5.4.6 Сили, що діють на вузли верстата-качалки

Основними зовнішніми зусиллями, що діють на верстат-качалку є навантаження в точці підвіску штанг і реакції опор качалки. При розрахунку верстата-качалки вітровими навантаженнями нехтують.

На вузли верстата-качалки діють різні зусилля.

На балансир (головку балансира і тіло балансира) діють:

- сила, що діє в точці підвісу штанг;

- сила, що діє уздовж шатунів, прикладена в опорі траверси;

- сила тяжіння противаги;

- реакція опори балансира.

Ці сили не завжди перпендикулярні до балансира і створюють зусилля, що діють уздовж нього. Оскільки не всі горизонтальні сили прикладені по осі, то виникають моменти сил, що діють на балансир.

На траверсу діють зусилля від шатунів і реакція в місці кріплення траверси до балансира.

На шатун діє зусилля розтягування або стиснення.

Ослаблення кріплення пальця в кривошипі може збільшити силу удару при від’ємних тангенціальних зусиллях і викликати згин в нижній головці шатуна. Поломка в місці кріплення головки шатуна до шатуна - часте явище, викликане не тільки змінними осьовими навантаженнями, але і зусиллями згину.

На кривошип діє половина тангенціального зусилля на пальці кривошипа, яке було розраховане раніше. Воно створює стиск або розтяг, згин і кручення кривошипа.

На кривошипний вал редуктора діють зусилля від шатунів, вага противаг і кривошипів, крутний момент, колові зусилля від зубчастого колеса і реакції опор.

На стійку діють зусилля в опорі кривошипа і реакції в опорах стійки.

Всі ці зусилля змінні. Самі розрахунки на міцність проводять згідно положень, відомих з курсів «Опір матеріалів» і «Деталі машин».

Контрольні запитання

1 Які навантаження діють в точці підвісу штанг під час експлуатації?

2 Яка природа виникнення пружних деформацій насосних штанг і НКТ?

3 Приведіть формули для визначення пружних деформацій насосних штанг і труб.

4 Охарактеризуйте умови роботи та головні завдання розрахунків верстатів-качалок.

5 Які методи зрівноваження ВК Ви знаєте?

6 В яких випадках застосовують балансирне зрівноваження ВК?

7 В яких випадках застосовують комбіноване зрівноваження ВК?

8 В яких випадках застосовують кривошипне зрівноваження ВК?

9 Приведіть формули для визначення ваги вантажів та місця їх розташування при різних способах зрівноваження ВК.

10 За якими формулами визначаються тангенціальні зусилля на пальці кривошипа ВК.

11 Зарисуйте графіки зміни тангенціальних зусиль за повний оберт кривошипа.

12 Опишіть методику вибору способу зрівноваження ВК.

13 Як проводять до зрівноваження ВК?

14 Приведіть залежності для визначення споживаної потужності приводу ШСН.

15 Які сили діють на вузли та деталі ВК під час експлуатації?

5.5 Штангові свердловинні насоси

Штангові свердловинні насоси (ШСН) призначені для відкачування пластової рідини з обводненістю до 99 %, температурою до 130 ⁰С та вмістом сірководню не більше 0,1 % за об’ємом.

ШСН виготовляються різних конструктивних виконань. Загальною особливістю їхньої конструкції є те, що вони мають вертикальну плунжерну конструкцію з кульковими всмоктувальними і нагнітальними клапанами, циліндрами і плунжерами. Для ускладнених умов експлуатації (високий газовий фактор, наявність механічних домішок, високов`язка рідина) розроблені спеціальні насоси та пристрої (газові якорі, пісочні фільтри, тощо), якими комплектується насосна установка. Нестандартні види виконань ШСН, як правило, виготовляються за індивідуальними замовленнями і мають специфічне застосування. Для окремих типорозмірів насосів є багато варіантів і комбінації деталей.

Якщо насос і НКТ заповнені рідиною, то в момент, коли колона насосних штанг починає переміщатися вверх, нагнітальний клапан закривається.

При умові, що пластовий тиск більший від тиску в циліндрі, виникає перепад тисків, в результаті якого всмоктувальний клапан відкривається. При переміщенні плунжера вверх рідина, що знаходиться над плунжером, витісняється з циліндра, піднімається по колоні НКТ і подається в пункти збору продукції. Одночасно з процесом нагнітання рідина через відкритий всмоктувальний клапан заповнює циліндр.

Навантаження від ваги стовпа рідини, яка знаходиться в колоні НКТ, передаються на насосні штанги.

Коли плунжер досяг верхнього положення, циліндр насоса повністю або частково заповнюється рідиною. При переміщенні плунжера вниз нагнітальний клапан відкривається, всмоктувальний клапан під дією власної ваги і ваги стовпа рідини, що знаходиться над ним, закривається. Переміщаючись вниз устьовий шток занурюється в колону НКТ, яка заповнена рідиною, і витісняє відповідний йому об’єм у трубопроводі пункту збору. Навантаження від ваги рідини сприймається всмоктувальним клапаном і передається колоні НКТ.