книги / Нефтепромысловые машины и механизмы
..pdf
По максимальному значению тангенциального усилия Ттах определяют максимальное значение крутящего момента и, следова тельно, максимальной мощности, потребляемой станком-качалкой.
У неуравновешенного станка-качалки тангенциальные усилия, а следовательно, нагрузка на двигатель достигают значительной величины при ходе вверх, значительно большей, чем у уравновешен ного станка; при ходе вниз тангенциальные усилия имеют отрица тельный знак и двигатель не производит работы, так как система
движется |
благодаря |
|
опусканию |
|
|
||||
штанг. У уравновешенного же стан |
|
|
|||||||
ка-качалки нагрузка при |
ходе вверх |
|
|
||||||
и вниз одинакова и некоторое разли |
|
|
|||||||
чие получается из-за |
инерционных |
|
|
||||||
усилий. |
При |
роторном |
уравновешива |
|
|||||
2. |
|
||||||||
нии. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Следует учесть влияние вращаю |
|
|
|||||||
щегося груза. Разложим |
вертикаль |
|
|
||||||
ную силу |
Хр |
веса груза |
(рис. |
160) |
|
|
|||
на две |
составляющие: по направле |
|
|
||||||
нию оси кривошипа Хп и по |
напра |
|
|
||||||
влению, параллельному касательной |
|
|
|||||||
в точке |
D , т. е. параллельно |
Гш, |
Рис. 160. Схема для определения |
||||||
Хк = Хр sin ф. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ре |
тангенциальных усилий |
при ро |
||||
Сила |
|
Хн |
уравновешивается |
торном уравновешивании. |
|||||
акцией |
опор |
кривошипного |
вала. |
|
г, то из |
||||
Если отнести Х к с плечом R к направлению Тт с плечом |
|||||||||
уравнения моментов относительно оси вращения кривошипа получим
V |
ХГ |
7? |
|
|
Хг = |
Хр |
—-—sin ф. |
|
|
Подставив значение Х р из уравнения (V. |
33) и пренебрегая вели |
|||
чиной Хо, получим |
|
|
|
|
Хт = (/ > + т |
) х 8“ |
<Р- |
(V-48) |
|
В итоге по направлению касательной, проходящей через точку D , |
||||
будем иметь проекции двух сил: |
|
Р ш sin ф; |
|
|
а) проекцию от усилия в |
шатуне Тш = |
|
||
б) проекцию от роторного |
противовеса |
Х т. |
|
|
Сумма этих проекций сил дает нам результирующую тангенциаль
ную силу |
|
т =Рш 8Ш Ф ±Х Т. |
(V. 49) |
При ходе головки балансира вверх роторный противовес помо гает двигателю, поэтому в формуле (V. 49) Хт имеет знак минус.
После сокращения получим
rr |
I G а |
|
|
с \ . |
UB m a x |
X |
|
т = { т — - № - г ) в т У- |
|
2g |
|||||
|
X [(-Р + |
G) ^ |
+ Яп2 Щ sin 2ф. |
(V. 53) |
|||
Для хода вниз будем иметь |
|
|
|
|
|||
Т = |
— (-2- - r |
+ |
9nZ— )sin<p + |
|
В m a x |
X |
|
|
|
|
|
|
|
~2g |
|
|
П |
д2 |
I |
с2 1 . |
0 |
ф. |
(V 54) |
|
X р |
“р - + |
?nz -р - J sin 2 |
||||
Из сравнения этих формул с общими формулами тангенциальных усилий находим, что при комбинированном уравновешивании при ходе вверх статическая сила
|
|
А = |
G |
a |
|
-Яп*-г |
’ |
(V. 55) |
|
динамическая |
сила |
~ Y ~ T T |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В = |
WB m a x |
(P + |
G) -p- + |
qnz |
(V. 56> |
|||
При ходе |
вниз |
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
a |
|
|
c \ |
|
|||
|
A' = — |
+ |
|
(V. 57)' |
|||||
|
— — |
?°z ir J > |
|||||||
|
B' = |
WB m ax |
(p |
4 r |
+ |
Vnz - w ) |
(V. 58)' |
||
Из изложенного следует, что при механическом уравновешивании станка-качалки величины тангенциальных усилий определяют по< общим формулам (V. 46) и (V. 47), определяя величины А и В, А''
пВ' по соответствующим формулам.
