Общие сведения

Для определения напряжений, возникающих в штангах, необходимо найти наибольшие нагрузки за цикл хода вверх и вниз. Затем находят наибольшее напряжение цикла (σ_max), амплитуду напряжений цикла (σ_а) и приведенное напряжение σ_пр = (σ_mахσ_а)^0,5 .

При статическом режиме работы установки применяют уп­рощенные формулы:

(15.1)

где а₀ - опытный коэффициент, имеющий размерность удельного веса и учитывающий плотность жидкости, силы трения и другие факторы, не поддающиеся аналитическому расчету. Его принимают равным 11500 Н/м³;

х - расстояние от рассчитываемого сечения штанг до плунжера;

D - диаметр плунжера;

d_ш - диаметр штанг;

ΔР - перепад давления над плунжером;

ρ_ж - плотность жидкости;

ω = π·n / 30 - угловая скорость вращения кривошипа;

m_ср - средний кинематический показатель совершенства СК,

.

Среднее напряжение в штангах

, (15.2)

где ρ_ш - плотность материала штанг.

Зависимость для среднего напряжения цикла, окружное и радиальное напряжения в штангах, динамические силы, обус­ловленные движением жидкости, были уточнены. Последние учитывают коэффициентом а'₀, равным 1,15. В результате зависимость принимает следующий вид:

для одноступенчатой колонны

; (15.3)

для ступенчатой колонны штанг можно получить

; (15.4)

, (15.5)

где ΣР_шi - вес i-той секции колонны штанг с учетом ниже рас­положенных секций, f_xi - площадь поперечного сечения i-той секции штанг.

При применении ступенчатой колонны штанг длины ступе­ней подбирают так, чтобы наибольшие значения σ_пр для верх­них секций ступеней были одинаковы, т. е.

.

По табл. 15.1 выбирают соответствующий материал для штанг, так чтобы .

Затем определяют коэффициент запаса прочности штанг:

, (15.6)

σ_т - предел текучести материала штанг.

Задача 1. Пользуясь данными таблицы 15.2 выбрать и рассчитать на прочность одноступен­чатую колонну штанг.

Таблица 15.1

Механические характеристики материала штанг

Марка стали	Предел текучес-ти, МПа	Твер-дость по Бринелю, НВ	Допуск σпр, МПа	Диаметр насосов, мм	Вид обработки штанг	Условия эксплуата-ции
				28-95	Нормализа-ция	Некорро-зионные
	28 - 43	Нормализа-ция с поверхнос-ным упрочнением ТВЧ	»
	55-95	Некорро-зионные
20Н2М				28 - 95	Нормализа-ция	Некорро­зионные
20Н2М				»	»	Коррозион-ные с Н2S
30ХМА				28 - 43 55 - 95	Нормализа-ция с ТВЧ	Некорро­зионные
	28 - 95	Коррози­онные
15НЗМА				28 - 95	Объемная за­калка и высо­кий отпуск	Некоррози-онные
	»	Коррози­онные
15Х2НМФ				28 - 95	Закалка и вы­сокий отпуск или нормали­зация и высо­кий отпуск	Некорро­зионные
	»	Коррозион-ные

Пример решения задачи:

Дано:

СК-6-2,1-2500;

диаметр плунжера D_пл = 38 мм;

глубина спуска насоса - 600 м;

динамический уровень - 520 м;

плотность жидкости ρ_ж = 850 кг/м³;

буферное давление Р_б = 0,3 МПа.