32 |
38 |
43 |
56 |
68 |
93 |
Штанга диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 1150 1020 860 720 - - - 19 1300 1170 1000 860 650 - - 22 - - - - 790 590 380* 25 - - - - - - 470 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен алғанда) мм 19 34 38 45 55 - - - 16 66 62 55 45 - - - Түсу тереңдігі L, 1480 1310 1100 920* - - - м Штанга диаметрі, мм 22 28 31 36 42 55 - - 19 72 69 64 58 45 - - Түсу тереңдігі L, 1620 1460 1260 1060 320 - - м Штанга диаметрі, мм 25 - - - - 42 56 - 22 - - - - 58 44 - Түсу тереңдігі L, - - - - 960* 720 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 22 26 29 - - - - - 19 28 32 - - - - - 16 46 39 - - - - - Түсу тереңдігі L, 1760 1570 - - - - - м Штанга диаметрі, мм 25 - - 27 33 - - - 22 - - 30 35 - - - 19 - - 43 32 - - - Түсу тереңдігі L, - - 1490 1270 - - - м |
|||||||
* Жұлдызшамен белгіленген штангалардың ұзындығын тек келесі есептеулерге тәжірибелік түрде қабылдауға болады.
1.2 кесте
20XH қалыптанған болаттан (σш=90 МПа) жасалған штангалы сораптың ұсынылған түсіру тереңдіктері
Сорап диаметрі, мм |
28 |
32 |
38 |
43 |
56 |
68 |
93 |
Штанг диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 - - - - - - - 19 - - - - - - - 22 - - - - 1000* 760 490 25 - - - - - - 610 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 19 35 39 46 55 - - - 16 65 61 54 45 - - - Түсу тереңдігі L, 1890* 1680* 1410* 1180* - - - м Штанга диаметрі мм 22 28 30 35 41 54 - - 19 72 70 65 59 46 - - Түсу тереңдігі L, 2080 1870 1610 1370 1050 - - м Штанга диаметрі мм 25 - - 28 32 40 55 - 22 - - 72 68 60 45 - Түсу тереңдігі L, - - 1810* 1570* 1230* 910 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 22 25 28 - - - - - 19 28 32 - - - - - 16 47 40 - - - - - Түсу тереңдігі L, 2270* 2010* - - - - - м Штанга диаметрі, мм 25 20 23 26 31 - - - 22 23 26 30 45 - - - 19 57 51 44 34 - - - Түсу тереңдігі L, 2450* 2200* 1900 1620* - - - м |
|||||||
*-Штангалардың ұзындықтарын келесі есептеулерге тәжірибе түрінде қабылдауға болады
1.3 кесте
Штангалары 15 НМ сорбиттелген болаттан (σш=110 МПа)
жасалған сораптардың ұсынылған түсіру тереңдіктері
Сорап диаметрі, мм |
28 |
32 |
38 |
43 |
56 |
68 |
93 |
Штанга диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 1970 1600 1340 1120 - - - 19 2050 1830 1580 1350 1020 750 470 22 - - - - - - 600 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің сатыларының ұзындығы (%-бен) мм 19 35 39 46 55 - - - 16 65 61 54 45 - - - Түсу тереңдігі L, 2300 2060 1730 1450 - - - м Штанга диаметрі мм 22 27 30 35 41 54 74 - 19* 73 70 65 59 46 26 - Түсу тереңдігі L, 2550 2280 1970 1690 1280 935 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің сатыларының ұзындығы (%-бен) мм 22 25 28 33 40 - - - 19 29 32 39 46 - - - 16 46 40 28 14 - - - Түсу тереңдігі L, 2750 2460 2070 1740 - - - м
|
|||||||
Сорап жұмысының оңтайлы (оптималды) режимін таңдағанда штангада минималды кернеу алуды көздейді және теңестіргіштің басына түсетін жүктеме де минималды мәнге ие болады.
Штангада
минималды кернеуді алу үшін сорап
жұмысының негізгі параметрлері (беріліс
коэффициенті
=0,7
және мұнайдың тығыздығы ρ=900
кг/м3)
өзара келесі тәуелділікке сәйкес
анықталады:
;
(1.2)
Fпл=0,25
,
(1.3)
мұнда qорт-екісатылы штанганың 1м ұзындығының орташа массасы; n- плунжердің бір минуттағы жүріс саны. Ғпл-плунжер қимасының ауданы.
