Определение длины хода плунжера штангового насоса

При работе УШГН принято условно выделять два режима — статический и динамический.

Статический режим работы УШНГ подразумевает работу колонны насосных штанг, без вибраций и колебаний. При данном режиме работы вибрационные нагрузки отсутствуют или пренебрежительно малы.

Динамический режим работы УШНГ характеризуется наличием заметных знакопеременных перемещений колонны насосных штанг и труб. В этом случае вибрационными нагрузками пренебрегать уже нельзя.

Границу перехода от одного режима к другому определяют с помощью критерия Коши:

(1)

где: — угловая скорость кривошипа, 1/с;

= 4600…5300 м/с — скорость распространения звука в колонне насосных штанг;

— время, за которое упругие возмущения в колонне штанг достигают плунжера насоса, с.

Таким образом, параметр Коши характеризует величину угла, на который успевает повернуться кривошип станка-качалки от начала упругого возмущения в колонне штанг, вызванного изменением направления движения головки балансира станка-качалки.

В случае, когда значение критерия Коши меньше или равно 0.4, режим работы УШНГ считают статическим, если больше — динамическим.

Длина хода плунжера с учетом действия статических сил определяется по формуле:

, (2)

где: S_А - длина хода точки подвеса штанг (полированного штока);

λ - сумма статических деформаций;

λ_ш - деформация штанг под действием перепада давления над и под плунжером при ходе вверх,

(3)

где: ΔР_ж - вес столба жидкости над плунжером,

, (4)

где: F - площадь проходного сечения цилиндра;

Р_ст - давление столба жидкости над плунжером;

Р_б - буферное давление в выкидной линии;

Р_г - потери давления, обусловленного сопротивлением потоку жидкости в трубах;

Р_с - давление под плунжером, определяемое глубиной погружения насоса под динамический уровень и сопротивлением потоку жидкости в клапанах насоса и в фильтре

Е_ш - модуль упругости материала штанг;

L - глубина подвески насоса;

f_ш - площадь поперечного сечения штанг.

Деформация труб при ходе штанг вниз

. (5)

где: ΔР_ж - вес столба жидкости над плунжером;

Е_т - модуль упругости материала труб;

f_т - площадь поперечного сечения труб (по металлу).

При ходе штанг вниз на них действует осевая сила, направленная вверх Р_с. Эта сила вызвана сопротивлением потоку Жидкости в нагнетательном клапане и трением плунжера о цилиндр. Сила Р_с вызывает сжатие и продольный изгиб нижней части колонны штанг.

Если эти силы не уравновешиваются утяжеленным низом штанг, то соответствующая деформация, уменьшающая длину хода плунжера, будет:

; (6)

(7)

где: L_сж - длина сжатой части колонны;

R_с - радиус спирали, по которой изогнута сжатая часть колонны,

; (8)

где: D_т - внутренний диаметр труб;

d_ш - диаметр штанг;

I - момент инерции поперечного сечения штанг;

q_ш - вес 1 м длины штанг в жидкости.

Если осевая сила Р_с < 10 кН, то можно использовать более простую формулу А. Лубинского для определения λиз:

. (9)

При двухступенчатой колонне штанг с учетом сопротивлеления движению штанг в вязкой жидкости А. С. Вирновским получена зависимость:

(10)

где: b - константа трения, обычно равна 0,2 - 1,0 c^-1;

μ1 - критерий Коши;

f_ш - площадь сечения штанг;

- гиперболический синус.

Без учета сопротивления движению штанг в вязкой жидкости

(11)

Если колонна штанг одноступенчатая, в вязкой жидкости

(12)

без учета вязкости (β = 0)

(13)

Индексы 1 и 2 соответствуют верхней и нижней ступеням колонны.

Поиск по сайту: