1474
.pdfВ оборудовании применен устьевой сальник с двойным уп лотнением. Для перепуска газа в систему нефтяного сбора и для предотвращения излива нефти в случае обрыва полированного штока предусмотрены обратные клапаны.
Оборудование унифицировано с серийно выпускаемой фон танной арматурой с проходными пробковыми кранами табл. 7.17.
Таблица 7.17
Технические характеристики устьевого оборудования
Показатели
Рабочее давление, МПа:
—в арматуре
—в устьевом сальнике при остановившемся станке-
качалке
—при работающем станке-качалке
Тип запорного устройства:
—ствола
—боковых отводов
ОУ-140-146/168-65Б |
ОУШ-65/50Х 140 |
14 |
14 |
14 |
14 |
4 |
4 |
Кран пробковый |
|
проходной |
— |
типа КППС |
|
|
Вентиль угловой |
То же |
с Dy = 50 мм, |
|
Рр= 14 МПа |
Рабочая среда |
Не коррозионная |
Нефть, газ. |
|
газоконденсат |
|||
|
|
||
Габариты, мм |
2100x430x996 |
1100x680x950 |
|
Масса, кг |
450 |
200 |
|
Оборудование устьевого типа ОУШ-65/50Х |
140 и ОУШ-65/ |
||
50Х Х140ХЛ состоит из корпуса (рис. 7.55), в котором размеще на муфтовая подвеска, обеспечивающая подвешивание колон ны подъемных труб. На подвеске установлены сальниковые уст ройства для герметизации штока скважинного насоса и отвод с вентилем, предназначенный для пропуска в затрубное простран ство скважинных приборов.
Эксплуатация скважины осуществляется через боковой отвод трубной головки, на котором установлены быстросъемный дрос сель и запорный угловой вентиль. Второй боковой отвод с вен тилем сообщен с затрубным пространством.
Шток скважинного насоса
□
Рис. 7.55. Оборудование устьевое ОУШ-65/50Х 140 и ОУШ-65/50Х 140 ХЛ:
1 — корпус; 2 — трубная подвеска; 3 — сальник устьевой
При обрыве штока скважинного насоса конструкция сальни кового устройства обеспечивает перекрытие его прохода, пре дотвращая излив жидкости из скважины.
Для сброса избыточного давления в затрубном пространстве в выкидную линию в муфтовой подвеске предусматривается пе репускной клапан.
7.2.6. СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ В ТОЧКЕ
ПОДВЕСА ШТАНГ
Нагрузка в точке подвеса штанг балансирного станка-качал ки обусловлена:
1)статическими нагрузками от силы тяжести жидкости и штанг, сил трения плунжера в цилиндре и штанг о трубы;
2)силами инерции движущихся масс, возникающими при движении с ускорением колонны штанг, и столба жидкости;
3)динамическими нагрузками, возникающими в результате, вибрации штанг.
Практическое значение имеют суммарные минимальные и максимальные нагрузки на штанги, величина которых может быть определена либо непосредственно изменениями динамометрированием, либо рассчитана.
Как уже было показано, максимальная величина статической нагрузки будет при ходе штанг вверх
Р = Р + Р , |
(7.1) |
где Рж— сила тяжести жидкости, находящейся над плунже ром; Рт — тяжести штанг в жидкости.
Приняв для упрощения расчетов глубину спуска насоса рав ной динамическому уровню, можно записать
Р |
= q L + q Lb |
, |
9 |
(7.2) |
|
СТ |
^ Ж |
ТЩТ |
у |
v ' |
|
где <7ж— вес 1 м столба жидкости над плунжером глубинного насоса; qmj — вес 1 м штанг (с учетом веса муфт) в воздухе; L — длина штанг; = 1 — рж/ршт (здесь ршт, рж— плотность матери ала штанг и жидкости).
Силой трения штанг о трубы можно, как показывают иссле дования, пренебречь, если искривление скважины не превыша ет 5—6° Силы инерции могут быть определены по формуле
г, = <«>
где М — масса движущихся деталей; /тах — максимальное ус корение точки подвеса штанг.
Поскольку откачиваемая жидкость сжимаема вследствие на личия растворенного и свободного газа, то в расчете может учи тываться только масса штанг М = Рт/ q.
С учетом сил инерции максимальная нагрузка в точке подве са штанг будет
Чп2
Р |
= Р |
+ Р b + Р |
• |
(7.4) |
|
1max |
1ж |
шт^у |
шт j |
|
|
Динамическая нагрузка при ходе штанг вниз
О |
|
р |
С |
г |
р = £ ш - г . |
= £ ш - ± (Л2п - L ) |
|||
g |
тп |
g |
2 |
Г |
|
|
|
|
(7.5) |
1min |
шт у |
8 |
2 |
|
|
|
|
||
7.2.7. УРАВНОВЕШИВАНИЕ БАЛАНСИРНЫХ
СТАНКОВ-КАЧАЛОК
Как уже отмечалось, равномерная нагрузка приводного дви гателя штанговой глубиннонасосной установки возможна толь ко при наличии уравновешивающего устройства. В балансирных станках-качалках наиболее широко применяют уравновешиваю щие устройства, состоящие из грузов, установленных на балансире
ироторе.
*Под уравновешенностью установки подразумевается равенство ра бот, совершаемых двигателем при ходе вверх и вниз, т.е. Ав = Ан.
Определим вес груза, устанавливаемого на балансире, при котором установка будет уравновешена. Воспользуемся для это го элементарной теорией. Механическая работа сил инерции на полированном штоке будет равна нулю, так как при его разгоне силы инерции будут иметь положительный знак, а при тормо жении — отрицательный.
