Определение осевых и радиальных усилий, возникающих при работе электроприводных центробежных насосов (ЭЦН) для добычи нефти.

 

Осевые и радиальные усилия, действующие при работе ЭЦН, возникают за счт перепада давления на каждом рабочем колесе; в насосе в целом, а также за счет дисбаланса ротора (вал насоса с защитными втулками и рабочими колесами в сборе) насоса.

Наличие указанных нагрузок требует оснащения насосов системами осевых и радиальных подшипников.

В большинстве конструкций ЭЦН отечественного производства применяется «плавающее» рабочее колесо, осевая нагрузка, действующая на каждом рабочем колесе, передается на соответствующий направляющий аппарат (см. рис.5).

В этой конструкции ЭЦН осевая нагрузка, действующая на торец вала насоса, является произведением давления насоса (секции насоса) на площадь поперечного сечения вала. Эта нагрузка воспринимается осевой опорой вала, расположенной в секции насоса (см.рис.6), или осевой опорой протектора гидрозащиты погружного электродвигателя (ПЭД).

Выбор материалов осевых и радиальных опор насосов зависит от нагрузок и физико-химических свойств откачиваемой жидкости (см.табл. 1).

Осевая нагрузка, возникающая на рабочем колесе при работе насоса, может быть приближенно определена по формуле:

Ар.к. = К (F₂- F₁) рg Нет. (1)

где- К -коэффициент, учитывающий изменение напора в НА ступени и

тип РК, К = 0,6-0,8;

F2 = 0,785 (D2²-d2²),

Fi = 0,785 (Di²-di²),

D1 и D2- наружные диаметры переднего (нижнего) и заднего (верхнего) диска рабочего колеса (см.рис.7), м.

d1 и d2- наружные диаметры опорного бурта НА на переднем диске РК и диаметр защитной втулки на заднем диске РК(см.рис.7), м. р - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м g - ускорение свободного падения, м/с² Нет. - напор ступени, м.

Осевое усилие, возникающее на валу электроприводного центробежного
насоса с «плавающими» рабочими колесами, определяются по формуле:
А в. п. к = Fe. * Рнае., (2)

где: Fe = 0,785d², Рнае. = рg ИНет

Здесь Fe - площадь поперечного сечения вала насоса; d - диаметр вала насоса; Рнае. - давление насоса; р - плотность перекачиваемой жидкости (все данные имеют размерность в системе СИ).

Осевое усилие на валу насоса с фиксированным расположением рабочих

колес («распертые» колеса)определяется по формуле:

А в.ж.к. =И А р.к. + А в.п.к (3)

где А р.к. - осевая нагрузка от одного рабочего колеса,

А р.к. = 0,785 К (D2²- Di²) р g Нет).

Радиальная нагрузка, возникающая на валу насоса:

R = m r о/

где m - масса ротора (вал насоса + защитные втулки + рабочие колеса); r -радиус дисбаланса ротора (для нового насоса может быть принят радиальному зазору, равному допуску сопряжения «втулка рабочего колеса ■ расточка направляющего аппарата, см. рис. 4). со -угловая скорость вращения ротора насоса.

 

Расчет оптимальной величины нагрузки на уплотнительные элементы пакеров с механическим управлением.

 

2. Расчет пакера:

Определение наименьшей величины осевой силы Q действующей на пакер, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины проводится по формуле:

 

Q > 0,111 AP F + G F [ (Яс² - Гш²)³ - (Яп² - Гш²)³ ] / [(Яс² - Гш²)² + (Яп² - Гш²) ]

где: F - площадь поперечного сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии, м²

Яп - наружный радиус резины до деформации = Яс / коп

коп =1,13 для пакеров под обсадные колонны 146, 168 мм, Коп =1,09...1,07

для пакеров под обсадные колонн 178 и 299 мм.

 

Определение наибольшей высоты уплотнительного элемента пакера. hmax = (Яп² - гш²) Яс³ / [ 0,45 f (яс² - mi²)(3Rc² + 2Яс гш - гш²) ] f = коэффициент трения (принимаем 0,2)

 

Определение оптимальной длины хода штока пакера.

S = h (Коп² - 1) Яп² / (Коп² Яп² - гш²), где: h= 0,9 hmax - высота свободного, не нагруженного уплотняющего элемента.

 

Определение предельной осевой нагрузки на плашечный захват пакера, при котором не происходит разрушения обсадной колонны

 

Qпред < [ ат n tga (D² - Бвн²) 1пл (Ьпл² + 16/3 fпл²) ^1/2 ] / (D² - Бвн²),

где: Dвн - внутренний диаметр обсадной колонны, м, 1пл - осевая длина плашки, м,

Ьпл -длина хорды плашки в диаметральном сечении, м,
fim -стрела профиля плашки, м
При ограниченной площади контакта плашек по периметру обсадной колонны участки
труб между плашками работают на изгиб и определяют

 

< 2 ат n tga (D - Dвн) 1пл / 2 Dвн