Опора балансира и ось балансира

Деталировка Ось балансира.cdw

Сталь 40 ГОСТ 1050-74

Общий вид станок-качалка.cdw

Общий вид станка--качалки
70 60 50 40 30 20 10 0

Спецификация Усовершенствование.cdw

Балансир с механизмом
Корпус подшипника опоры
Крышка подшипника опоры

балансир усовершенствование.cdw

Балансир с механизмом

Деталировка корпус опорного подшипника.cdw

нЕ НАДО оПОРА БАЛАНСИРА.cdw

ДЕТАЛИРОВКА Крышка подшипника.cdw

(На печать) Моя РПЗ (введ.,кр. обзор, назн., закл.).docx

Краткий обзор и анализ выбранного оборудования ..6
Назначение техническая характеристика конструкция и принцип действия выбранного оборудования . 12
2 Технические характеристики . 12
3 Конструкция и принцип действия . 14
Монтаж эксплуатация и ремонт выбранного оборудования .18
Расчет основных деталей .. 28
1 Расчет нагрузок на головку балансира .. .29
2 Расчет балансира на прочность .31
3 Расчет и подбор материала штанг.. 34
Список использованной литературы ..42
Расчетно-пояснительная записка
Нефть – это природная горючая маслянистая жидкость которая состоит из смеси углеводородов самого разнообразного строения. Их молекулы представляют собой и короткие цепи атомов углерода и длинные и нормальные и разветвленные и замкнутые в кольца и многокольчатые. А своей историей происхождения и использования она уходит далеко в прошлое. Как и многие другие источники органических веществ она была известна многим древним народам. Раскопки на берегах Евфрата установили что за 6000—4000 лет до н. э. нефть применяли как топливо. Есть сведения что у нас на Кавказе нефть использовалась 2000 лет тому назад. Арабский историк Истархи живший в Х в. свидетельствует что с древних времен бакинцы вместо дров жгли землю пропитанную нефтью. Нефть издавна вывозили из Баку в качестве осветительного материала.
Бурение скважин и промышленная добыча нефти начинается однако гораздо позже. В это время выделяются такие методы добычи нефти как: шахтный и скважинный. До начала VXIIIв. нефть в основном добывали из копанок которыев то время предварительно обсаживали плетнем.
В начале нефть и продукты ее переработки (керосин) применяли для освещения. Потом нефть и мазут стали употреблять как топливо для паровых котлов (пароходных и паровозных) а также для получения смазочных материалов. С появлением двигателей внутреннего сгорания в том числе дизелей продукты переработки нефти — керосин соляровое масло и более тяжелые масла стали широко применяться как топливо. Именно это вызвало быстрое развитие добычи и переработки нефти.
В начале нашего века произошли коренные изменения в нефтепереработке. Быстрое распространение карбюраторных бензиновых двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием для автомобилей (а позже в авиации) потребовало огромного количества топлива.
К 70-ым годам XIXв. основная добыча в России и в мире начинает про-
исходить уже из нефтяных скважин. А первые глубинные насосы начинают применять в Баку в 1876 г. первый глубинный штанговый насос - в Грозном в 1895 г.
Сейчас Россия является одним из крупнейших участников мирового энергетического рынка и поставщиком нефти и нефтепродуктов для европейских стран. Так же она активно наращивает поставки нефти в страны Азиатско-тихоокеанского региона.Добычу нефти в стране осуществляют более 240 нефтегазодобывающих организаций. 11 нефтедобывающих холдингов обеспечивают более 95% всего объема добычи.
Теперь основными видами насосов для насосной эксплуатации в России являются штанговые глубинные насосы (ШГН) и электроцентробежные насосы (ЭЦН). Так как УЭЦН имеет гораздо высокие добычные возможности по сравнению со штанговой а это очень важно при необходимости отбора больших объемов жидкости из скважины основной объем нефти в стране добывается с помощью установок ЭЦН (около 60% нефти всей страны).
В настоящее время ШСНУ как правило применяют на скважинах с дебитом до 30 40 м3 жидкости в сутки реже до 50 м3 при средних глубинах подвески 1000 1500 м (а иногда даже до 3000 м) чем обеспечивается подъем жидкости до 200 м3сут. Несмотря на это свыше 70% действующего фонда скважин оснащены глубинными скважинными насосами а с их помощью в стране добывается около 30% нефти.
Широкое распространение ШСНУ в первую очередь обуславливается простотой ее конструкции обслуживания и ремонта в промысловых условиях удобством её регулировки малым влиянием на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости относительно высоким КПД и возможностью эксплуатации скважин малых диаметров по сравнению с другими установками и способами эксплуатации.
Целью данной курсовой работы является изучение станка качалки - привода штанговой глубинной насосной установки её назначения конструкции принципа действия и расчет ШСНУ.