При движении штанг вверх работа будет затрачиваться на перемещение штанг и жидкости
А = < * .+ W |
<™) |
при ходе вниз |
|
А = ~ Р Ш, S. |
(7.7) |
Полезная работа за двойной ход будет |
|
* - W -
При установке на балансире в точке В уравновешивающего груза G (рис. 7.56) механическая работа при ходе вверх и вниз будет соответственно равна (полагаем, что переднее плечо ба лансира равно заднему)
A. = (Px + Plim) S - G S
(7.8)
А = -PwmS+ GS
Рис. 7.56. Кинематическая схема балансирного станкакачалки с балансирным уравновешиванием
Если в уравновешенном станке-качалке Ав = Ан, то, прирав няв правые части уравнений, получим
G = P J 2 + Pm . |
(7.9) |
Поскольку в реальных станках-качалках груз в точке В не устанавливают, то с учетом различных длин плеч балансира вес уравновешивающего груза будет равен
G = (PJ2 + P J a /c . |
(7.10) |
Данный способ уравновешивания называется балансирным, он прост, но его основным недостатком является появление допол нительных инерционных сил, обусловленных наличием массы груза G. Инерционные силы отрицательно сказываются на ра боте всех деталей установки.
От этого недостатка свободен роторный способ уравновеши вания (рис. 7.57). Уравновешивающий груз Gpмонтируют на кри вошипе. При ходе штанг вверх и вниз совершенная двигателем
работа будет равна |
|
A, = (Pm + Px) S - G p2 R \ |
|
4 = - ^ + <7,2* J |
(7Л1) |
Приравняв правые части уравнений, получим (полагая, а = Ь)
СР = ^ - ( 2 7 ,шт + 7>ж)- |
(7.12) |
Но 5 = 2т, тогда <?„=-£- ( р т + £ |
* - ) , |
а с учетом различной длины плеч |
балансира |
Gp = " м (/>шт+~ ? ) ‘ |
(7ЛЗ) |
При роторном уравновешивании постоянен вес грузов, кото рые уравновешивают их перемещением по кривошипу, т.е. из меняют радиус R.
Значение величины R определяется по формуле |
|
R = |
(7.14) |
*)*> < *,
Рис. 7.57. Кинематическая схема балансирного станка-качалки с роторным уравновешиванием
Рис. 7.58. Кинематическая схема балансирного станка-качалки с комбинированным уравновешиванием
При 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. 7.58).
Вес груза на роторе определяется следующим образом:
При ходе штанг вверх и вниз работа, затрачиваемая двигате лем, равна
Ав= (Ршт+ Рж) Sa- GS6- Ср2Л; An= -ParSt+ GS6 + Gv2R,
Определим величину груза Gp,задавшись значением веса гру за G.Для этого приравняем правые части уравнений.
•о |
фII |
в Н |
i |
S GG |
|
|
2R ' |
||||
|
|
|
+4)' |
||
Тогда получим |
Sa= |
2г, |
5 в = Т |
2 г ’ |
|
G ———( р |
+ |
* ■ |
|
||
р_ |
я ь Г |
шт |
1 |
2 |
|
(7.16)
(7.17)
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.
7.2.7Л. Определение усилий в шатуне при различных способах уравновешивания
При расчете будем пользоваться элементарной теорией, при нимая 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. 7.56)
Раа —РщЬ—G6c + Glbc = 0, |
(7.18) |
где Gs — инерционное усилие.
Силами трения, весом деталей установки пренебрегаем. Тогда
Рт — ^-Ра —Ga |
(7.19) |
Подставив значения сил, получим
р„=(рт - р „ + р 1) ± - ( р ш + 1 ± . ) ± ± . +
I ( о |
I |
\ |
« |
и>в |
се |
(7.20) |
"М |
шт + |
2 ) |
с |
g |
IT * |
|
Преобразовав это выражение, получим
Рт= а/b Рж+ [Рт а'/Р + (Рш+ PJ2 )ас/Ь? соJg], (7.21)
так как cou = coVcosa, то полученное выражение можно записать
в Рж Рщ= Ь 2 + [Я » т £ + (Л » т + ^ ) £ ] ^ с о 8 « . (7.22)
При движении штанг вниз уравнение моментов относитель но точки О будет следующим:
Р а - Р ' Ь - G,c + G.x = 0, |
(7.23) |
откуда
Р' = Pa/b - G6c/b + G^c/b.
Подставив значения сил, получим
|>;-т*-+г р<-(р"+тг)т-7+ |
|||||
, (т> , |
Рж \ |
а |
с |
wB |
с |
■+■ (/ш г -Г |
2 ) |
е |
Ъ |
g |
Ь * |
После сокращения и замены ю |
получим |
||||
(7.24)
(7.25)
^ . = --5--%- + [ £ ^ + (Р »,+ - ^ ) - £ ] ^ с ш а . (7.26)
При роторном уравновешивании уравнение моментов сил, дей ствующих на балансир относительно точки О, будет (см. рис. 7.57)
Ра а - РШЬ = 0 . |
(7.27) |
Подставив значения Ра и решая относительно Рш, получим
РШ = Ф ( Р ШГ+ Р»+ Р)- |
(7-28) |
Как и в расчетах для балансирного уравновешивания,
Р, = Ршт(co2r/g) cosa. |
(7.29) |
Подставив значение Р. получим
( />ш т + P J a/ b + рш а2/Ьг(а)2r/g) cosa. |
(7.30) |
Для хода штанг вниз аналогично получим
Р. п а , п в* о)2г
m = P m j - + P m -р- — cosa.