7.7 Розрахунок підйомника

7.7.1 Визначення навантаження на гак

Залежно від глибини свердловини навантаження на гак при насосній експлуатації характеризується наступним чином:

- при підйомі труб:

(7.5)

- при підйомі труб з рідиною:

(7.6)

(7.7)

- при підйомі штанг:

(7.8)

При підйомі труб і штанг у випадку заклинювання плунжера в циліндрі глибинного насоса:

, (7.9)

де - довжина труб та штанг відповідно;

- діаметр труб та штанг;

, - вага 1 м труб та штанг відповідно;

- густина рідини;

- висота стовпа рідини.

7.7.2 Швидкості підйому і спуску колони труб і штанг.

Вибір оптимальних швидкостей підйому

Підйом колони із свердловини або її спуск виконується з допомогою підйомної установки. Час підйому колони визначається швидкістю, а значить потужністю приводу підйомника.

Використання потужності двигуна підйомника має ту особливість, що по мірі підйому і свердловини труб або штанг навантаження на гак падає і навантаження на двигун при постійній швидкості зменшується.

На рис. 7.8 представлена діаграма зміни навантаження в часі для двигуна, який має одну швидкість підйому при постійному числі обертів вала. В цьому випадку корисна потужність двигуна падає пропорційно часу підйому від повної потужності двигуна (N_о) на початку підйому до нульової потужності в кінці її.

Повна робота двигуна за весь період підйому

, (7.10)

де N – потужність,

t – час.

Середня ступінь завантаженості двигуна буде характеризуватись відношенням

, (7.11)

Рисунок 7.8 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при одній швидкості підйому

Для підйомника з однією швидкістю підйому вантажу К = 0,5.

Для підйомника з однією швидкістю підйому вантажу К = 0,5.

Ступінь використання потужності буде збільшуватись із збільшенням числа швидкостей.

Для двигуна з двома швидкостями вантаж на першій швидкості буде підніматись лише до моменту, коли навантаження на підйомний канат впаде до величини Q₂, яке визначається:

, (7.12)

де V₂ – друга швидкість.

Далі вантаж буде підніматись на другій швидкості.

Із рисунка 7.9 видно, що ступінь використання потужності К в цьому випадку буде вище 0,5.

Рисунок 7.9 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при двох швидкостях підйому

Слід відмітити, що К залежить не тільки від числа швидкостей, але і від співвідношення між ними.

Введення другої швидкості не дало б суттєвого виграшу при використанні потужності, якщо б друга швидкість була вибрана близько до першої або перевищувала її на багато раз.

Рисунок 7.10 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при двох швидкостях підйому

Очевидно, що для кожного числа швидкостей існує найвигідніше співвідношення між їх величинами, при яких коефіцієнт К досягає max.

Загальна тривалість підйому буде найменшою.

Для двошвидкісного підйомника

V₂=2V₁. (7.13)

Для тришвидкісного

. (7.14)

Для двошвидкісного підйомника:

К_max = 0,667

Для тришвидкісного підйомника:

К_max = 0,785

Діаграма для тришвидкісного підйомника має наступний вигляд (див. рис. 7.11).

Рисунок 7.11 - Графік використання потужності привода підйомного агрегату при трьох швидкостях підйому

Загальний вираз найвигідніших співвідношень швидкостей і досягнутого ступеня використання потужності для підйомника з числом швидкостей n

; ; ; = . (7.15)

. (7.16)

Але збільшення числа швидкостей підйомника більше 5 - 6 не доцільно, так як незначні переваги ускладнюють конструкцію і керування.

Maксимальна швидкість підйому гака для талевих систем в/п 10-15 т дорівнює 1,5-2 м/с.

Для талевих систем в/п 75 т 1,25-1,3 м/с.

Знаючи співвідношення швидкостей і вибрану найвищу із них можна визначити всі інші.