Підвіска гирлового штока (мал. 1.10, табл. 1.7) складається з верхньої і нижньої траверс, двох затискачів каната і затискача гирлового штока. Для установки в підвісці гідравлічного динамографа в неї вставляють два гвинти, за допомогою яких розсовуються траверси підвіски.

Рис. 1.10 Підвіска гирлового штока

Таблиця 1.7 - Основні розміри підвіски гирлового штока

Розміри у міліметрах

Верстат-качалка | Підвіска гирлового штока | d | d1 | A | L | B | H

6CК-6-2.1-2500 | ПСШ 6 | 22,5 | 31 | 150 | 285 | 106 | 210

Штоки сальникові гирлові ШСУ призначені для з'єднання колони насосних штанг з канатною підвіскою верстата-качалки.

1.4 Принцип роботи верстата-качалки

Обертання від трифазного асинхронного електродвигуна через клинопасову передачу передається на ведучий вал редуктора верстата-качалки. Зі зменшеною частотою обертання і збільшеним крутним моментом рух надається веденому тихохідному валу редуктора, на кінцях якого закріплені два кривошипи. На кінцях кривошипів нерухомо закріплені зрівноважуючі вантажі. В одному з чотирьох отворів кривошипів (відповідно до довжини ходу сальникового штока) до нього приєднані шатуни, які вгорі з’єднані траверсою. Траверса в свою чергу рухомо зв’язана з балансиром. Таким чином утворюється кривошипно-шатунний механізм, що перетворює обертальний рух електродвигуна в зворотньо-поступальний рух балансира, а через нього коливання передається через підвіску і сальниковий шток колоні насосних штанг і відповідно плунжеру глибинного насоса.

2 Розрахункова частина

2.1 Розрахунок зрівноваження верстата-качалки

Для розрахунку зрівноваження верстата-качалки спочатку підберемо колону насосних штанг, НКТ.

За умовним діаметром насоса і глибиною його спуску вибираємо двохступінчасту колону насосних штанг: 1-а (нижня) ступінь – діаметром d1=16 мм і довжиною l1=1700·0,66=1122 м; 2-а ступінь (верхня) – діаметром d2=19 мм і довжиною l2=1700-1122 =578 м.

Визначаємо вагу колони штанг

, (2.1)

де м – густина матеріалу штанг, м=7800 кг/м3;

р – густина пластової рідини, р=860 кг/м3;

q1 i q2 – маса 1м п. штанг нижньої і верхньої секцій відповідно, q1= 1,67 кг/м, q2=2,35 кг/м;

g=9,81 м/с2.

.

Оскільки вибраний насос вставний, за його зовнішнім діаметром (d=48,2 мм) вибираємо труби НКТ (ГОСТ 633-80) умовним діаметром 60 мм; dзовн=60,3 мм; діаметр муфти dмуфти=73 мм; внутрішнім діаметром dвнутр=50,3 мм; товщиною стінки =5 мм; маса 1 м труби (при довжині 8 м) qнкт=6,8 кг; площа поперечного перерізу труби fнкт=8,7 см2; площа перерізу каналу труби Sнкт=19,9 см2.

Визначаємо вагу стовпа рідини в колоні НКТ

(2.2)

Для створення рівномірного навантаження на привідний двигун ШСНУ необхідною є наявність зрівноважуючого пристрою. В балансирних верстатах-качалках найбільш широко застосовують зрівноважуючі пристрої, що складаються із вантажів, встановлених на балансирі і/або на роторі.

У верстаті-качалці СК-6-2.1-2500 використовується роторне зрівноваження.

