РОЗРАХУНОК КОЛОННІ ШТАНГ
Насосні штанги схильні до асиметричного циклічного навантаження, що характеризується значенням і .
- максимальна напруга у небезпечному перерізі за цикл;
- Мінімальна напруга (при ході вниз).
Довговічність роботи штанг визначають залежно від найбільшої напруги середньої амплітуди напруги за цикл і числа ходів ТПШ в одиницю вермені.
За Вірновським ця залежність має вигляд:
(152)
де N - Число циклів до обриву штанг.
Для будь-якого перерізу колони штанг на відстані Х метрів від плунжера насоса визначають з наступних співвідношень:
(153)
(154)
(155)
де Д-діметр плунжера, мм;
d – діаметр штанг, мм;
- Середній кінематичний показник СК;
- щільність металу штанг, кг/м3;
ω – кутова швидкість кривошипу, радий;
S - Довжина ходу СК, м;
g – прискорення сили тяжіння;
- Щільність рідини, кг/м 3 ;
L – глибина підвісу колони, м-коду.
При застосуванні ступінчастої колони штанг довжини щаблів колон підбирають те щоб найбільші значення верхніх перерізів були однаковими, тобто.
(156)
де – максимальна напруга щаблів;
- Середні амплітуди напруги ступенів.
Для ступінчастої колони напруги визначають за формулами Вірновського.
Для нижнього ступеня:
(157)
(158)
(159)
Для верхнього ступеня:
(160)
(161)
(162)
Підставляючи у формули значення окремих її символів і вирішуючи щодо , отримаємо у частках від довжини колони L. Спосіб розрахунку запропонований Фаєрманом та Гаврилкевичем.
Наведена напруга визначається за формулою (163) для кожного із матеріалів штанг.
(163)
іскладають, наприклад:
для сталі 40У - 70 МПа;
для сталі 20ХН – 90 МПа;
для сталі 20 НМ – 110 МПа;
Завдання розрахунку колони (вибору її окремих ланок) спрощується застосуванням номограми Грузинова.
Номограма складається з трьох систем шкал та ліній (рисунок 41).
Система 1 – сукупність поєднань застосовуваних діаметрів насосів та штанг. Найменшому діаметру штанг відповідає верхня точка на лінії насосів.
Система 2 – кількість хитань насосів (абсцису) та довжина ходу (ординату).
Система 3 служить для розрахунку ступінчастих колон.
Визначити кількість та розмір ступенів колони штанг за даних:
а)наведена напруга Rпр=90 МПа; б) підвіска насоса L = 1920м; в) діаметр насоса Д = 38 мм; г) кількість ходів насоса n = 12; д) довжина ходу S = 1,8 м.
Вибираємо нижній ступінь діаметром ''. З'єднуємо точку «0» із точкою ¾ на лінії насоса Д=38 (точка К).
Малюнок 41 – Номограма Грузінова
Порядок користування номограмою стане зрозумілим, якщо виконати наступне завдання.
З точки "г", що відповідає підвісці насоса (на осі L), відновлюємо перпендикуляр до перетину з прямої "ОК" у точці "а".
З точки L на осі абсцис проводимо пряму до точки е (система П), що лежить на перетині заданого числа ходів 12 і довжини ходу 1,8.
З точки "а" проводимо лінію, паралельну "Le" до перетину з горизонталлю, що відповідає величині Rn=9.
На лінії "cf", що відповідає L = 1100 м, відкладаємо відрізок "cd" = "bd". Точка d відкладається на обраному нами діаметрі штанг у системі на перетині з горизонталлю bd.
З точки d проводимо лінію dm до перетину з cb і відкладаємо md = cd і так далі.
Кількість відрізків тощо. і є довжинисходів
– ¾’’
– 7/8''
- 1''.