КРАТКИЙ ОБЗОР И АНАЛИЗ ВЫБРАННОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Чуть более 13% всех скважин в России эксплуатируются фонтанным и газлифтным способами добычи нефти (хотя эти скважины дают более 30% всей российской нефти). В целом статистику по способам эксплуатации можно посмотреть в таблице 1.
Таблица 1 - Статистика способов эксплуатации
Принудительный подъем нефти из скважин с помощью насосов является наиболее продолжительным в жизни месторождения.Одним из разновидностей этого способа является добыча нефти установками штанговых глубинных насосов (УШГН). Он представляет собой поршневой насос одинарного действия шток которого связан колонной штанг с наземным приводом – станком-качалкой. Установка состоит из:
устьевого оборудования
вспомогательного подземного оборудования
насосно-компрессорных труб.
Привод предназначен для преобразования энергии двигателя в возвратно-поступательное движение колонны насосных штанг.В большинстве ШСНУв качестве привода применяют балансирные станки-качалки. ОнИзм.
включает в себя кривошипно-шатунный механизм преобразующий вращательное движение первичного двигателя в возвратно-поступательное движение и сообщает его колонне штанг и плунжеру насоса (рисунок 1).
- канатная подвеска; 2 - балансир с поворотной головкой; 3 - опора балансира; 4 - стойка; 5 - шатун; 6 - кривошип; 7 - редуктор; 8 - ведомый шкив; 9 - клиноременная передача; 10 - электромотор; 11 - ведущий шкив; 12 - ограждения; 13 - салазки поворотные для электромотора; 14 - рама 15 - противовес 16 - траверса 17 - тормозной шкив
Рисунок 1- Схема балансирного станка-качалки
Широкое распространение ШСНУ обуславливают следующие факторы:
Простота ее конструкции;
Простота обслуживания и ремонта в промысловых условиях;
Удобство регулировки;
Возможность обслуживания установки работниками низкой квалификации;
Малое влияние на работу ШГНУ физико-химических свойств откачиваемой жидкости;
Возможность эксплуатации скважин малых диаметров.
К основным недостаткам балансирных СК следует отнести:
- низкий срок службы редуктора (если у американских производителей он составляет 20 лет то отечественные работают в среднем 5 лет);
-разрушение элементов преобразующего механизма;
- неудовлетворительное центрирование канатной подвески обусловленное неточностью изготовления головки балансира и приводящее к ускоренному износу устьевого уплотнения;
- неудобство перестановки пальцев шатунов;
- высокая трудоемкость перемещения грузов при уравновешивании;
- неудобство обслуживания клиноременной передачи;
- неудобство поворота головки балансира перед выполнением подземного ремонта скважин;
- наличие переменных упругих деформаций длинной колонны штанг что приводит кснижению коэффициента подачи глубинного насоса;
- наличие механической связи между станком-качалкой и насосом.
На поздней стадии разработки месторождений обостряется вопрос выбора оборудования для эксплуатации скважин обеспечивающего добычу нефти в осложненных условиях при наименьших затратах. Особенно это касается высокообводненных скважин с дебитами по жидкости более 40 м3сут. В практике отечественной нефтедобычи такие скважины как правило эксплуатируются УЭЦН. Однако КПД УЭЦН не высок и затраты электроэнергии на подъем нефти велики. Причем чем ниже номинальная производительность ЭЦН тем ниже КПД. Применение на скважинах с дебитом до 130 м3сут УСШН с балансирными станками-качалками (СК) требует из-за ограниченной длины хода (до 35 м у серийных СК) режимов откачки с высокой частотой качаний что при работе с насосами большого диаметра резко сокращает срок службы штанг и МРП скважин. Полученная экономия затрат на электроэнергию не окупает затрат на дополнительные ремонты и сопутствующие потери добычи нефти. Увеличение длины хода балансирных СК приводит к резкому росту их габаритов и металлоемкости а следовательно и стоимости привода его монтажа и обслуживания.
Реальным путем решения проблемы является применение в составе УСШН длинноходовых цепных приводов (рисунок 2) обеспечивающие экономию энергозатрат 15 — 25 % (КПД УСШН с такими приводами достигает 60 % тогда как для УСШН с балансирными СК в аналогичных условиях КПД составляет 20 — 50 %).
— рама 2— электродвигатель 3— редуктор 45— звездочки 6— цепь 7— каретка 8— уравновешивающий груз 9— корпус 10— тормоз 11— подвеска 12— канат
Рисунок 2— Общий вид цепного привода УСШН
Еще больший выигрыш может быть получен на таких скважинах при замене УЭЦН. Применение на скважинах с дебитом по жидкости до 130 м3сут позволяет по сравнению с УЭЦН получить примерно двукратное сокращение удельных энергозатрат на подъем продукции т. к. КПД УЭЦН как Изм.
