2020-04-12
146
Округляют значение 
и уточняют диаметр тарелки клапана, м:
| (2.1.8) |
где 
– подача через клапан (определяется как 
), 
– скорость потока жидкости через щель клапана (обычно принимают равным 
).
Уточняют число ходов поршня в секунду:
| (2.1.9) |
где 
– эмпирический коэффициент И.И. Куколевского, Л.К. Ляховского, принимают 
. Максимальное значение коэффициента используют для насосов одностороннего действия, имеющих подпор на приеме. – высота поднятия тарелки клапана, м.
5. Расчет пружины клапана.
Сила натяжения пружины равна, Н:
| (2.1.10) |
где 
– плотность перекачиваемой жидкости (принять равной 
); 
– площадь тарелки клапана, 
; 
– вес тарелки клапана в жидкости, Н (можно рассчитать как вес стального цилиндра в жидкости высотой 
и диаметром 
); 
– коэффициент обтекания тарелки клапана.
Подбираем пружину с жесткостью 
, равной:
| (2.1.11) |
6. Расчет диаметров всасывающего и нагнетательного патрубков.
Диаметр всасывающего патрубка:
| (2.1.12) |
Диаметр нагнетательного патрубка:
|
|
|
| (2.1.13) |
Обычно принимают скорости движения в патрубках следующие 
, 
.
7. Расчет мощности привода насоса.
Мощность привода определяют по зависимости, Вт:
| (2.1.14) |
где 
– подача насоса, м3/с; 
– общий КПД насоса (
).
8. Определяют эквивалентное напряжение при расчетном давлении 
в гидравлической части насоса по формуле расчета напряжений в толстостенном сосуде, Па:
| (2.1.15) |
где 
– отношение предела текучести стали при растяжении к пределу текучести при сжатии; 
– отношение внутреннего радиуса 
(равен радиусу цилиндра) к наружному 
рассчитываемого сечения элемента гидравлической части насоса. Отношение подбираем самостоятельно из пределов 
.
По значению легко определить толщину стенок гидравлической части насоса.
Коэффициент запаса статической прочности должен удовлетворять следующему условию:
| (2.1.16) |
где 
– предел текучести выбранного материала рассчитываемой детали.
Материал подобрать согласно таблицы 29.
9. По полученным результатам расчетов гидравлической части насоса выполнить чертеж с соблюдением масштаба и с указанием полученных в ходе расчета размеров и материала гидравлической части в любой программе САПР (КОМПАС, AutoCAD, Inventor и т.д.).
Задача № 2.1.2 Расчет пневмокомпенсатора поршневого насоса
По данным задачи 2.1.1 рассчитать пневмокомпенсатор для поршневого насоса подобрать его диаметр, исходя из требуемого объема пневмокомпенсатора, равного максимальному объему перекачанной насосом жидкости за 3-6 секунд его работы, толщину стенок и материал. Выполнить чертеж в любой программе САПР, принимая форму пневмокомпенсатора сферической, соблюдая масштаб с указанием размеров и материала. (Примечание: для всех вариантов длина напорного участка трубопровода 10 м, плотность перекачиваемой жидкости 1000 кг/м3).
|
|
|
Указания к выполнению.
1. Прочность корпуса пневмокомпенсатора проверяют на максимальное давление в момент пуска насоса, когда необходимо преодолеть инерцию жидкости в трубопроводе. Максимальное давление в момент пуска:
| (2.2.1) |
Коэффициент повышения давления 
определяют по параметру 
:
Таблица 28 – Исходные данные к задаче 2.1.2
| 0 | 12 | 44 | 93 | 156 | 316 | 408 | 508 | 512 | 712 | 834 | 1190 |
| 1 | 1,05 | 1,1 | 1,15 | 1,2 | 1,25 | 1,3 | 1,4 | 1,45 | 1,5 | 1,55 | 1,7 |
Этот параметр находят по зависимости:
| (2.2.2) |
где 
– длина напорного участка трубопровода, м; – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м3; 
– объем газа в пневмокомпенсаторе, м3 (равен половине объема пневмокомпенсатора); 
– давление газа в пневмокомпенсаторе, Па (принять равным максимальному давлению насоса с запасом в 10÷20%); 
– площадь поперечного сечения нагнетательного трубопровода, м2.
2. Затем определяют эквивалентное напряжение при расчетном давлении 
в гидравлической части насоса, Па:
| (2.2.3) |
где – отношение предела текучести стали при растяжении к пределу текучести при сжатии; – отношение внутреннего радиуса (равен радиусу цилиндра) к наружному рассчитываемого сечения элемента гидравлической части насоса. Отношение подбираем самостоятельно из пределов .
