Подбор по приведенному напряжению одноступенчатой колонны насосных штанг для работы насоса на глубине 1270 м

Задача № 7

          Подобрать по приведенному напряжению одноступенчатую колонну насосных штанг для работы насоса D_пл=28 мм на глубине L=1270 м . Плотность нефти ρ_ж = 895 кг/м³; длина хода полированного штока S; число качаний в минуту n;  диаметр штанг d_{ш 2}=22 мм.

Решение

Определение прочности колонны насосных штанг по приведенному напряжению

А.С.Вирновский предложил на основе элементарной теории следующее расчетное уравнение для определения приведенных напряжений в любом сечении колонны насосных штанг:

где     σmax,  σa – соответственно максимальное и амплитудное значения напряжений.

Тогда условие прочности колонны насосных штанг выглядят следующим образом:

σпр < [σпр];

σпр =15 МПа< [σпр]= 70 МПа  (сталь 40);

σmax < [σ];

σmax =11,4 МПа< [σ]= 70 МПа.

Максимальное напряжение в опасном сечении колонны σmax определяют по формулам:

σmax < σср + σa=10+1,4=11,4МПа;                                    

          ,

где     σ_ср – среднее напряжение цикла, действующее на верхнее сечение штанг;

σ_а – амплитуда напряжения;

е  –  средний кинематический коэффициент станка–качалки,

  равный 1,05;

S – ход полированного штока;

ω – угловая скорость кривошипа;

n – число качаний в минуту.

Максимальную нагрузку на штанги Р_мах определяют по формуле:

   где     F_пл – площадь сечения плунжера.

Максимальное напряжение в ТПШ σ_max^' определяют по формуле:

σmax =11,4 МПа< [σ]= 40 МПа.

Вывод: По произведенным расчетам данная колонна насосных штанг из материала сталь 40 для работы насоса D_пл=28 мм на глубине L=1270 м по приведенному напряжению подходят.