правило не превышает 30 %. За счет большой длины хода цепных приводов необходимая производительность обеспечивается при частоте качаний до 4 мин-1 что снижает динамические нагрузки на штанги и привод а также цикличность приложения нагрузок. Все это создает предпосылки существенного увеличения ресурса штанг и МРП скважин. Кроме того в отличие от УЭЦН обеспечивается возможность регулирования режима эксплуатации скважины в рамках технической характеристики привода без потери КПД и привлечения бригады ПРС для замены установки на другой типоразмер.
С технологической точки зрения все цепные приводы имеют следующие особенности:
фиксированную длину хода;
реверсивный редуцирующий преобразующий механизм совмещенный с частью уравновешивающего груза фиксированной массы;
благоприятный закон движения штанг с равномерной скоростью на большей части хода и относительно низкой частотой качаний; максимальную скорость штанг в 17 раза меньше чем у балансирных аналогов при равной частоте качаний;
при ремонте скважины откатываются от устья на необходимое расстояние.
Кроме описанных станков-качалок существует много других индивидуальных приводов для штанговых насосных установок не получивших однако широкого распространения.
Существуют так же балансирные СК с гидропневматическим и пневматическим уравновешиванием. Эти станки более компактные чем обычные балансирные имеют более плавный ход меньшие инерционные нагрузки. Однако они сложнее в изготовлении дороже и несмотря на некоторое уменьшение габаритных размеров более металлоемки. Уравновешивание в них достигается как за счет использования роторных противовесов так и за счет сжатия воздуха в специальном цилиндре с перемещающимся в нем поршнем. Кроме того на СК с пневматическим уравновешиванием обязательно имеется небольшой одноцилиндровый компрессор для подкачки воздуха в систему уравновешивания.
Разработаны гидравлические качалки состоящие из длинного цилиндра и движущегося в нем поршня соединенного непосредственно с колонной штанг. Цилиндр устанавливается вертикально над устьем скважины. Возвратно-поступательное движение поршня и штанг достигается путем переключения золотниковым устройством нагнетаемой силовым насосом жидкости в полости цилиндра. В качестве силового используется обычно шестеренчатый насос с приводом от электродвигателя. Уравновешивание осуществляется за счет противоположного по фазе перемещения насосных груб с гидравлической подвеской. Гидравлические качалки очень компактны имеют массу в 2 - 25 раза меньшую чем обычные балансирные СК плавный ход однако существенным их недостатком является перемещение НКТ дополнительные уплотнительные сальниковые элементы и длинные силовые цилиндры изготовление которых требует совершенной технологии.
НАЗНАЧЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВЫБРАННОГО
Штанговые скважинные насосные установки (ШСНУ) предназначены для подъема пластовой жидкости из скважины на дневную поверхность.ШСН обеспечивают откачку из скважин жидкости обводненностью до 99% абсолютной вязкостью до 100 мПа·с содержанием твердых механических примесей до 05% свободного газа на приеме до 25% объемным содержанием сероводорода до 01% минерализацией воды до 10 гл и температурой до 1300°С. Дебит скважин составляет от десятков килограммов в сутки до нескольких тонн. Насосы спускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м. а в отдельных скважинах на 3200-3400 м.
2 Технические характеристики
Станок-качалкаявляется индивидуальным механическим приводом нефтяных штанговых скважинных насосов в умеренном и холодном микроклиматических районах и обладает следующими техническими параметрами (таблица 2).
Таблица 2 - Техническая характеристика СКН 5-3015
Номинальная нагрузка на устьевом штоке Р кН
Длина ходов устьевого штока м
Номинальный крутящий момент (на выходном валу редуктора) кН м
Число качаний балансира в мин.
Мощность электродвигателя кВт не более
Длина переднего плеча балансира мм
Длина заднего плеча балансира мм
Наибольший радиус кривошипа мм
Диаметр шкива редуктора мм
Система уравновешивания
Кривошипно-балансирный
Частота вращения электродвигателя обмин
Габаритные размеры мм не более-длина-ширина-высота
Масса станка-качалки кг не более
На нефтяных промыслах в эксплуатации имеются СК различных типоразмеров и конструкций. В настоящее время СК выпускаются по ГОСТ 5866 - 76. Новые СК данного ГОСТа как правило имеют только роторное уравновешивание а весь типоразмерный ряд базируется на восьми размерах двухступенчатых редукторов Ц2НШ представляющих собой совокупность двух пар цилиндрических шевронных зубчатых пар выполненных с зацеплением Новикова (кроме СК2 и СКЗ для которых допускается эвольвентное зацепление).Изм.