Коэффициент запаса статической прочности:
|
| (2.2.4) |
где – предел текучести материала рассчитываемой детали.
Материал подобрать в соответствии с таблицей 29.
Таблица 29 – Предел текучести различных видов сталей в МПа
| Сталь 20 | Сталь 30 | Сталь 40 | Сталь 45 | Сталь 20X | Сталь 40ХН |
| 250 | 280 | 340 | 360 | 400 | 460 |
Примечание: значения пределов текучести для других видов конструкционных материалов можно посмотреть в [9].
Колебания давления в колпаке и напорном трубопроводе могут совпадать (или быть кратными) с частотой колебания в насосе, что необходимо проверять, т.к. велика вероятность резонансного эффекта.
3. Для прямого нагнетательного трубопровода без изгибов частоту колебаний находим по формуле Берга:
| (2.2.5) |
При совпадении частоты колебаний трубопровода и частоты двойных ходов насоса необходимо поменять параметры напорного трубопровода (длина, диаметр).
4. Выполнить чертеж пневмокомпенсатора, с указанием полученных в ходе расчета размеров и материала в любой программе САПР (КОМПАС, AutoCAD, Inventor и т.д.).
2.2 Расчеты элементов скважинных насосных установок и погружного нефтепромыслового оборудования
Задача № 2.2.3 Подбор установки погружного ЭЦН
Подобрать установку погружного ЭЦН к скважине, имеющей следующие характеристики:
Таблица 30 – Исходные данные к задаче 2.2.3
| Параметр | Вариант | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 800 | 1000 | 1500 | 2000 | 2200 | 1700 | 1850 | 2300 | 1350 | 700 |
| 200 | 370 | 300 | 430 | 530 | 320 | 350 | 560 | 180 | 250 |
| 800 | 900 | 850 | 950 | 950 | 850 | 890 | 920 | 850 | 820 |
| 150 | 100 | 150 | 200 | 200 | 360 | 250 | 260 | 350 | 380 |
| НКТ | 89 | 89 | 73 | 73 | 73 | 114 | 89 | 114 | 89 | 73 |
| ЭК | 146х8 | 146х8 | 146х8 | 168х9 | 168х9 | 168х9 | 168х9 | 168х9 | 168х10 | 146х9 |
| 0,1 | 0,2 | 0,4 | 1 | 1,5 | 0,2 | 0,4 | 0,4 | 2 | 1,7 |
| 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,35 | 0,15 | 0,4 | 0,45 | 0,35 | 0,12 | 0,32 |
| Обозначения
НКТ – Тип насосно-компрессорных труб, условный диаметр ЭК – Типоразмер эксплуатационной колонны
| ||||||||||
– Кинематическая вязкость скважинной жидкости, 
– Коэффициент продуктивности скважины, 
1. В общем случае, давление, развиваемое насосом, Па:
| (2.3.1) |
где 
– глубина спуска ЭЦН, м; 
– средняя плотность добываемой пластовой жидкости, кг/м3; 
– забойное давление, Па; 
– буферное давление, Па; 
– потери давления в подъемных трубах, Па; 
– высота подъема жидкости за счет работы газа в НКТ (примем равной 50 м).
|
|
|
2. Забойное давление находим из выражения:
| (2.3.2) |
где 
– статический уровень жидкости в скважине, измеренный от устья, м; – проектный суточный дебит скважины; 
– коэффициент продуктивности скважины.
3. Буферное давление складывается из суммы противодавлений на устье (местные потери на устье скважины, потери в поверхностных трубопроводах и т.д.) и обычно не превышает 0,5÷1.0 МПа.
4. Потери напора на гидравлические сопротивления в трубах равны:
| (2.3.3) |
где 
– скорость движения жидкости в трубе НКТ, м/c; 
– внутренний диаметр трубы НКТ, м; 
– коэффициент гидравлического сопротивления подъемных труб, определяемый с учетом вязкости смеси, режима движения потока (
для чисел Рейнольдса до 
, число Рейнольдса рассчитываем по зависимости 
).
5. После определения требуемого напора, необходимо ввести поправки на вязкость перекачиваемой жидкости, воспользовавшись номограммами Ляпкова (см. рисунок 26). Определив коэффициенты снижения напора, подачи и КПД можно подобрать требуемую установку ЭЦН по таблице (см. таблицу 7П в приложениях). При этом подача выбранной установки ЭЦН не должна превышать требуемую подачу на 25%, а напор может быть любым большим. Требуемый напор затем достигается уменьшением количества ступеней ЭЦН.
