5.5.8 Розрахунок параметрів шсн

При відомих діаметрі плунжера, довжині переміщення точки підвісу штанг та частоті подвійних ходів точки підвісу штанг теоретична секундна подача насоса Q_т визначається за формулою

Q_т = F ∙ S ∙ n, (5.90)

де F - площа поперечного перерізу плунжера;

, (5.91)

- діаметр плунжера;

S - довжина переміщення точки підвісу штанг;

n - частота подвійних ходів точки підвісу штанг.

Фактична подача Q_ф залежить від коефіцієнта подачі насоса:

, (5.92)

На величину коефіцієнта подачі впливає ряд суттєвих факторів, до яких відносяться наступні:

, (5.93)

де - коефіцієнт, який враховує зменшення подачі насоса за рахунок зменшення довжини переміщення плунжера в результаті пружних деформацій штанг і труб, які виникають при їх переміщенні;

, (5.94)

де - фактична довжина переміщення плунжера;

- коефіцієнт наповнення насоса.

З достатньою для практики точністю його величину можна визначити, як

, (5.95)

що обумовлює зменшення наповнення насоса рідиною в залежності від: наявності газу в рідині (η_г); втрат рідини в всмоктувальному клапані (η_вс.кл.); втрат рідини в нагнітальному клапані (η_наг.кл.) із-за перетоку її з порожнини нагнітального в порожнину всмоктувального клапана та втрат рідини в щілині плунжерної пари (η_пл).

Якщо розглядати гідромеханіку руху рідини стосовно нових насосів, в яких в результаті спеціальних випробовувань забезпечується надійна герметичність клапанів, то втратами рідини в клапанних парах можна знехтувати і прийняти :

і . (5.96)

Таким чином можна вважати, що величина коефіцієнта наповнення залежить від двох параметрів і визначається як відношення об’єму рідини, що відкачується насосом до об’єму насоса, що описується плунжером при його переміщенні:

, (5.97)

, (5.98)

де V - об’єм циліндра, не заповнений рідиною в зв’язку із заповненням його вільним газом, що виділився з рідини або заповнив циліндр разом з рідиною.

Шкідливий вплив вільного газу на роботу насоса можна попередити. Для цього при підборі насоса для заданих умов експлуатації задаються такою глибиною занурення його під динамічний рівень, де тиск на прийомі насоса перевищує тиск насичення парів газу. Тобто газ знаходиться у рідині в розчиненому стані. Крім цього для виділення вільного газу із газорідинних сумішей на прийомі насоса встановлюються газосепаратори та інші пристрої, за допомогою яких вільний газ не поступає у насос, а відводиться в міжтрубний простір. З цього витікає, що основним фактором, який визначає величину коефіцієнта наповнення, слід вважати втрати рідини V, що мають місце в кільцевій щілині між плунжером і циліндром.

Найбільші втрати в плунжерній парі виникають при переміщенні головки балансира вверх, коли нагнітальні клапани герметично закриті і тиск над плунжером максимальний. Сумарна величина втрат визначається як різниця між об’ємом рідини, що стікає вниз по кільцевій щілині між плунжером і циліндром під дією перепаду тиску на плунжер та об’ємом рідини, яка за рахунок молекулярних сил щеплення з матеріалом плунжера переміщається з ним вверх.

Величина втрат залежить від ряду факторів, основними з яких є: режим руху рідини (ламінарний або турбулентний); величина зазору між плунжером і циліндром, обумовлена групою посадки та форма розміщення плунжера стосовно осі циліндра.

Для нового насоса втрати рідини в залежності від режиму її руху рекомендується визначати за А.М. Пірвердяна:

- при ламінарному русі рідини :

; (5.99)

- при турбулентному русі рідини :

, (5.100)

де - зазор в плунжерній парі при концентричному розміщенні циліндра і плунжера, м;

- тиск на виході насоса, Па;

- тиск в циліндрі при всмоктуванні рідини, Па;

, - густина (кг/м³) і кінематична в'язкість м /с) рідини відповідно;

- середня швидкість переміщення плунжера ;

, (5.101)

с – відносний ексцентриситет, (е - абсолютний ексцентриситет між центрами плунжера і циліндра);

- довжина плунжера, м;

У випадку комплектації насосів плунжерами із кільцевими канавками

, (5.102)

де l – загальна довжина плунжера;

b – ширина канавок;

n – кількість канавок.