На СКН 5-3015 устанавливают редуктора типа Ц2НШ-750Б (таблица 3).
Таблица 3 - Техническая характеристика редуктора Ц2НШ-750Б
Наибольший допускаемый крутящий момент на ведомом валу кНм
Цилиндрический двухступенчатый шевронный
Система Новикова с исходным контуром по ГОСТ 15023-76
Габаритные размеры мм:
Масса (сухая) кг не более
Электродвигатели для привода станков-качалок находят применение на нефтепромыслах и представляют собой одно- двух- и четырехскоростные трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором.
Основное (базовое) исполнение – асинхронный трехфазный электродвигатель предназначенный для режима работы S1 от сети переменного тока 50 Гц напряжением 380В. Климатическое исполнение и категория размещения У1 или УХЛ1 степень защиты IP54. Электродвигатели для привода станков-качалок (таблица 4) изготавливаются только в монтажном исполнении IM1081 и имеют вводное устройство с одним штуцером К-3-1. Подшипники позволяют сочленять эти электродвигатели с приводным механизмом при помощи клиноременной передачи.
Таблица 4 - Электродвигатели для станков качалок односкоростные
Используемый двигатель
Номинальная мощность кВт
Синхронная частота вращения обмин
Коэффициент полезного действия %
Коэффициент мощности
Отношение пускового момента к номинальному
Максимальное количество ремней (одной группы) шт
Диаметры шкива редуктора мм
3 Конструкция и принцип действия
Штанговая насосная установки ШНУ (рисунок 3) состоит из наземного и подземного оборудования. Подземное оборудование включает: штанговый скважинный насос (ШСН) со всасывающем клапаном 1 (неподвижный) на нижнем конце цилиндра и нагнетательным клапаном 2 (подвижный) на верхнем конце поршня-плунжера насосные штанги 3 и трубы.
Кроме того подземное оборудование может включать различные защитные устройства (газовые и песочные якоря хвостовики) присоединяеИзм.
мые к приемному патрубку ШСН и улучшающие его работу в осложненных условиях (песок газ).
- всасывающий клапан; 2 - нагнетательный клапан; 3 - насосные штанги; 4 - устьевая обвязка и тройник; 5 - устьевой сальник; 6 - балансир; 7 - кривошип; 8 - шатун;
Рисунок 3 - Общая схема штанговой насосной установки
В наземное оборудование входит станок-качалка (СК) состоящий из электродвигателя 9 кривошипа 7 шатуна 8 балансира 6 устьевого сальника 5 устьевой обвязки и тройника 4.
Станок-качалка сообщает штангам возвратно-поступательное движение близкое к синусоидальному. СК имеет гибкую канатную подвеску для сочленения с верхним концом полированного штока и откидную или поворотную головку балансира для беспрепятственного прохода спуско-подъемных механизмов (талевого блока крюка элеватора) при подземном ремонте.
Станки качалки изготавливаются в двух исполнениях:
- СК (выпускаются семи типоразмеров);
- СКД (выпускаются шести типоразмеров).
Отличительной особенностью станков-качалок СКД являются:
- несимметричная (дезаксиальная) кинематическая схема преобразующего механизма с повышенным кинематическим отношением;
-меньшие габариты и масса;
-редуктор установлен непосредственно на раме станка-качалки.
Балансир качается на поперечной оси укрепленной в подшипниках и сочленяется с двумя массивными кривошипами 7 с помощью двух шатунов 8 расположенных по обе стороны редуктора. Кривошипы с подвижными противовесами могут перемещаться относительно оси вращения главного вала редуктора на то или иное расстояние вдоль кривошипов. Противовесы необходимы для уравновешивания СК.
Редуктор с постоянным передаточным числом маслозаполненный герметичный имеет трансмиссионный вал на одном конце которого предусмотрен трансмиссионный шкив соединенный клиноременной передачей с малым шкивом электродвигателя 9. На другом конце трансмиссионного вала имеется тормозной барабан. Опорный подшипник балансира укреплен на металлической стойке-пирамиде.
Все элементы станка-качалки - пирамида редуктор электродвигатель - крепятся к единой раме которая закрепляется на бетонном фундаменте. Кроме того все СК снабжены тормозным устройством необходимым для удержания балансира и кривошипов в любом заданном положении. Точка сочленения шатуна с кривошипом может менять свое расстояние относительно центра вращения перестановкой пальца кривошипа в то или иное отверстие которых для этого предусмотрено несколько. Этим достигается ступенчатое изменение амплитуды качаний балансира т. е. длины хода штанг.
Поскольку редуктор имеет постоянное передаточное число то изменение частоты качаний достигается только изменением передаточного числа клиноременной трансмиссии и сменой шкива на валу электродвигателя на больший или меньший диаметр.
