Расчет опорных элементов. Расчет модульной вставки. Расчеты на прочность штанг

4 Расчетная часть

4.1 Расчет опорных элементов

При выходе из строя ротора- необходимо поднимать колонну штанг и НКТ, в то время как у вставного винтового насоса можно было бы поднять только колонну штанг вместе с ротором и статором.

Для фиксации ротора в НКТ используем коническое соединение. Их особенностью является напряженность и высокая прочность соединения при возможности сборки и разборки конической пары без нарушения поверхности деталей. 

В неподвижном коническом соединение крутящему моменту противодействует момент трения, который возникает на соприкасающихся поверхностях под влиянием силы Q, действующей вдоль оси (осевое давление) и вызывающей нормальное удельное давление р на сопряженной поверхности.

Условие неподвижности соединения:

                                                  М_ТР > М_Р ,(4.1)

где     М_ТР - момент трения в коническом соединении;

 М_Р - реактивный момент на корпусе насоса.

Рисунок 4.1- Схема конического соединения

Момент трения в коническом соединении [12]:

                                        ,                                             (4.2)

где      f-коэффициент трения;

Q-осевое давление;

D-больший диаметр конуса;

d- меньший диаметр конуса;

α-угол наклона конуса.

Из условия 4.1 имеем

                               ,                                             (4.3) 

Следовательно

                                  ,                                             (4.4)

В случае если выражение в скобках в формуле 4.4 больше 1 то угол выбираем из возможности обеспечения заданного проходного сечения муфты упорной.

Осевое давление:

                     ,             (4.5)

где    D_н, d_н  - размеры ниппеля упорного, м;

H-глубина спуска насоса;

           h  - длина насоса, м;

ρ_ж - плотность добываемой жидкости, м³/кг;

m_н – масса насоса;

g=9.8 Н/кг.

4.2 Расчет модульной вставки

Наличие 2-х редукторов для привода насоса позволяет легко регулиро-вать подачу насоса посредством изменения частоты вращения ротора. В нашем случае мы будем это производить посредством изменения передаточного отношения модульной вставки.

Для расчета зубчатой передачи нам нужно определить необходимую частоту вращения ротора насоса:

·  Рассчитываем требуемый напор [13]

                                  ,                              (4.6)

где      Н_СТ–статический уровень жидкости в скважине в м. ст. жидкости;

Н_Г–разность отметок среднего уровня жидкости в трапе от устья скважины в м. (если уровень в трапе ниже, чем в устье скважины, Н_Г отрицательно);

Н_Т – давление в трапе в м. ст. жидкости;

ΔН_Д –глубина депрессии, т.е. снижение статического уровня (в м. ст. жидкости) при установившемся отборе жидкости из скважины;

Н_ТР – потери напора в трубах.

Глубину депрессии определяют по формуле:

                                              ,                                         (4.7)

где       Q_СКВ- производительность скважины;

κ- коэффициент продуктивности;

n-показатель фильтрации в призабойной зоне;

γ- удельный вес жидкости.

·  Пересчитываем характеристику, из-за отличия вязкости жидкости на которой проходило испытание насоса от вязкости пласттовой жидкости 

                                       ,                                         (4.8)

где    Q₁-производительность насоса при вязкости μ₁;

          Q-производительность насоса на испытательной жидкостиж;

          η_o-объемный к. п. д.;

          μ-вязкость испытательной жидкости;

·  По пересчитанной характеристике находим подачу Q, соответствующую напору насоса Н_СКВ.

·  Высчитываем частоту вращения ротора насоса n₁:

                                                               ,                                              (4.9)

 где     n- частоту вращения ротора насоса  при которой определяли характеристику насоса.

Чтобы уменьшить затраты на изменение частоты вращения ротора насоса будем вписывать зубчатую передачу в межосевое расстояние готового корпуса модульной вставки.

Для облегчения работы механика была написана САПР «УНВП», которая используя вышеуказанные формулы и стандартный расчет цилиндрической косозубой передачи выдает чертеж ведомого и ведущего колес в формате DXF, который является универсальным форматом САПР, т. е. после САПР «УНВП» чертеж можно будет редактировать, например, в САПР «Компас».

Ниже приведен текст программы:

unitUnit1;

interface

uses

  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,  Dialogs, StdCtrls, Mask,math, Buttons, ExtCtrls, Grids, ValEdit, Menus;

type

  TForm1 = class(TForm)

    t_N_dv: TMaskEdit;

    t_nn_dv: TMaskEdit;

    t_h1: TMaskEdit;

    t_h2: TMaskEdit;

    OpenDialog1: TOpenDialog;

    qskv: TStaticText;

    StaticText1: TStaticText;

    StaticText2: TStaticText;

    StaticText3: TStaticText;