книги / Скважинные насосные установки для добычи нефти
..pdfПри роторном уравновешивании инерционные усилия, воз никающие при движении грузов, воспринимаются только под шипниками кривошипного вала и при его постоянной угловой скорости вращения не передаются на другие детали установки.
При комбинированном уравновешивании на балансире уста навливают уравновешивающий груз G (рис. 2.58).
Вес груза на роторе определяется следующим образом:
При ходе штанг вверх и вниз работа, затрачиваемая двигате лем, равна
Аь= (Рт + Рж) Sa - GS6- Ср2Д;
Лн= - Р ит5 .+ С 5 в+<?р2Д,
Определим величину груза Gp, задавшись значением веса гру за G. Для этого приравняем правые части уравнений.
Тогда получим Sa= -j-2r, <Se= -£-2r,
Комбинированное уравновешивание применяют в основном на средних по мощности станках-качалках, где использование балансирного уравновешивания привело бы к появлению зна чительных сил инерции от противовеса.
Уравновешенность установки контролируют замером вели чины тока электродвигателя, максимальные значения которого при ходе штанг вверх и вниз должны быть одинаковыми.
2.2.7.1.ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ В ШАТУНЕ
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ УРАВНОВЕШИВАНИЯ
При расчете будем пользоваться элементарной те орией, принимая отклонение шатуна от вертикали равным нулю.
Запишем уравнение моментов сил, действующих на балан сир, относительно точки О при балансирном уравновешивании во время хода штанг вверх (см. рис. 2.56)
Ра° —РщЬ—G6c -\-G[tC= О,
где — инерционное усилие.
Силами трения, весом деталей установки пренебрегаем. Тогда
Рш" Т |
Ра~ |
Т + G‘6 т • |
|
Подставив значения сил, получим |
|
||
р . = « > » - * . + Л > т - ( |,« + |
т ) - Н - + |
||
I I n |
| Рж \ в ц>в |
ее |
|
+ V m + ~ r ) T T " b b ' |
|||
Преобразовав это выражение, получим |
|||
Рш= а/Ь Рж+ [/>шт ° W |
+ (Рш+ Рж/2 )ас/» |
||
так как сов = со2 гcosa, то полученное выражение можно записать
p--T T +[p«£+(^+-^Kr]ir C03e-
При движении штанг вниз уравнение моментов относитель но точки О будет следующим:
Р а - Р'Ъ — G.c + G-C —О, |
||||
а |
ш |
о |
/о |
J |
откуда
Р '= Ра/Ь - G6c/b + Ояс/Ь.
Подставив значения сил, получим
г т- $ р т + $ Л - ( ^ + - т - ) т т +
, ( р , Рж \ а * ч>ь е i - ^ m ri 2 ~ J T T T T '
После сокращения и замены шв получим
При роторном уравновешивании уравнение моментов сил, дей ствующих на балансир относительно точки О, будет (см. рис. 2.57)
Р аа — Р шЬ = 0.
Подставив значения Ра и решая относительно Рш, получим
РШ= Ф ^ + Р*+ Р)-
Как и в расчетах для балансирного уравновешивания,
Р, = РШТ(co2r/g) cosa.
Подставив значение Pt получим
Рш= (Ршт+ Рж)а/Ь + Рш аг/Ь \co2r/g) cosa.
Для хода штанг вниз аналогично получим
|
|
а% с02Г |
|
Рш — Р шт |
-Ршт |
Ьа |
-----cos a. |
g |
|||
С2= [Рштa W |
+ G6cW K ^r/g) ; |
(2.97) |
ход штанг вниз |
|
|
С1= |
a/ b - G<f!b > |
(2.98) |
= [Рш a W |
+ G ^ /W r /g ) |
(2.99) |
Как видно из формул, усилие в шатуне установки при балан сирном уравновешивании при ходе штанг вверх растягивающее, а при ходе штанг вниз — сжимающее, в установках с роторным уравновешиванием усилия в шатуне при ходе штанг вверх и вниз растягивающие, в установках с комбинированным уравновеши ванием тоже растягивающие.
Необходимо иметь в виду, что станок-качалка имеет два ша туна, и все найденные усилия в шатуне при ходе штанг вверх и вниз являются суммарными для обоих шатунов.
2.2.7.2. Определение тангенциальных усилий
на пальце кривошипа
При балансирном уравновешивании (см. рис. 2.56) усилие Рш, действующее вдоль шатуна, можно разложить на две составляющие: нормальное N и тангенциальное Т. Нор мальная составляющая воспринимается подшипниками криво шипа вала и на величину вращающего момента влияния не оказывает:
N = Pmr cos а . |
(2.100) |
Тангенциальная сила определяет вращающий момент, кото рый необходимо приложить к валу, чтобы обеспечить его вра щение с постоянной угловой скоростью,
Подставив значение силы Рш, определенное ранее, получим для хода вверх
Т в = (с1в + сгв cos a) sin а =*clB sin а + -тр-sin 2а, (2.102)
для хода вниз
Тя — (с1и + с1в cos a) sin а = clnsin а + |
sin 2а. |
(2.ЮЗ) |
|
Рис. 2.59. Диаграмма усилий на пальце кривошипа
Определим графически максимальное значение тангенциаль ной силы. График, характеризующий изменение тангенциаль ного усилия за время оборота кривошипа, приведен на рис. 2.59. Он является суммой двух синусоид с, sin2(p и характеризует из менение статических сил за оборот кривошипа и с2 sin2<p — из менение динамических сил. Из графика видно, что максималь ное значение усилия достигается два раза, при положении кри вошипа, соответствующем углу <р, = 45—60° и <р2 = 225—240°
2.2.8. КИНЕМАТИКА ПРИВОДОВ СКВАЖИННЫХ ШТАНГОВЫХ НАСОСНЫХ УСТАНОВОК
Применяемые в настоящее время станки-качалки имеют кинематические схемы, соответствующие показанной на рис. 2.60 при уравновешивании с помощью грузов или же на рис. 2.61 при гидропневматическом уравновешивании [25, 41]. Основными элементами механизма станка-качалки являются см. рис. 2.60 и 2.61 привод 7, клиноременная передача 2, редуктор 3 и шарнирный четырехзвенный механизм 4, преобразующий вра-
Рис. 2.60. Кинематическая схема станка-качалки
щательное движение вала двигателя в возвратно-поступательное движение точки подвеса штанг. Клиноременная передача и ре дуктор обеспечивают получение необходимого числа оборотов кривошипного вала, соответственно числу ходов.
Основное внимание инженера-конструктора при проектиро вании кинематической схемы станка-качалки должно быть об ращено на правильность проектирования шарнирного четырех звенного механизма, чтобы движение точки подвеса штанг про-