Промышленностью выпускается большое число станков-качалок различных типоразмеров (так называемый нормальный ряд) грузоподъемностью на головке балансира от 10 до 200 кН в соответствии с широким диапазоном глубин и дебитов скважин которые приходится оборудовать штанговыми установками (ШСНУ).
Типоразмеры СК и их основные параметры регламентируются государственным стандартом.
Штанговый скважинный насос состоит из длинного (2 - 4 м) цилиндра той или иной конструкции. На нижнем конце цилиндра укреплен неподвижный всасывающий клапан открывающийся при ходе вверх. Цилиндр подвешивается на трубах. В нем перемещается поршень-плунжер выполненный в виде длинной (1 - 15 м) гладко обработанной трубы имеющей нагнетательный клапан также открывающийся вверх.
Плунжерный насос приводится в действие от станка-качалки где вращательное движение получаемое от электродвигателя при помощи редуктора кривошипно-шатунного механизма и балансира преобразуется в возвратно-поступательное движение передаваемое плунжеру штангового насоса через колонну штанг.
При ходе плунжера вверх под ним снижается давление и жидкость из межтрубного пространства через открытый всасывающий клапан поступает в цилиндр насоса а жидкость над закрытым нагнетательным клапаном проталкивается вверх.
При ходе плунжера вниз всасывающий клапан закрывается нагнетательный клапан открывается и жидкость из цилиндра переходит в пространство над плунжером.
При непрерывной работе насоса уровень жидкости в НКТ повышается жидкость доходит до устья скважины и через тройник переливается в выкидную линию.
МОНТАЖ ЭКСПЛУАТАЦИЯ И РЕМОНТ ВЫБРАННОГО
1.1.Построить или собрать фундамент под станок-качалку. Фундамент под станок-качалку может быть монолитным (бутобетонный или железобетонным) сборным железобетонным и металлическим. При этом следует обратить внимание на выполнение безосадочного основания в соответствии с требованиями проекта что обеспечивает сохранение горизонтального положения фундамента и станка-качалки в процессе эксплуатации.
1.2.Расположение болтов крепления рамы станка-качалки к фундаменту по отношению к центру скважины должно соответствовать технической документации станка.
1.3. Произвести установку на раму станка-качалки редуктора кривошипов и электродвигателя.
1.4. Установить на фундамент раму в сборе с редуктором кривошипами и электродвигателем.
1.5. Произвести горизонтирование рамы. Допускаемое отклонение от горизонтальности в поперечном направлении – 2ммм в продольном направлении - 4 ммм.
1.6. Проверку горизонтальности производить с помощью брускового уровня в двух взаимно-перпендикулярных направлениях в начале и в конце рамы. Для обеспечения горизонтальности рамы следует пользоваться стальными клиньями с последующей ликвидацией зазора между фундаментом и рамой.
1.7. Закрепить раму к фундаменту болтами которые должны быть пропущены через обе полки продольных балок рамы.
1.8. Установить на раму стойку и закрепить ее болтами.
1.9. Произвести на подставке сборку балансира со следующими сборочными единицами:
-траверсой с опорами;
-головкой балансира (с установкой упорного подшипника головки);
-подвеской устьевого штока(в подвеске устьевого штока канат должен выходить за нижнюю траверсу не более чем на 30мм).
1.10. Поднять и установить балансир в сборе с указанными выше частями на стойку и закрепить корпус подшипника в верхней плите стойки.
1.11. Закрепить шатуны к корпусу подшипника пальца кривошипов.
1.12. Проверить совпадение плоскостей торцов ведущего и ведомого шкивов клиноременной передачи и крепление электродвигателя.
1.13. Надеть и натянуть клиновые ремни.
1.14. Собрать и установить на уровне нижней плоскости рамы площадку для обслуживания трансмиссии тормоза и пусковой аппаратуры. При этом вход на площадку должен быть со стороны тормоза.
1.15. Заземлить станок-качалку к кондуктору не менее чем двумя заземляющими стальными проводниками приваренными в разных местах к кондуктору и раме.
1.16. Установить станцию управления вблизи рукоятки тормоза и подключить ее к сети электроснабжения и к электродвигателю.
1.17. Произвести монтаж датчиков давления динаметрирования трубных проводок фитингов кабелей внутри них шкафа контроллера антенной мачты с антенной и кабелем снижения. Подключить кабеля от станции управления датчиков давления динаметрирования и антенны к клемникам контроллера. Проверить правильность подключения кабелей на кабели навесить бирки.
1.18. Произвести окончательную центровку балансира станка-качалки передвигая корпуса подшипников его опоры при помощи установочных болтов. После этого затянуть крепежные болты корпуса подшипников опоры балансира и закрепить установочные болты.
