Расчет уравновешивания станка-качалки

 

Расчет уравновешивания новых станков-качалокведется по формулам или по специальным номограммам, а уравновешивание действующих устано­вок проверяется с помощью ампер-клещей. В зависимости от расположения уравновешивающего груза различают балансирное, кривошипное(роторное) и комбинированное уравновешивания.

3.3.1. Балансирное уравновешивание.

Общую массу противовеса при балансирном уравновешивании опреде­ляют:

, (76)

где Р_ш - усилие от массы колонны штанг, н;

Р_ж - усилие от массы столба жидкости внутри НКТ от динамического уровня до устья скважины, н;

- длина переднего плеча балансира, Н;

С - расстояние от оси качания балансира до центра тяжести уравновеши­вающих грузов, м;

т - коэффициент, учитывающий уравновешивающее действие движу­щихся частей станка-качалки (удлинение заднего плеча балансира, траверсы, шатунов, кривошипов).

Значение коэффициента тп имеет следующие значения: СКЗ-0,721; СК5-0,627; СК6-0,618; СК8-0,602; СКЮ-0,590; СК12-0.512.

Как правило, количество плит уравновешивающего груза п₆ и масса од­ной плиты q_б выбираются из паспортных данных станка-качалки, а их значения составляют: n_б=19...32; q_б=330...360 н.

 

3.3.2. Кривошипное уравновешивание

 

На практике кривошипные уравновешивающие грузы имеют известную массу, поэтому расчет уравновешивания ведут не по определению массы про­тивовесов, а по определению расстояния установки грузов на кривошипах от оси их вращения. Для этой цели у каждого станка-качалки имеются свои рас­четные формулы, а наиболее универсальной (подходящей ко всем) является

, (77)

где - радиус кривошипа, см;

К - длина заднего плеча балансира, см;

Хр- масса роторных грузов, н;

S - длина хода ТПШ, см.

3.3.3. Комбинированное уравновешивание

Комбинированное уравновешивание применяется в станках-качалках для

средних нагрузок, так как балансирное уравновешивание в этих условиях при­вело бы к возникновению больших сил инерции от движущихся противовесов.

Нельзя не учитывать, что в условиях применения насосов малых диаметров при малых числах качаний необходимо максимально увеличить груз на балансире. При комбинированном уравновешивании определяются расстояния уста­новки кривошипных,грузов от оси вращения кривошипов:

, (78)

где - масса балансирного груза, н.

Задача 9 Рассчитать все виды уравновешивания станка-качалки при следующих исходных данных, приведенных в таблице 8.(при общих данных )

Таблица 8 - Уравновешивание станков-качалок

№ вар.	, мм	L, м			к1, мм	к, мм	С, мм	хР, кН	S, м
I	89(6,5)							20,0	1,0
	73(7)							20,5	1,1
	73(5,5)							21,0	1,2
	60(5)							21,5	1,3
	73(5,5)							22,0	1,4
	73(7)							22,5	1,5
	89(6,5)							23,0	1,6
	73(7)							23,5	1,7
	73(5,5)							24,0	1,8
	60(5)							24,5	1,9
	73(5,5)							25,0	2,0
	73(7)							25,5	2,1
	89(6,5)							26,0	2,2
	73(7)							26,5	2,3
	73(5,5)							27,0	2,4
	60(5)							27,5	' 2,5
	89(6,5)	145р						28,0	2,6
	73(7)							28,5	2,7
	73(5,5)							29,0	2,8
	60(5)							29,5	3,9
	89(6,5)							30,0	3,0
	73(7)							30,5	3,1
	73(6,5)							31,0	3,2
	60(5)							31,5	3,3
	89(6,5)							32,0	3,4

 

3.4 Определение усилий в шатунах станка-качалки при разных спо­собах уравновешивания

Усилия в шатунах станка-качалки зависят от направления перемещения головки балансира вверх- они растягиваются, а при ходе вниз- сжимаются. Ве­личина этих сил для каждого способа уравновешивания определяется по своим формулам, но основное выражение одинаковое и имеет следующий вид:

При ходе вверх

, (79)

При ходе вниз

(80)

где А, А’ - статические усилия, Н;

В, В’ - динамические усилия, Н;

φ=wt - угол поворота кривошипа, град.

Необходимо отметить, что значения тангенциальных усилий в пальцах криво­шипа будут определяться по следующим выражениям:

при ходе вверх

,

при ходе вниз (81)

,

причем составляющие А, А', В, В^; имеют отличающиеся выражения. При балансирном уравновешивании

(82)

, (83)

где Р_ж - усилие от массы столба жидкости внутри НКТ от динамического уровня до устья скважины, н;

Р_ш - усилие от массы колонны штанг, н;

- максимальное ускорение точки соединения траверсы с баланси­ром, определенное по элементарной теории, м/с²;

K₁, К - длины переднего и заднего плеча балансира, м;

С - расстояние от оси вращения балансира до центра тяжести уравнове­шивающих грузов, м.

При кривошипном уравновешивании

, (84)

, (85)

При комбинированном уравновешивании
, (86)

, (87)

где - масса балансирного груза, н.

Напряжения (растягивающие и сжимающие) определяются по следую­щему выражению:

, (89)

где - площадь поперечного сечения шатуна, мм².

Задача 10 Определить усилия в шатунах при всех видах уравновешивания, построить графики изменения усилий за один двойной ход ТПШ по 12 значениям угла поворо­та и максимальное значения напряжений. Исходные данные по вариантам приведены в таблице 9, общие данные следующие .

Таблица 9. - Усилия в шатунах станка-качалки.

 

№ вар.	мм	L, м		,	r, м	мин^-1	К1, м	С, м
	60(5)				1,10	7,0	3,5	3,0
	73(5,5)				1,08	7,2	3,4	2,9
	73(7)				1,06	7,4	3,3	2,8
	89(6,5)				1,04	7,6	3,2	2,7
	89(8)				1,02	7,8	3,1	2,6
	60(5)				1,00	8,0	3,0	2,5
	73(5,5)				0,98	8,2	2,9	3,0
	73(7)				0,96	8,4	2,8	2,9
	89(6,5)				0,94	8,6	2,7	2,8
	89(8)				0,92	8,8	2,6	2,7
	89(6,5)				0,90	9,0	2,5	2,6
	7^<3(7)				0,88	9,2	2,6	2,5
	73(5,5)				0,86	9,4	2,7	3,0
	60(5)				0,84	9,6	2,8	2,9
	73(5,5)				0,82	9,8	2,9	2,8
	73(7)				0,80	10,0	3,0	2,7
	89(6,5)				0,78	10,2	3,1	2,6
	89(8)				0,76	10,4	3,2	2,5
	60(5)				0,74	10,6	з,з	3,0
	73(5,5)				0,72	10,8	3,2	2,9
	73(7)				0,70	11,0	3,2	2,8
	89(6,5)				0,68	11,2	3,2	2,7
	89(8)				0,71	11,4	3,3	2,6
	73(5,5)				0,73	11,6	3,4	2,5
	73(7)				0,75	11,8	3,5	3,0

 

НАСОСНЫЕ ШТАНГИ