Тема: Верстати – качалки (вк).

План:

1. Технічні характеристики верстатів- качалок (балансирні, безбалансирні вестати – качалки).

2. Уравновішування станків – качалок.

3. Електродвигуни станків – качалок.

4. Визначення навантаження на штанги і ВК та визначення довжини ходу плунжеру.

1. Поворотно – поступальний рух плунжера насосу і колони насосних штанг здійснюється в більшості випадків за допомогою спеціального механізму – верстата – качалки балансирного типу, встановленого біля гирла свердловини. У цих ВК колонна штанг підвішується до балансиру, який приводиться в рух кривошипно – шатунним механізмом від двигуна, встановленого на рамі станка.

Для вияснення характерних особливосей роботи балансирного ВК розглянемо його спрощену схему.

Балансирний кривошипний – шатунний механізм ВК складається з чотирьох ланок. Нерухома ланка механізму – це лінія ОО₁, зєднуча вісь балансира з вісью кривошипа; рухома ланка – кривошип ОА, шатун АВ і балансир ВС.

При оберті кривошипа точка А описується окружністю радіусом r, а точка В с балансиром переміщається по дузі радіусом b, досконалий коливальний рух відносно вісі О₁.

Відповідно точка С (точка підвісу штанг) переміщюється по дузі радіусом a.

Швидкість і прискорення цієї точки змінюються в залежності, яка приближено може бути визначена як синусоїдна. В моменти, коли кривошип проходить горозинтальне положення, точка зчленування шатуна з балансиром, а отже, іі протилежна точка балансира С (точка підвіса штанг) мають максимальну швидкість. Більше прискорення цих точок балансира мають моменти, коли обертаючий кривошип займає вертикальне положення. По мірі його приближення до горизонтального положення прискорення розглядаємих точок балансира поступово знижується і стає рівним нулю.

Абсолютне значення прискорених ланок механізму верстата – качалки визначається чатотою обертання кривошипного валу і збільшується по мірі збільшення числа качаній балансира.

В залежности від значення прискорення і його напрямку на механізм верстата- качалки діють доповнюючі інерційні нагрузки, які ускладнюють його роботу. Характер зміни прискорення і інерційних нагрузок залежить від направлення оберту кривошапного валу. Більш сприятливі умови роботи механізму утворюються при оберті кривошапного валу по часовій стрілці.

Верстати – качалки – індивідуальний механічний привод ШСН. В теперішній час на промислах використовують станки по ГОСТ 5866-76. В шифрі верстату – качалки типу СК другої модифікації по ГОСТ 5866-76, наприклад СК5-3-2500, вказано: 5 – найбільше достиме навантаження на головку балансира в точці підвісу штанг в тоннах; 3 – найбільша длина ходу S гирла штоку в м; 2500- найбільше допустимий обертовий момент на ведучому валу редуктора.

2. Уравновішування ВК. За один подвійний хід балансира навантаженя на ВК неравномірне. Неравномірне навантаження, яке діє на головку балансира, визиває нерівномірну роботу електродвигуна. В простій постановці при статичному режимі, коли динамічними навантаженнями і силами тертя можна знехтувати, ця робота позитивна при ході штанг вверх:

А_в=(р̒_шт+ р_ж)S

і негативна при ході вниз:

А_н=- р̒_штS,

тобто двигун приводиться в дію силою тяжіння колони штанг. Така нерівномірність призводить до ускореного зносу вузлів ВК і до ненормального режиму роботи електродвигуна. Оптимальний режим його роботи буде забезпечений в тому випадку, коли робота, яка виконується двигуном впродовж одного подвійного ходу, постійна. Постійність роботи досягається механічним урівновішуванням ВК, тобто грузами. Грузи встановлюють або на задньому плечі балансира в виді чугуних плит, або на кривошипі в виді півовальних чугуних пластин. Урівнювання відповідно називають балансирним. Балансирне урівнювання використовують у ВК малої вантажепідйомності, кривошипне – великої і комбіноване – середньої вантажепідйомності.

Величину і місце положення груза можливо встановити з умови рівенства робіт при ході штанг вверх і вниз. На практиці для урівнювання ВК використовують номограми, які маються в паспортній характеристиці ВК.

3. Електродвигуни ВК. Приводом ВК є короткозамкнуті асинхронні в вологостійкому виконанні трьохфазні електродвигуни серії АО і їх модифікації зі збільшеним пусковим моментом АОП, а також електродвигуни серії АО2 і їх модифікації АОП2, які мають більш високий к. к. д. і надійній в експлуватуванні. Елктродвигуни мають частоту оберту 1500 і 900хв^-1, відношення пускового моменту до номінального 1,8 – 2, відношення максимального моменту до номінального 2,2 – 2,8.

Вибирають електродвигун по необхідній потужності. Потужність електродвигуна для верстат – качалок, можно визначити по різним формулам або таблицям.

При виборі електродвигунів необхідно урахувати, що при n>8хв^-1 рекомендуються двигуни з синхронною частотою оберту валу 1500хв^-1, а при n≤8 хв^-1 – 900хв^-1.

4. Загальна нагрузка на верхню частину колони насосних шланг і на головку балансира верстат – качалки в процесі роботи насосної установки складається з наступних основних сил :

- Статичних нагрузок від сил тяжіння рідини і штанг, а також від сил тертя в плунжері циліндра і штанг об труби;

- Сили інерції рухаючих мас, які виникають при русі колони штанг і стовпа рідини в результаті застосованих прискорених рухів шатунно-кривошипного механізму ВК;

- Динамічних нагрузок, які утворюються коливальними процесами в штангах.

Практичне значення мають сумарні максимальні і мінімальні нагрузки на штанги. Величину цих нагрузок в працюючій установці з достатьою для практики точністю можливо визначити за допомогою спеціальних приладів – динамографів. Разом з цим також потрібно вміти хоча б приблизно підраховувати нагрузки на штанги, щоб оцінювати їх вплив на роботу насосної установки. При ході плунжеру вверх штанги знаходяться під впливом своєй сили тяжіння і сили тяжіння рідини в трубах над плунжером. При русі вниз штанги характеризуються тільки дію своєї сили тяжіння.

Фактичні нагрузки в декілька раз більше із-за сил тертя. Тертя шланги об труби відбувається в рідинах, але так як поверхня труб і штанг нерівна, тому для наближених підрахунків можна вважати, що вони близькі до тертя сухого металу об метал. Сили тертя плунжера також маленькі, їх можно не враховувати.

Визанчення довжини ходу пулунжера. Насосні шатнги і труби при находженні в свердловині випробують нагрузку від власної сили тяжіння, рівномірно розподілену по довжині труб і штанг, і знаходиться в розтягнутому стані. Крім того в процесі роботи насосної установки на труби і шланги діють сили тяжіння стовпа рідини.

При ході плунжера вверх з моменту початку руху точки підвісу штанг вони починають сприймати навантаження від рідини, яка до цього діяла на трубу. При цьому по мірі переводу нагрузки від труб на штанги вони розтягуються, а труби одночасно скорочуться.

При малих швидкостях відкачки при (n <8) довжину ходу плунжеру достаньо точно можна визначити по формулі