1.19. Проверить совпадение правильности центровки качания балансира. При любом положении балансира пересечении оси устьевого штока(центра подвески) с плоскостью основания станка-качалки должна быть в пределах 20мм.
1.20. Собрать и установить ограждения кривошипно-шатунного механизма и клиновых ремней.
1.21. Провести съем ваттметрограммы для определения уравновешивания станка-качалки. При необходимости уравновесить станок-качалку до получения ваттметрограммы показывающую равномерную нагрузку электродвигателя.
Станок-качалка и есть один из элементов эксплуатации скважин штанговым насосом. По сути станок-качалка является приводом штангового насоса расположенного на дне скважины. Это устройство по принципу действия очень похоже на ручной насос велосипеда преобразующий возвратно-поступательные движения в поток воздуха. Нефтяной насос возвратно-поступательные движения от станка-качалки преобразует в поток жидкости которая по насосно-компрессорным трубам (НКТ) поступает на поверхность. Если по порядку описать происходящие процессы при данном виде эксплуатации то получится следующее. На электродвигатель станка-качалки подается электричество. Двигатель вращает механизмы станка-качалки так что балансир станка начинает двигаться как качели и подвеска устьевого штока получает возвратно-поступательные движения. Энергия передается через штанги – длинные стальные стержни скрученные между собой специальными муфтами. От штанг энергия передается штанговому насосу который захватывает нефть и подает ее наверх.
При эксплуатации скважины штанговыми насосами к добываемой нефти не предъявляются строгие требования которые имеют место при других способах эксплуатации. Штанговые насосы могут качать нефть характеризующуюся наличием механических примесей высоким газовым фактором и так далее. К тому же данный способ эксплуатации отличается высоким КПД.
Перед пуском станка после его монтажа или длительного простоя необходимо произвести проверку его состояния и правильности сборки.
Кроме того необходимо:
А) Проверить наличие смазки в подшипниках;
Б) Проверить наличие смазки в редукторе;
В)Проверить регулировку подшипников редуктора для чего регулировочные крышки зажимают ключом до тугого проворачивания т.е. до полного отсутствия осевого зазора в подшипнике.
Г) Проверить соответствие числа оборотов и мощности установленного электродвигателя требуемому для данного режима работы станка.
Д) Проверить исправность электрооборудования.
Е) Убрать все лишние предметы могущие задеть за кривошипы при их вращении.
Работающие станки-качалки надо проверять ежедневно. Проверке подлежат крепление и степень нагрева подшипников натяжение клиновых ремней плотность шпоночных соединений наличие смазочного материала состояние и крепление кривошипных и верхних пальцев шатунов крепление противовесов на кривошипе ит.д.
При осмотре редуктора проверяют крепление крышки к корпусу и крепление самого редуктора к раме(подставке) станка а также уровень масла в корпусе редуктора.
Если при работе станка-качалки обнаружены шум стук нагрев подшипников и другие ненормальности станок необходимо остановить выявить причины ненормальной работы и принять меры к их устранению.
При остановке станка-качалки он должен затормаживаться только после отключения электродвигателя и в положении соответствующем началу хода вверх.
Спустя 2 недели после пуска нового редуктора в работу для удаления посторонних частиц металла появляющихся в процессе первоначального изИзм.
носа редуктора последний необходимо промыть и залить профильтрованное масло.
Промывку редуктора следует производить соляровым маслом не содержащим воды и кислот.
Признаками неполадок в станке-качалке являются стук ненормальный шум перегрев вибрация и др. Своевременное обнаружение и устранение этих неполадок могут предотвратить аварии. В таблице 5 перечислены наиболее частые неполадки в станках-качалках признаки и причины их возникновения а также способы их устранения.
Таблица 5 - Характерные неисправности станков-качалок и их устранение
Признаки неисправности
Расшатанность всего станка.
Вибрация ног стойки и расшатанность станка качалки.
А) Неправильно выполненный фундамент.
Б) Неправильно выполненный монтаж станка-качалки.
В)Значительное превышение числа качаний и нагрузки в точке подвеса штанг.
Д) Ослабление болтов крепления стойки к раме редуктора к подставке и рамы к фундаменту.
А) Исправить в соответствии с чертежом.
Б) Проверить и исправить места неправильной сборки.
В) Режим работы станка установить согласно рекомендуемой области применения и технической характеристики станка.
Д) Подкрепить все болтовые соединения установить контргайки. Постоянно следить за состоянием крепления.
Проворачивание пальца в гнезде последнего (ступенчатое изменение длины хода)
А) Ослабление затяжки пальцев в гнезде кривошипа.
Б) Неприлегание торца заплечника пальца к кривошипу.
В) Срез шпонки пальца или заплечника замковой шайбы.
Г) Износ пальца втулки.
А) Затянуть корончатую гайку и зашплинтовать ее.