§101. Коэффициент полезного действия глубиннонасосной установки
При работе глубиннонасосной установки, так же как при работе любой машины, часть мощности привода расходуется на различного»
рода потери. |
|
В механизме станка-качалки происходят механические |
потери |
л опорах балансира и валов редуктора, узлах соединения |
шатуна |
с кривошипом и балансиром, зубчатых и ременной передачах, канате Для подвески штанг. Эти потери учитываются к. п. д. станка-качалки
Утечки в насосе учитываются коэффициентом наполнения цо.
(джоулево тепло), пропорциональны квадрату силы тока. Величина1 силы тока приблизительно пропорциональна моменту на валу электродвигателя. Поэтому мощность электродвигателя станкакачалки, нагрузка на который периодически изменяется, можно* определить, исходя из среднего квадратичного значения крутящего*
момента.
Среднее квадратичное тангенциальное усилие выражается форму лой
|
Т кв — |
|
(V. 59),' |
Соответствующий |
крутящий момент на |
валу |
|
|
М кв — Т КВГ. |
|
|
Общее выражение для тангенциального усилия по |
элементар |
||
ной теории, как это |
было найдено выше, |
имеет вид: |
|
Т = A sin Ф + ~ Y sin 2q>.
Тогда |
|
Д2 |
|
|
|
|
sin2 2ф. |
||
|
Т 2 = A2sin2 ф + АВ sin ф sin 2ф |
|||
Подставив найденное |
значение Т 2 в (V. 59), |
получим |
||
/ |
я |
я |
|
я |
в = I / |
^А2^ т 2фйф + Л В I* sin Ф sin 2фй Ф + -у- |
з т 22 ф б ^ |
||
f |
о |
о |
1 |
о |
Проинтегрировав это |
выражение и подставив пределы, получим |
|||
|
г т = ] / - L A * + - L B * |
|
(V. 60> |
|
Величина Тив может быть также определена графически, если зависимость Т = / (ф) дана в виде графика. в определяется как корень квадратный из средней ординаты кривой Т2 = / х(ф).
Средняя квадратичная мощность (в кет) будет
в - |
Укв ЮГ |
(V. 61> |
|
102т]у |
|
гДе Лу к. и. д. установки.
Определение мощности привода по этой формуле, основанной на элементарной теории, приемлемо для скважин небольшой глубины при небольшой скорости движения плунжера насоса. Для глубоких скважин и при большой скорости движения плунжера она не дает достаточно точных результатов. Для более точных расчетов предло жены различные формулы.
роторном уравновешивании; при балансирном или комбинированном
способах уравновешивания шатун |
может быть растянут или сжат |
|||
в зависимости от хода |
вверх или |
вниз. У станков-качалок с ротор |
||
ным уравновешиванием |
по |
этой |
[причине шатун рассчитывают на |
|
растяжение. |
|
Р т усилие в шатуне в к Г, определяемое- |
||
Если обозначить через |
||||
по формуле (V. 42), a |
Fm — площадь поперечного сечения тела |
|||
шатуна в см2, то возникающее |
напряжение растяжения в кГ/см* |
|||
|
|
ар |
|
Рш |
|
|
|
Fш |
|
Тело шатуна изготовляют из труб, поэтому площадь поперечного сечения
Fm = (D2— d2),
где D и d — соответственно наружный и внутренний диаметры трубы в см.
Найденное значение напряжения сгр должно быть меньше допу скаемого напряжения [сг]р для данного материала. Значение допу скаемого напряжения дается в справочниках.
При работе шатуна на сжатие тело шатуна проверяют на про дольный изгиб с целью проверки его устойчивости.
При этом возможно
i > 9 0 и - i - < 9 0 ,
где I — длина шатуна в см; Q — радиус инерции, определяемый из
выражения Q = | / — .
*Fщ
Всвою очередь J — экваториальный момент инерции (в смА)
поперечного сечения шатуна, определяемый по формуле
При |
Q > 90 критическую силу определяют по формуле Эйлера |
|||
|
|
Р |
л* EJ |
|
|
|
кр — I2 |
||
где Е = |
2,1 • 106 |
кГ/см2 — модуль |
упругости материала шатуна. |
|
Критическое |
напряжение |
|
||
|
|
|
гт — |
— |
|
|
|
СГкр — |
|
|
|
|
г |
ш |
При |
< 90 |
величину |
критического напряжения определяют |
|
по эмпирической |
формуле |
|
|
|
|
|
ОкР — 7/60 — 120 ■ |
+ 0 ,5 3 ^ - |
|
