35. Умови роботи, діючі навантаження та особливості розрахунку насосних штанг в комплекті обладнання установки гвинтових штангових насосів.
В установках ГШН використовуються насосні штанги, які застосовуються і ШСНУ, але умови роботи штангової колони, яка приводить в обертання ротор гвинтів суттєво відрізняється від умов роботи в складі ШСНУ. На відміну від ШСНУ пружна колона штанг ГШНУ піддається дії не тільки повздовжніх деформацій за рахунок власної ваги і гідравлічного навантаження, але і деформації кручення.
Кут закручування верхнього перерізу штангової колони залежить від крутного моменту, довжини колони штанг, модуля зсуву матеріалу штанг і полярного моменту.
φ = Kφ∙M∙L/G∙Іp,
де Kφ – коефіцієнт, який враховує відхилення осі свердловини від вертикалі і тертя штанг в центраторах (5 – 10), якщо не враховувати тертя і вертикальність свердловини, то Kφ=1;
М – крутний момент насоса (в нижньому перерізі штанг);
L – довжина колони штанг;
G – модуль зсуву матеріалу штанг, G = 0,8 – 105 МПа;
Іp – полярний момент інерції перерізу, Іp = πd4/32;
d – діаметр штанг.
Верхній переріз колони штанг на початок роботи ГШНУ зазнає попередньої деформації кручення (10 – 30 обертів на всю довжину колони штанг) і знаходиться в пружно-деформованому стані, що обумовлює необхідність оснащення приводу ГШНУ гальмівним пристроєм та підвищені вимоги безпеки при демонтажі установки чи при підйомі устьового штока.
Деформація розтягу колон штанг і НКТ після виведення насоса на робочий режим враховується при початковому встановленні ротора відносно статора при монтажі установки. Розрахунок деформації колони НКТ та штанг ведеться аналогічно до розрахунку для відповідних елементів ШСНУ.
Розрахунок колони штанг на статичну міцність може вестися з метою:
- визначення необхідного діаметра d чи границі плинності σу матеріалу штанг;
- визначення коефіцієнта запасу міцності в заданих умовах експлуатації насоса;
- визначення граничної глибини спуску насоса.
Умова статичної міцності має вигляд:
де σекв – еквівалентні напруження в перерізі штанги;
σ – сумарні нормальні напруження.
Допустимий коефіцієнт запасу міцності при розрахунку колони штанг приймається рівним 1,3-1,5.
36. Типи та конструкції приводів гвинтових штангових насосів.
Привод гвинтових штангових насосів може мати різне виконання. Найбільш часто використовується механічний привод з одноступінчастою клинопасовою трансмісією (рис.10.2). Такий привод має мінімальну вартість і масу, а для зміни частоти обертання колони штанг необхідно провести заміну шківів клинопасової передачі. Представлені на рис. 10.2, а,б схеми приводів із зубчастими редукторами мають менше поширення із-за необхідності з’єднання тихохідного вала редуктора з устьовим штоком, що приводить до ускладнення підгонки довжини колони штанг. Крім того, зміна частоти обертання привода можлива тільки за рахунок зміни швидкості обертання вала електродвигуна.
а) із планетарною трансмісією; б) із зубчастою трансмісією;
в) із клинопасовою трансмісією 1 – електродвигун; 2 – планетарний редуктор; 3 – муфтове з’єднання вала привода і устьового штока; 4 – корпус ущільнення устьового штока
Рисунок 10.2 - Схеми приводів гвинтового штангового насоса
Конструктивна схема привода з клинопасовою трансмісією і вертикальним розміщенням вала приводного електродвигуна показана на рис. 10.3
1–захоплювач устьового штока; 2–ведений шків клинопасової передачі; 3–корпус; 4–основний підшипник; 5–гальмівний пристрій; 6–устьовий шток; 7–ущільнення полірованого штока
Рисунок 10.3 - Конструктивна схема привода гвинтового штангового насоса
Подача насоса визначається за формулою
Q=V∙n∙,
де - об’ємний ККД насоса;
V – робочий об’єм насоса.
V=S∙T∙Z,
де Z – кількість заходів ротора;
S – площа перерізу робочих органів.
S=4∙e∙d,
де е – ексцентриситет гвинта;
d – діаметр перерізу гвинта насоса.
В Росії створені насоси декількох параметричних рядів: (Q = 1 – 100 м3/добу):
серії при діаметральному габариті 42 – 89 мм
серії при діаметральному габариті 90 – 106 мм.