Б) Собрать вновь правильно узел крепления пальца.
В) Сменить шпонку или замковую шайбу.
Ослабление клинового пальца кривошипа в кривошипе(бесступенчатое изменение длины хода)
Ослабление затяжкипальца в пазу кривошипа.
Затянуть узел крепления пальца кривошипа.
Расшатанность шатунов
Скрип в верхних и нижних головках шатунов появление толчков при движении шатуна.
А) Заедание пальцев верхних головок шатунов.
Б) Смещение кривошипов (ножницы).
А) Снять с траверсы выбить палец зачистить смазать и вновь собрать его.
Б) Снять один кривошип. Изготовить и установить специальную ступенчатую шпонку для совмещения осей кривошипов.
Ослабление соединения шатуна с траверсой.
Осевое смещение верхнего пальца.
Непопадание стопорного валика в углубление пальца.
Правильно установить стопорный валик.
Задевание шатунов за кривошипы или противовесы
А) Балансир неправильно установлен или не отцентрирован весь станок.
Б) Большие литейные приливы.
А) Отцентрировать станок отрегулировать балансир до совпадения его оси с продольной осью станка.
Б) Срубить выступающие приливы или заменить детали.
Ослабление болтов корпуса подшипника траверсы.
Смещение корпуса подшипника.
Наличие зазоров между корпусом подшипника и упорами балансира.
Вставить прокладки необходимой толщины и приварить их. Затянуть гайки.
Нарушение соединения кривошипа с ведомым валом редуктора.
Рывки кривошипа на валу.
А) Ослабление крепления дифференциальной стяжки кривошипа.
Б) Повреждения паза на валу или смятие шпонки.
А) Выполнить затяжку дифференциальной стяжки.
Б) Повернуть кривошипы на 90градусов и установить шпонки в новые пазы заменить шпонку.
Ослабление скоб оси балансира.
Изогнутость скобперемещение балансира по его оси.
Наличие зазоров между осью опоры балансира и упорными планками на балансире.
Установить прокладку для устранения зазоровзатянуть гайки.
Ослабление соединения головки балансира с колонной штанг.
Проскальзывание устьевой штанги или канатов в зажимах подвески. Обрыв отдельных проволок каната.
А) Несоответствие размера каната и устьевой штанги размерам плашек.
Б) Износ зубьев плашек.
А) Применить соответствующие плашки и канат.
Неисправная работа подшипниковых узлов.
Шум в подшипниковых камерах.
Износ и поломка подшипников качения.
Промыть соляровым маслом подшипник качения. Осмотреть и заменить поломанный или изношенный подшипник. В случае преждевременного выхода из строя проверить нет ли перекосов перезатяжки.
Прекращение или отсутствие фонтанирования обусловило использование других способов подъема нефти на поверхность например посредством штанговых скважинных насосов. Этими насосами в настоящее время оборудовано большинство скважин. Дебит скважин — от десятков килограмм в сутки до нескольких тонн. Насосы опускают на глубину от нескольких десятков метров до 3000 м а иногда и до 3200 — 3400м.
Простота обслуживания и надежность скважинных насосов высокий КПД гибкость в отношении регулирования отборов жидкости с различных глубин возможность их применения в осложненных горно-геологических условиях эксплуатации и ряд других преимуществ вывели этот способ на ведущее место в нефтедобывающей отрасли. Штанговыми насосами в настоящее время на месторождениях России оборудовано более 70 % добывающих скважин.
Большим недостатком установок глубинных штанговых насосовявляется наличие переменных упругих деформаций длинной колонны штанг большая металлоемкость необходимость строительства свайного поля и установки станка-качалки быстрый износ оборудования и выход из строя насосной установки. Результатом является значительное снижение коэффициента подачи глубинного насоса так как в пластовой жидкости всегда содержится газ. Повышение коэффициента подачи здесь возможно только за счет увеличения длины хода поршня так как при этом уменьшается относительная величина вредного пространства по отношению к объему описываемому поршнем. Основным их недостатком является наличие механической связи между станком-качалкой и насосом в виде длинной колонны штанг которая не обладая достаточной прочностью и ограничивая передаваемую насосу мощность снижает надежность и межремонтный срок работы установки и скважины.А основными причинами отказов ШСНУ как правило являются протёртости штанг и труб утечки в клапанах негерметичность плунжера соле- и парафиноотложения коррозия металла.
Однако в настоящее время на нефтяных промыслах всё ёщё широко используются штанговые скважинные насосные установки - ШСНУ. Это связано с тем что для добычи нефти при дебитах скважин менее 50 м3сут. все ещё не создано достаточно надёжного долговечного и в тоже время недорогого насоса другого типа как например винтового центробежного или диафрагменного. И несмотря на многие свои недостатки штанговые насосы все еще выполняют свои обязанности удовлетворяя всем необходимым требованиям.
