2.Расчетная часть

2.1.Вычисление периода одного двойного хода насоса

Объем жидкости, подаваемой при ходе поршня вверх, равен (F-f_ш) S и объем жидкости, подаваемой при ходе поршня вниз, также равен (F-f_ш) S. Следовательно, объем жидкости, подаваемой за один оборот кривошипного вала качалки (за один двойной ход) будет равен:

, (1)

где F – площадь поршня, ; f_ш – площадь штока (по наружному диаметру), ; (F-f_ш) – полезная площадь поршня; S – ход поршня. На основании значения наружного диаметра насоса, который равен 150 мм, и конструктивных соображений, принимаем D₁=138 мм – диаметр поршня; S=250 мм; d_ш=45 мм – диаметр штока.

(2)

(3)

Дебит скважины вычисляется по следующей формуле:

, (4)

где n – число двойных ходов насоса, об/мин. Заданная производительность насоса равна:

Такая производительность насоса учитывает работу насоса 24 часа в сутки. Тогда число двойных ходов насоса с учетом формулы (1) при заданном дебите вычисляется следующим образом:

Исходя из последнего выражения, можно найти период одного двойного хода насоса:

Т=60/n=60/3=20 сек. (5)

Если учесть, что насос работает не 24 часа, а 6 часов в сутки, то тогда время, совершения одного двойного хода, уменьшится в 4 раза, т.е. станет равным 5 секундам.

2.2.Расчет привода штангового насоса двойного действия

При отсутствии противовеса при ходе поршня вверх совершается работа на подъем воды и штанг:

(6)

где p – вес столба поднимаемой жидкости, q – вес колонны штанг.

Работа при ходе поршня вниз:

(7)

Полезная работа за один двойной ход вычисляется по формуле:

(8)

Вес столба жидкости можно вычислить по следующей формуле:

(9)

где Н – высота уровня излива жидкости над динамическим уровнем скважины, Н=30 м (задано в исходных данных); γ_ж – удельный вес жидкости. В итоге полезную работу можно вычислить по формуле следующего вида:

Таким образом, зная полезную работу, которая совершается на подъем воды и штанг, и время одного двойного хода, можно вычислить необходимую мощность двигателя насоса:

(10)

Если насос работает 6 часов в сутки, то мощность будет равна:

(11)

Вследствие учета потерь мощности, вызванных трением в зацеплении и в подшипниках привода, а также необходимым запасом мощности при увеличении производительности, повышаем мощность до 1 кВт.

На основании полученного значения мощности выбираем асинхронный электродвигатель типа 4А80В6УЗ с характеристиками:

• мощность – 1,1 кВт;

• синхронная частота вращения – 1000 об/мин.

Далее рассчитываем передаточное отношение редуктора:

(12)

где n₁ – частота вращения на входном вале редуктора, n₂ – частота вращения на выходном вале редуктора. Применяя формулу (12), получим следующее передаточное число:

Исходя из полученного передаточного числа и частоты вращения на выходе редуктора, выбираем планетарный редуктор 3П-50 со следующими параметрами:

• передаточное число - 4÷400;

• частота вращения выходного вала – 3,55÷280.

Небольшое отклонение найденной частоты вращения от частоты вращения выходного вала редуктора допустимо, если учесть то, что насос работает меньше 24 часов в сутки.