Рисунок 26 – Номограмма Ляпкова для пересчета характеристик центробежных насосов
Задача № 2.2.4 Подбор погружного электродвигателя (ПЭД)
Подобрать ПЭД и определить возможную температуру нагрева двигателя УЭЦН, выбранную в задаче 2.2.3.
Таблица 31 – Исходные данные к задаче 2.2.4
| Параметр | Вариант | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
Обводненность ( )
| 0,1 | 0,4 | 0,3 | 0,8 | 0,7 | 0,23 | 0,6 | 0,35 | 0,45 | 0,18 |
| Газосодержание на входе в насос | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,15 | 0,15 | 0,2 | 0,1 | 0,18 | 0,05 | 0,12 |
Температура скважинной жидкости, 
| 58 | 52 | 60 | 65 | 62 | 56 | 68 | 70 | 72 | 75 |
1. Подобрать ПЭД из таблицы 8П для установки ЭЦН по потребляемой мощности насосом с учетом КПД и коэффициента снижения КПД по номограмме Ляпкова. Гидравлическую мощность насоса рассчитать, исходя из фактической подачи насоса и фактического создаваемого насосом давления.
|
|
|
2. Найти потери мощности при 
в ПЭД, при температуре , Вт:
| (2.4.1) |
где 
– мощность, потребляемая насосом, 
– номинальная мощность выбранного двигателя, 
– КПД выбранного двигателя, 
, 
и 
– коэффициенты (см. таблицу 8П в приложениях).
3. Затем найдем 
– температуру, до которой может быть нагрет двигатель с учетом потерь , выраженных в кВт, без учета охлаждения двигателя:
| (2.4.2) |
Расчетный коэффициент 
найдем из значений обводненности B и газосодержания на входе в насос 
:
| (2.4.3) |
Температурный коэффициент найдем, зная температуру скважинной жидкости 
:
| (2.4.4) |
Тогда температура двигателя равна, 
:
| (2.4.5) |
Если температура двигателя меньше , то он может быть использован. – предельная температура для обмотки изоляции обмотки статора двигателя. Если в результате выполнения температурных расчетов ближайший по мощности двигатель ПЭД не может быть использован, то переходим к расчету следующего по мощности двигателя из таблицы 8П приложений.
Задача № 2.2.5 Определение рабочих характеристик винтового насоса и подбор ПЭД
Определить рабочие характеристики установки винтового насоса и подобрать погружной электродвигатель по следующим исходным данным. Плотность перекачиваемой жидкости принять равной 
; объемный КПД принять равным 90%; общий КПД установки принять равным 75% для всех вариантов.
Таблица 32 – Исходные данные к задаче 2.2.5
| Параметр | Вариант | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| величина эксцентриситета между центром сечения винта и статора, мм | 4 | 5 | 3,5 | 6 | 8 | 4 | 6 | 7 | 6,5 | 8,5 |
| Диаметр сечения винта, мм | 100 | 80 | 75 | 110 | 69 | 89 | 95 | 95 | 73 | 106 |
| Шаг двухзаходного винта, мм | 300 | 300 | 400 | 500 | 500 | 400 | 450 | 500 | 350 | 550 |
Частота вращения винта, 
| 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 150 | 120 | 120 | 120 | 120 |
| Требуемый напор, м | 200 | 300 | 300 | 400 | 450 | 350 | 250 | 220 | 450 | 500 |
Указания к выполнению:
Рабочие характеристики УВН (одновинтового насоса) определяются по следующим формулам.
Теоретическая производительность насоса, м3/с:
| (2.5.1) |
где 
– величина эксцентриситета между центром сечения винта и статора, м; 
– диаметр сечения винта, м; 
– шаг двухзаходного винта, м; 
–частота вращения винта, 
.
Фактическая производительность насоса, м3/с:
| (2.5.2) |
где 
– объемный КПД насоса.
Мощность, подводимая к валу насоса, кВт
| (2.5.3) |
где – производительность насоса, 
; – требуемый напор столба жидкости, м; – плотность жидкости, 
кг; 
– ускорение свободного падения, 
; – общий КПД насоса.
Погружной электродвигатель подобрать по потребной мощности (с коэффициентом запаса 1,3) из таблицы 8П или 9П в приложениях.
