Содержание

Введение 2

1. Общие сведения о штанговых насосах двойного действия 3

2.Расчетная часть 6

2.1.Вычисление периода одного двойного хода насоса 6

2.2.Расчет привода штангового насоса двойного действия 7

2.3. Противовес 8

2.4. Проверка колонны штанг на прочность 9

В колонне штанг в точке подвеса действуют как статические силы, так и инерционные силы и силы трения (трения поршня о цилиндр и штанг о насосные трубы). Силы трения можно не учитывать при малой кривизне скважины и исправном насосе, но они могут быть велики в искривленной скважине. 9

(24) 10

С учетом, что ω=πn/30, получаем следующее выражение: 10

(26) 10

Полное усилие в точке подвеса штанг при ходе поршня вверх и вниз будет равно соответственно: 10

(28) 10

где – статическая сила при ходе поршня вверх; – статическая сила при ходе поршня вниз. 10

После определения полного усилия рассчитываем максимальное и минимальное напряжения в теле штанги за цикл нагружения: 11

11

Заключение 12

Список литературы 13

2. Юшков А.С., Пилипец В.И. Геологоразведочное бурение: Учебное пособие.-Донецк: Норд-Пресс, 2004. 13

Введение

Выбор типа водоподъемника нормативными документами не регламентируется, а зависит от конкретных условий его эксплуатации и технологии проведения откачек.

Диапазон применяемых водоподъемных средств достаточно широк. Применяют поверхностные и погружные (глубинные артезианские) центробежные насосы, эрлифты, водоструйные и штанговые погружные насосы. Для откачек воды применяются водоподъемники следующих типов:

1 – насосы и двигатели, устанавливаемые вне самой скважины (обычно поршневые и центробежные);

2 – насосы, устанавливаемые внутри скважины с двигателями на поверхности (штанговые насосы, эрлифты);

3 – насосы и двигатели, устанавливаемые внутри скважины (винтовые и электроцентробежные погружные насосы).

Основным определяющим фактором выбора насосов является положение динамического уровня в скважине, и по этому признаку насосы делят на насосы для неглубоких динамических уровней (насосы 1-го типа) и насосы для глубоких динамических уровней (насосы 2-го и 3-го типов).

Выбор подъемника зависит прежде всего от глубины уровня воды в скважине, расхода воды в ней, диаметра рабочей колонны, а также от имеющегося технического оборудования.

В данном курсовом проекте речь пойдет о штанговых насосах, которые часто применяют в качестве водоподъемников для гидрогеологических исследований скважин и их эксплуатации. Недостатками, ограничивающими широкое применение штанговых насосов, является необходимость оборудования скважин качалками, имеющими значительные габариты и массу. Однако в некоторых условиях, где эти или другие факторы не имеют большого значения, установка штанговых насосов является целесообразной.

1. Общие сведения о штанговых насосах двойного действия

Штанговые насосы служат для откачки воды из скважин с небольшим (до нескольких кубических метров в час) дебитом при геологоразведочных работах. Они позволяют откачивать чистую и загрязненную жидкость с различных глубин.

Насос (рис.1) приводится в действие от балансира-качалки с кривошипно-шатунным механизмом. Насосный цилиндр опускается в скважину на колонне водоподъемных труб. Цилиндр опускается ниже динамического уровня воды, соответствующему потребному дебиту. Насосы этого типа состоят из четырех основных частей:

• насосного цилиндра;

• колонны водоподъемных труб;

• комплекта штанг;

• наземного ручного или машинного привода механизма.

Штанговые насосы бывают простого и двойного действия. Насос двойного действия обладает по сравнению со штанговыми насосами простого действия почти в 2 раза большей производительностью, более равномерной подачей жидкости и меньшей неуравновешенностью системы.

Ш танги насоса двойного действия при опускании работают на сжатие. Во избежание их прогиба на штанги ставят направляющие ролики. Из недостатков штанговых насосов можно выделить то, что они имеют небольшую производительность (до 12—18 м³/ч) и ограниченную высоту подъема воды. При подъеме воды более чем на 50 м они работают уже с большим напряжением и часто выходят из строя. Кроме того, кожаные или резиновые манжеты поршня насоса при интенсивной работе быстро срабатываются, и их приходится менять, также возможны обрывы штанг. Поэтому штанги, поршень, клапаны и манжеты насоса нуждаются в систематических осмотрах. При износе этих частей их ремонтируют или заменяют.