Рис. 2.1 Кінематична схема балансирного верстата-качалки з роторним зрівноваженням

Зрівноважуючий вантаж Gp монтують на кривошипі. При ході штанг вгору і вниз робота двигуна буде рівною:

; (2.3) . (2.4)

Прирівнявши праві частини рівнянь, одержимо (вважаючи, що а = b)

. (2.5)

Але S=2r, тоді

. (2.6)

В даному випадку маса зрівноважуючого вантажу відома, а зрівноваження досягається переміщенням вантажів по кривошипу, тобто зміною радіусу R:

. (2.7)

Для забезпечення необхідного добового дебіту ШСНУ довжину ходу сальникового штока вибираємо рівною 1,2 м. Тоді r=s/2=1.2/2=0.6 м.

Вага вантажу становить Gp=2·7500=15000 Н.

.

При роторному зрівноваженні інерційні зусилля, що виникають при русі вантажів, сприймаються тільки підшипниками кривошипного валу і при його постійній кутовій швидкості обертання не передаються на інші деталі установки.

2.2 Розрахунок балансира

Балансир розраховуємо на згин за найбільшим навантаженням на головку балансира. Розрахунок максимального навантаження можна проводити за наступними формулами:

формула І.М. Муравйова

, (2.8)

де Карх – коефіцієнт, що враховує втрату ваги штанг, розміщених в рідині, Карх=(шт-р)/шт=(7800-860)/7800=0,8897;

n – частота подвійних коливань балансира за хвилину, n=15 хв-1.

- формула І.А. Чарного (2.9)

,

де ц – критерій Коші для визначення режиму роботи установки, ц=щНн/а, де Нн – глибина спуску насоса, м; швидкість звуку в колоні штанг, м/с (для двохступінчастої колони а=4900 м/с); щ – кутова швидкість обертання кривошипа, рад/с; щ=р·n/30=3,14·15/30=1,57 рад/с.

. (2.10)

- формула Кемлера

; (2.11)

формула Д.С. Слоннеджера

. (2.12)

Обчислюємо середнє значення

. (2.13)

Балансир розраховуємо в його горизонтальному положенні (рис. 2.2). При

Рис. 2.2 Зрівноваження верстата-качалки

цьому положення шатунів та кривошипів визначаються з наступних співвідношень.

ВС·sinб+AC·sinв=DK (2.14)

; (2.15)

; (2.16)

, (2.17)

де SABC – площа трикутника АВС;

; (2.18)

; (2.19)

; (2.20)

;

;

;

. (2.21)

Визначаємо опорні реакції і згинаючі моменти.

, (2.22)

де q – вага 1м двотавра, з якого зроблений балансир, Н/м.

Епюра згинаючих моментів балансира

; (2.23)

. (2.24)

Згинаючі моменти:

; (2.25)

; (2.26)

. (2.27)

За найбільшим згинаючим моментом визначаємо максимальне напруження згину, що діє в тілі балансира

, (2.28)

де Wх – осьовий момент опору перерізу двотавра №55 балансира, Wх= =1589 см2.

Коефіцієнт запасу міцності на згин

, (2.29)

що є достатнім.

Розрахунок опори балансира.

В якості опори балансира застосовуються сферичні роликопідшипник 3620 в якого діаметр ролика Dрол=31 мм; довжина ролика lрол=26,4 мм; кількість роликів в одному ряду z1р=14; б=14.

Напруження, що виникають в точці контакту ролика і кільця

. (2.30)

Границя міцності за контактними напруженнями для підшипникових сталей

|к|=3500 МПа. Отже коефіцієнт запасу міцності

, (2.31)

що є достатнім.

2.3 Перевірочні розрахунки колони НКТ на міцність

Навантаження, що діє на верхню трубу колони НКТ – це сума ваги колони НКТ і рідини, що в ній знаходиться

. (2.32)

Вага пустої колони НКТ становить

, (2.33)

.

Визначаємо напруження в тілі труби

, (2.35)

де n – коефіцієнт запасу міцності, n=1,5;

fнкт – площа поперечного перерізу труби НКТ.

Вибираємо НКТ групи міцності Е, в=699 МПа.

Максимальне навантаження колона НКТ зазнає при аварії, пов’язаній з обривом штанг; при цьому навантаження, що діє на верхню трубу:

. (2.36)

Різьбова частина труби