Оңтайлы режимді таңдау үшін алдымен қабылданған тербелмелі-станок типінің мүмкін болатын S көрсеткіші беріледі де (1.2) формуласы бойынша соған сәйкес n көрсеткішін табады.
Одан әрі қабылданған S көрсеткіші мен алынған n көрсеткіштері үшін плунжер қимасының ауданы сорап өнімділігінің формуласынан анықталады, см2 :
Fпл=Q/(S·n), (1.4)
мұнда Q-сораптың өнімділігі, м3/тәул; S-сальникті штоктың жүрісінің ұзындығы, м.
Осыдан
Dпл=
Содан кейін стандартты n көрсеткіштері беріледі де, (1.3) формуласымен соған сәйкес Fпл мәнін, ал (1.4) формуласымен S мәнін анықтайды.
Тербелмелі-станоктың S және n қабылданған жұмыс ауданына кіретін барлық режимдер үшін, теңестіргіш басына түсетін жүктеме анықталады.
[27] статикалық теория бойынша максималды күштеме:
Pmax= FплρcLg + qортLg[b+Sn2/1440], (1.5)
мұнда L-сорапты түсіру тереңдігі, м; b=(ρш –ρс)/ρш –сұйықтағы штанга салмағын жеңілдету коэффициенті; ρш, ρс-сәйкесінше штанганың материалы мен сұйықтың тығыздықтары; Sn2/1440-инерциялы жүктеме факторы; g-еркін түсу үдеуі.
Штанганың бастапқы төмен жүрісі кезіндегі минималды жүктеме:
Pmin= qортLg[b-Sn2/1440]. (1.6)
Содан кейін теңестіргіш басындағы Pmax жүктемесі аз болатындай режим таңдалады және штангадағы максималды және минималды кернеулер анықталады:
σmax=Pmax/fш; (1.7)
σmin=Pmin/fш,
мұнда fш-штанганың көлденең қимасының ауданы.
Штанга материалын таңдау үшін σш мәнін [24] анықтайды:
σш=
,
(1.8)
мұнда
σа=
- ассиметриялық циклдегі кернеудің
амплитудалық мәні.
σмүм.ш ≥σш болатындай 1.4 кестесінен штангаға сәйкес материал таңдалады.
1.4 кесте
Штанга материалының механикалық сипаттамалары
Болат маркасы |
Ағу шегі, МПа |
Бринель бойынша қаттылық, НВ |
Шақ-тама σш, МПа |
Сорап диаметрі, м |
Штангаларды өңдеудің түрі |
Пайдалану шарты |
40
|
320 217 |
70 28 – 95 120 28 – 43 100 55 – 95 |
Нормальдау ЖЖТ-пен нормальдау |
Коррозиялы емес |
||
20Н2М |
390 200
|
90 28 – 95 60 -«-
130 28 – 43 110 55 – 95 100 28 – 95 |
Нормальдау -«-
ЖЖТ-пен нормальдау |
Коррозиялы емес
-«- |
||
520 260 |
100 28- 95 70 -«- |
Көлемдік шынықтыру |
Коррозиялы емес |
|||
15Х2НМФ |
630 255 |
100 28 – 95 90 -«- |
Көлемдік шынықтыру |
Коррозиялы емес |
||
Одан кейін штанганың беріктік қорының коэффициентін анықтайды:
η=σa/ σmax, (1.9)
мұнда σа-штанга материалының ағу шегі.
Есептеу бойынша алынған D және n параметрлері стандартты емес болуы мүмкін. Сондықтан берілген дебит бойынша плунжердің стандартты диаметрін пайдалану кезіндегі тербеліс саны анықталады [27]:
n=neDe/Dcт, (1.10)
мұнда ne –тербелістің есептік саны; De –плунжердің есептік диаметрі; Dст-плунжердің стандартты диаметрі.
Егер n стандартты емес болса, стандартқа жағын мәнді немесе қажетті диаметрдегі электроқозғалтқыштың шкивін жасау керек:
dэқ=n·dp·i/nэл, (1.11)
мұнда n-бір минуттағы тербеліс саны; dр-редуктор шкивінің диаметрі; і-редуктордың беріліс саны; nэқ-электрқозғалтқыш білігінің айналу жиілігі, мин-1.