Министерство образования и науки Российской Федерации 7 страница

Момент сцепления муфты с учетом центробежных сил:

 

(1.24.8)

 

где  – площадь поверхности кольцевой полости баллона, передающей давление на шкив;  – наружный диаметр шкива муфты;  – масса фрикционных накладок и других частей баллона, отжимаемых центробежными силами.

Из данной формулы следует, что при торможении муфты момент сцепления достигнет максимального значения:

 

(1.24.9)

 

Из той же формулы можно получить предельную частоту вращения, при которой момент сцепления снизится до 0:

 

(1.24.10)

 

Номинальные значения частоты вращения и момента сцепления, соответствующие режиму наибольшей передаваемой мощности, составляют:

 

(1.24.11)

 

Вращающий момент от рабочей нагрузки находят по выходной мощности двигателя и наименьшей частоте вращения.

Типоразмерный ряд отечественных шинно-пневматических муфт с данными по их конструктивным основным параметрам приведен в таблице 22.

 

Таблица 22 – Стандартные типоразмеры шинно-пневматических муфт ОСТ26-02-334-85

Типоразмер муфты	Максимальный момент сцепления, , кНм	Предельная частота вращения; ,	Частота включений в 1 ч, макс.	Объем камеры баллона, л	Масса без шкива, кг
МШ 300х100	4,5	1500	65	1,5	20
МШ500х125	13	1500	40	5,5	40
МШ 600х200	35	1200	40	12	65
МШ 700х200	45	1000	40	17	95
МШ 900х200	83	800	40	25	115
МШ1070х200	115	500	40	30	145
МШ1330х200	160	500	40	33	155

 

При давлении в камере 0,7 МПа и коэффициенте трения 0,3; ** Буквы обозначают: М – муфта. Ш – шинно-пневматическая; первое число – диаметр шкива муфты, второе число ширина фрикционной накладки.

 

Таблица 23 – Дополнительные данные по ШПМ

Показатель	Избыточное давление в баллоне,	Скорость вращения,	Рабочий момент (при Р ггмп),	Кол-во накла-док	Масса, кг
МШ 300x100 односторонняя	6-10	1500	172	12	17
МШ 500x125-1 односторонняя, (МШ 500x125-11 двухсторонняя)	6-10	1500	250	12	36 (38)
МШ 700x200-1 односторонняя, (МШ 700x200-11 двухсторонняя)	6-10	1000	1050	18	83 (92)
МШ 1070x200-1 односторонняя, (МШ 1070x200-11 двухсторонняя)	6-10	500	4150	26	143
МШ 1070x200 двухсторонняя с четырьмя пазами на реборде	6-10	500	4150	26	143

 

Задача № 1.3.25 Расчет буровой вышки

Выполнить расчет буровой вышки по опасным сочетаниям нагрузок, если заданы тип вышки, ее состояние, грузоподъемность , рабочая высота , ширина основания , масса , кратность талевой оснастки , количество граней в сечении секций ног , предел текучести материала для изготовления вышки . Варианты задачи приведены в таблице 24.

 

Таблица 24 – Исходные данные к задаче 1.3.25

Параметры	Состояние
	В рабочем состоянии					В нерабочем состоянии
, кН	1200	1600	2000	2500	3200	1200	1600	2000	2500	3200
, м	38,7	40,8	41,0	45,0	45,0	38,7	40,8	41,0	45,0	45,0
, м	6,2	7,5	9,2	10,0	10,3	6,2	7,5	9,2	10,0	10,3
, т	16,6	19,3	26,2	31,7	40,3	16,6	19,3	26,2	31,7	40,3
	8	8	10	12	12	8	8	10	12	12
	3	3	4	4	4	3	3	4	4	4

 

Указания.

Буровые вышки при расчетах оцениваются двумя предельными состояниями:

- по потере несущей способности при нагрузках, вызывающих разрушение или потерю устойчивости вышки;

- по деформации, при достижении которой вышка становится непригодной к эксплуатации, сохраняя при этом прочность и устойчивость.

Расчет вышки при этом рекомендуют вести по наиболее опасным сочетаниям нагрузок в рабочем и нерабочем состояниях. Расчетными сочетаниями являются:

- для рабочего состояния – при спуске обсадной колонны, когда нагрузка на крюке равна допускаемой, за пальцем установлен полный комплект бурильных труб, а скоростной напор ветра достиг наибольшего значения (для рабочего состояния );

- для нерабочего состояния – полный комплект свечей бурильных труб установлен за палец, крюк разгружен, скоростной напор ветра равен .