М

Рис.1. Штанговый насос двойного действия

1 – подвесные насосные трубы; 2 – штанги с приводным механизмом; 3 – насосный цилиндр

еханизм штанговых насосов хотя и простой, но громоздкий. Для некоторых насосов этого типа нужен приямок в устье скважины, который обычно заполняется водой, поступающей из сальника, находящегося в оголовке водоподъемной трубы. В эксплуатации штанговые насосы ненадежны; кроме того, при их работе — возможно загрязнение воды. Для проектируемых скважин на воду эти насосы в основном используются как временные водоподъемные устройства, в дальнейшем подлежащие замене.

Режим работы штанговых насосов устанавливают в зависимости от глубины динамического уровня воды в скважине.

Д ля неглубоких скважин величина хода поршня обычно принимается равной 250…300 мм при 35…40 двойных ходов в минуту. Для более глубоких скважин (40…50 м) ход поршня доводят до 400-600 мм, а число двойных ходов снижают до 30. Насосы, качающие жидкость с глубоких уровней, имеют ход до 1500 м, а число двойных ходов не выше 10…20 в минуту.

Ход поршня с увеличением глубины скважины необходимо увеличивать потому, что при малом ходе поршня резко снижается коэффициент наполнения насоса вследствие значительного удлинения колонны штанг.

Штанговые насосы двойного действия применяются двух типов:

1. с двумя колоннами штанг;

2. с одной колонной штанг.

Рассмотрим устройство насосных цилиндров с одной колонной штанг, действующих по следующей схеме, рис.2.

Ш

Рис.2. Штанговый насос двойного действия

танговый насос двойного действия состоит из поршня 1, переходящий в нижней части в трубчатый шток 11, по которому жидкость может попадать в полость А насоса через нагнетательно-всасывающие клапаны 2. Поршень также имеет каналы, по которым жидкость может поступать из полости Б, полый шток 8, нагнетательно-всасывающий клапан 7 и отверстия в штоке 6 в полость В. В состав насоса также входят насосный цилиндр 9 со всасывающими клапанами 10 и нагнетательными клапанами 3, навинчиваемый на насосные трубы 5, и штанги 4.

Насос действует следующим образом. При ходе поршня вверх жидкость из полости А вытесняется через нагнетательные клапаны 3 в полость В, выталкивая столб жидкости из насосных труб на поверхность. Клапан 7 в этом случае закрывается, не пропуская жидкость в нижнюю часть полого штока 8. Одновременно происходит всасывание жидкости из скважинного пространства через всасывающие клапаны 10 в полость насосного цилиндра Б.

При ходе поршня вниз жидкость вытесняется из полости Б через каналы поршня и клапан 7 в полость В, выталкивая на поверхность столб жидкости, находящейся в насосных трубах. Клапан 7 действует при этом как нагнетательный, пропуская жидкость в верхнюю полую часть штока 8 и далее через отверстие 6 в полость В. В то же время в полости А происходит разрежение, нагнетательные клапаны 3 закрываются, а нагнетательно-всасывающие 2 открываются, пропуская жидкость из скважинного пространства через трубчатый шток в увеличивающуюся полость А. Таким образом, насос работает по схеме двойного действия, нагнетая и всасывая жидкость как при прямом, так и при обратном ходах поршня.

В данной работе необходимо задаться, на основании исходных данных и конструктивных соображений, геометрическими параметрами насоса; выбрать размер буровых штанг и их материал; определить работу, действующую в точке подвеса штанг к балансиру, и уравновешивающего приспособления – веса противовеса; вычислить период одного двойного хода насоса. Для того чтобы подобрать двигатель и редуктор данного водоподъемного устройства, необходимо определить требуемую мощность привода насоса для исходных и заданных параметров. Кроме этого необходимо проверить колонну штанг на усталостную прочность.