Тангенциальные силы на пальце кривошипа СК при комбинированном уравновешивании. Принцип расчёта и выбора мощности электродвигателя для привода СК

Усилия, действующие на станок-качалку

Одним из важнейших силовых факторов является тангенциальное усилие, действующее на палец кривошипа. В соответствии с теоремой Н.Е. Жуковского о жестком рычаге уравнение работы сил, приложенных к нему, можно записать в общем виде

i=k

Тu_Tcos(Т, u_T)=S[P_iu_i cos(P_iu_i)- P_i_иu_i cos(P_i_иu_i)], (1)

i=1

где Т – тангенциальная составляющая усилия, действующая на палец кривошипа; u_T - скорость движения точек приложения этой силы; P_i - силы, приложенные к рычагу; u_i - скорости движения точек приложения сил; P_iи - силы инерции, обусловленные действиями сил P_i, (P_i,u_i)- угол между направлением сил P_i и скорости u_i.

В рассматриваемом случае u_T =wr, (T,u_T)=0

P_i_и = (P_i a_i^t)/g,

где a_i^t– тангенциальное ускорение точки приложения силы P_i.

Подставив значения в формулу, получим

i=k

Тwr=SP_iu_i [cos(P_iu_i)- a_i^t/g ]. (2)

i=1

Схема действия сил, приложенных к балансирному станку-качалке, показана на рис.

Схема усилий, действующих на балансирный станок-качалку

Весами отдельных деталей, таких, как шатун, различного рода крепежные и регулировочные устройства, установленные на балансире, пренебрегаем, поскольку их величины намного меньше весов перечисленных выше деталей.

Подставим приведенные выражения в основное уравнение (2) и введем следующие обозначения: Q- общий вес балансира с уравновешивающим грузом, L- расстояние от центра тяжести балансира до оси качания, L_i- радиус инерции массы, Q/g.

После несложных преобразований получим

T = (u_B / wr k)(P₀ k₁- L cosd+ L_i² Q /g× a_В^t/ k)- Q_p sinj. (3)

Приведенная формула является обобщенно, позволяющей вычислить тангенциальную силу в течение двойного хода точки подвеса штанг. Из нее следует, что усилие определяется нагрузкой Р₀ в точке подвеса штанг, положением кривошипа и балансира, тангенциальным ускорением балансира, соотношением длин отдельных элементов станка-качалки, весов и масс отдельных деталей и уравновешивающих грузов.

Пренебрегая массами деталей станка-качалки для различных способов уравновешивания, получим:

для роторного уравновешивания Т_р = (u_B k₁/ wr k)P₀- Q_p sinj. (6.6)

Если установка не уравновешена вообще, т.е. Q_б=0, Q_p=0, то уравнение (6.3) примет вид Т = (u_B k₁/ wr k)P₀. (6.7)

Для определения мощности двигателя СК сущ-ет множество формул. Наиболее распространённой и дающей более близкие результаты к фактическим показателям является формула, согласно которой эффективная мощность электродвигателя, кВт:

где ko — относительный коэффициент формы кривой вращающего момента на валу электродвигателя, равный отношению фактического коэффициента формы кривой к коэффициенту формы для синусоиды, равному 1,11, т.е. k₀=k_ф/1,11;

k_A — поправочный коэффициент, зависящий от отношения истинного пробега плунжера к длине хода сальникового штока (учитывающий влияние деформации штанг и труб); d_н — диаметр плунжера насоса в мм; Н — глубина подвески насоса в м; s — длина хода сальникового штока; n — число качаний балансира в минуту; N_О — постоянные потери в станке-качалке, не зависящие от нагрузки (потери «холостого хода») в кВт.

По значению N_Э, найденному по приведенной формуле, подбирается двигатель с номинальной мощностью N_Н так, чтобы N_Н>N_Э.

33 Станок-качалка цепным приводом (конструкция «ТатНИПИнефть»). Регулирование числа качаний.

33.Применение на скважинах с дебитом по жидкости до 130 м3/сут позволит по сравнению с УЭЦН получить примерно двукратное сокращение удельныхэнергозатрат на подъем продукции, т. к. КПД УЭЦН, как правило, не превышает 30 %. За счет большой длины хода цепных приводов необходимая производительность обеспечивается при частоте качаний до 4 мин-1, что снижает динамические нагрузки на штанги и привод, а также цикличность приложения нагрузок. Все это создает предпосылки существенного увеличения ресурса штанг и МРП скважин. Кроме того, в отличие от УЭЦН, обеспечивается возможность регулирования режима эксплуатации скважины в рамках технической характеристики привода без потери КПД и привлечения бригады ПРС для замены установки на другой типоразмер.

Для приведения в действие СШН при осуществлении технологического процесса используются длинноходовые цепные приводы ПЦ 80-6-1/4 и ПЦ 120-7,3-1/4 производства БМЗ, либо приводы ROTAFLEX различных модификаций. С технологической точки зрения все цепные приводы имеют следующие особенности:

− фиксированную длину хода;

− реверсивный редуцирующий преобразующий механизм, совмещенный с частью уравновешивающего груза фиксированной массы;

− благоприятный закон движения штанг с равномерной скоростью на большей части хода и относительно низкой частотой качаний;

− максимальную скорость штанг в 1,7 раза меньше, чем у балансирных аналогов при равной частоте качаний;

− при ремонте скважины откатываются от устья на необходимое расстояние.