Для решения задачи рекомендуется воспользоваться условием сохранения несущей способности по прочности:

 

(1.25.1)

 

где  – суммарное усилие в отдельных элементах вышки от действующих постоянных, эксплуатационных и ветровых нагрузок с учетом перегрузок, характеризуемых коэффициентами , принимаемыми равными  в зависимости от состояния [2, с. 419];  – коэффициент состояния принимают по той же таблице;  – площадь поперечного сечения рассчитываемого элемента вышки;  – коэффициент, учитывающий условия работы вышки, принимается в пределах  в зависимости от вида элемента и места его расположения в вышке.[2, с.410-420].

Величины  (постоянных, эксплуатационных и ветровых нагрузок, вертикальных и горизонтальных) рекомендуется определять по формулам источника [2, с. 411-420].

Алгоритм расчета элементов буровой вышки по программе MathCAD.

1. Ввод исходных данных, констант и расчетных коэффициентов: а) , , , ,  – угол наклона вышки (вычислить из геометрических построений, найдя верхнее основание вышки  по параметрам применяемого кронблока [2, с. 134 ],  – угол наклона ведущей ветви каната, примем .

- нормативные значения предельных ветровых напоров  и ; нормативный предел текучести материала вышки .

- коэффициенты возрастания ветровой нагрузки в зависимости от высоты вышки:  – высота до 10 м от поверхности земли;  – высота до 20 м от поверхности земли;  – при высоте до 40 м;  – при высоте до 60 м.

- коэффициенты динамичности панелей буровой вышки, расположенных на разных высотах:  – при высоте до 20 м,  – при высоте до 60 м;

- аэродинамический коэффициент  – для труб;  – для конструкций из профильного проката;

- коэффициенты перегрузки:  – принимается соответственно для вертикальных и горизонтальных нагрузок от веса вышки и оборудования на ней в зависимости от состояния вышки по [2, с. 418], и  – для горизонтальных нагрузок от скоростного напора ветра [2];

- коэффициенты заполнения панели  – коэффициент заполнения обшитой панели;  – коэффициент заполнения панелей;

- коэффициент сочетания нагрузок  – применяют в зависимости от состояния вышки [3];

- коэффициент условий работы .

2. Определяем суммарные постоянные нагрузки по формуле:

 

(1.25.2)

 

где , , ,  – нагрузки соответственно от веса вышки, веса кронблока, талевой системы и общего веса, перил, лестниц, козел и др. сооружений.

(1.25.3)

3. Находим вертикальные эксплуатационные нагрузки

 

(1.25.4)

 

определяем вертикальную нагрузку на ногу, как на элемент, несущий наибольшие нагрузки постоянные и эксплуатационные:

 

(1.25.5)

 

4. Рассчитываем горизонтальные нагрузки:

- находим ветровые нагрузки, разбив вышку условно на панели по степени воздействия скоростного напора ветра в зависимости от высоты расположения панели. Путем геометрических построений находим площади нижних и верхних оснований трапеций условных панелей, приняв их высоты:  (панель обшита);  (панель не обшита) и т.д., а их элементы изготовлены из труб. Указанные площади вычисляются по формулам:

 

(1.25.6)

 

(1.25.7)

 

(1.25.8)

 

(1.25.9)

 

Тогда ветровая нагрузка на наветренную грань ноги вышки в рабочем состоянии определится по формуле:

 

(1.25.10)

 

- находим ветровую нагрузку на пакет свечей, приняв ширину его равной , длину его части, подвергаемой воздействию ветра,  по формуле:

 

(1.25.11)

 

- горизонтальная составляющая силы действующей на кронблоке от натяжения ведущей и ведомой ветвей талевого каната:

 

(1.25.12)

 

знак (–) ставится в случае противоположного расположения ведущей и неподвижной ветвей каната;

- горизонтальная составляющая веса пакета свечей, установленного за пальцем:

 

(1.25.13)

 

где  – полный вес бурильных свечей, установленных пакетом за палец;

5. Проверяем наиболее нагруженный элемент вышки – ногу на прочность, приняв наружный диаметр ее сечения равным  и внутренний диаметр –  по формуле:

 

(1.25.14)

 

Или

 

(1.25.15)

 

При несоблюдении приведенного условия следует изменить размеры поперечного сечения или заменить материал, целесообразны при этом оптимизационные расчеты.

 

Задача № 1.3.26 Сравнение массы буровых установок

Сравнить массы буровых установок с различными приводами с построением графических зависимостей по данным таблице 25.

 

Таблица 25 – Данные технического уровня буровых установок по состоянию на 1991 г. [2]

Модель	Мощность P, кВт	Грузоподъемность, G, кН	масса. M, т.
БУ 1600/100 ДГУ	500	1000	240
БУ2500/160ДГУ	750	1600	372
БУ 3200/200 ДГУ	1059	2000	582
БУ 5000/320 ДГУ	1412	3200	665
БУ 1600/100 ЭУ	1315	1000	237
БУ З200/200 ЭУ	1820	2000	553
БУ 3200/200 ЭУК	2100	2000	698
БУ 5000/320 ЭУ	2615	3200	627
БУ 2500/160 ДЭП	1650	1600	370
БУ 3200/200ЭУК-3М	5000	2000	842
БУ 5000/320ЭР (ДЭР)	5000	3200	776 (896)
БУ 6500/400 ЭР(ДЭР)	5600	4000	1225 (1385)

 

Указания:

Пользуясь программой MathCAD построить графики зависимости
 и  с разделением по видам привода и составить аналитические комментарии по графикам. Объяснить отклонение от закономерностей по отдельным моделям буровых установок.

Часть вторая. Расчет и автоматизированное проектирование оборудования для добычи и подготовки нефти и газа. Задачи по расчетам и методические указания по их решению.

 

2.1 Расчеты элементов поршневых и плунжерных нефтепромысловых насосов

 

Задача № 2.1.1 Расчет конструкции гидравлической части поршневого насоса

 

Рассчитать конструкцию гидравлической части поршневого насоса установки для закачки жидкости в скважину в процессе освоения.

 

Таблица 26 – Исходные данные к задаче 2.1.1

Параметр	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Число цилиндров	3	3	2	2	2	2	3	3	3	3
Тип насоса (1- одностороннего действия, 2- двустороннего)	1	1	2	2	2	2	1	1	1	1
Проектная подача насоса, л/с	10	15	20	7	18	14	5	12	4,5	8
Максимальное давление нагнетания, МПа	35	35	25	25	20	15	60	40	50	45

 

Указания к выполнению.

Помнить, что при использовании программы MathCAD расчеты начинают с ввода всех исходных данных с присвоением соответствующих значений, лишь после этого вводятся расчетные формулы. Данные методические указания даны для проектировочных расчетов в первом приближении.

 

1. Расчет диаметра поршня (плунжера)

Диаметр поршня насоса (в первом приближении), м:

 

(2.1.1)

 

где  – проектная подача насоса, ;  – количество цилиндров у насоса,  – коэффициент, зависящий от расположения рабочих камер в насосе (для насосов одностороннего действия принимают равным 1, для насосов двустороннего действия ),  – средняя скорость поршня (колеблется от 0,7 до 1,8 м/с для большинства современных насосов, большие значения соответствуют насосам одностороннего действия),  – коэффициент подачи ().

Диаметр поршня или плунжера  должен соответствовать диаметрам, регламентированным ГОСТ 12052-90. Насосы поршневые и плунжерные. Основные параметры и размеры. Предпочтительней выбирать цифры из первого ряда. В дальнейших расчетах использовать округленную величину .

 

2. Определение длины хода S и числа ходов поршня в мин:

 

(2.1.2)

 

(2.1.3)

 

где  – коэффициент, учитывающий влияние диаметра поршня на длину хода поршня, принимают по таблице 27.

 

Таблица 27 – Соотношение диаметра и хода поршня

Диаметр поршня	20	30	60	100	120
	1,8÷1,5	1,2÷0,8	0,8÷0,6	0,7÷0,4	0,55÷0,3

Вычислив длину хода поршня , пользуясь формулой (2.1.2), принять для дальнейших расчетов ее ближайшее значение из ряда, регламентированного ГОСТ 12052-90.

3. Определение длины и диаметра штока поршня

Для насоса двустороннего действия рекомендуется длина штока  за , для насоса одностороннего действия – . Принимают при этом запас устойчивости .

Подставив в известное уравнение Эйлера принятую длину штока  и учитывая запас устойчивости к получаем  – площадь поперечного сечения штока насоса, м²:

 

(2.1.4)

 

где:  – давление нагнетания насоса, Па;  Па – модуль упругости стали (материала штока). Для насоса двустороннего действия по найденному значению  и площади поперечного сечения поршня  уточняют коэффициент  по формуле:

 

(2.1.5)

 

По известной площади штока определяют его диаметр:

 

(2.1.6)

 

4. Определение размеров клапана, высоты подъёма тарелки клапана и уточнение числа ходов поршня в минуту.

Максимальная высота подъёма клапана равна, м:

 

(2.1.7)

 

где  – коэффициент расхода щели клапана (в первом приближении 0,4÷0,5),  – диаметр тарелки клапана (в первом приближении принимают равным диаметру цилиндра),  – коэффициент, характеризующий конструкцию клапана (для тарельчатых клапанов 0,4÷0,7).