Итак в данном курсовом проекте были рассмотрены основные назначение и конструкция привода ШСНУ СКН - 5 – 3015 его краткий обзор и анализ была приведена техническая характеристика станка-качалки и сопутствующего оборудования объяснен его принцип действия а так же выделены некоторые особенности его монтажа эксплуатации и ремонта.
На основе проведенных прочностных расчетов (определение нагрузок на головку балансира станка-качалки расчет балансира на прочность расчет и подбор материала штанг) делаем вывод что рассчитанная колонна НКТ и штанг соответствует всем требованиям необходимым для эксплуатации совместно с выбранными станком-качалкой и скважинным глубинным насосом.
Все оборудование имеет удовлетворительные значения коэффициента запаса прочности чем обеспечивается эффективная и продолжительная работа всего сопутствующего комплекса оборудования скважинной насосной установки.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Исходные данные выбираем в определенном заданном диапазоне значений которые берем с литературы [4]:
Глубина скважины L0 м 1640
Высота столба жидкости над плунжером hд м 1600
Фактический дебит жидкости Qж пл м3сут 40
Число качаний (двойных ходов)n обмин 47 Диаметр плунжера насоса Dпл мм .39 Длина плунжера lпл мм 1200
Диаметр эксплуатационной колонны Dэ мм 150
Диаметр насосно-компрессорных труб dнкт мм 89
Плотность пластовой нефти ρж кгм3 1400 Плотность штанги ρш кгм3 7850
Пластовое давление Рпл МПа 12
Устьевое давление Ру МПа 17 одной штанги п.м кг м 35 Длина переднего плеча балансира L1 .2890
1. Определение нагрузок на головку балансира станка-качалки
Расчет производится в соответствии с методикой представленной в литературе[8] [9]и [13] и сводится к определению нагрузок по различным теориям которые в основном делятся на две группы: статические и динамические. Согласно исследованиям А. Н. Адонина граница между статическим и динамическим режимами откачки находится в интервале (переходная зона) параметра Коши:
Определяем параметр Коши по формуле: (4.1.1)
где а - скорость звука в штангах - угловая скорость 1с. Для одноразмерной колонны а = 4600 мс для двухступенчатой а = 4900 мс; для трехступенчатой а = 5300 мс. В настоящее время применяют в основном режимы при м ≤ 05. При м > 07 многие формулы просто неприемлемы из-за больших резонансных усилий.
Максимальная нагрузка по статической теории (формула Муравьева И. М.):
где Рж - вес столба жидкости над плунжером высотой равной hд с учетом буферного давления Рбb - коэффициент облегчения штанг в жидкостиПодставив полученные значения в формулу 4.1.2 получаем:
(4.1.3) (1.4) где Изм.
рш = 7850 кгм3 – плотность штанги (стали) - площадь поперечного сечения плунжера
Фактор динамичности находим по формуле:
(4.1.5)где SA - длина хода точки подвеса штанг; n - число качаний в минуту. 3. Далее определяем вес штанг в воздухе :
где q- масса 1 п.м штанги.
*1640*98=10929 кН 4. Найдем минимальную нагрузку на головку балансира. Минимальная нагрузка будет очевидно при начале хода штанг вниз когда вес жидкости не действует на штанги а динамический фактор вычитается:
2. Расчет балансира на прочность
Расчет производится в соответствии с методикой представленной в литературе [8] и [9] и сводится к расчету балансира на несущую способность необходимо определить величину максимальной кратковременно действующей нагрузки. Эта нагрузка может превысить максимальную нагрузку в точке подвеса штанг при установившемся движении вследствие мгновенного заклинивания плунжера в результате попадания между цилиндром и плунжером крупинок песка находящегося в откачиваемой жидкости.Предполагается что в результате такого мгновенного заклинивания станок не остановится и лишь увеличится нагрузка в точке подвеса штанг против допускаемой проектной. Увеличение максимальной нагрузки максимальной при мгновенном заклинивании можно учесть коэффициентом к. 1. Максимальная кратковременно действующая нагрузка на балансир: (4.2.1)
где k – коэффициент учитывающий увеличение максимальной нагрузки при мгновенном заклинивании (15 – 20)Pmax =121892 Н – максимальная нагрузка в точке подвеса штанг. Опасное сечение балансира расположено над осью его качания и находится под действием нормальных напряжений от действия изгибающего момента и Изм.
касательных напряжений в центре тяжести поперечного сечения балансира от действия поперечных сил. Касательные напряжения в балочных конструкциях подобных балансиру незначительны поэтому при расчете балансира ими можно пренебречь.2. Максимальное напряжение от изгиба с учетом вероятности мгновенного заклинивания плунжера в насосе: (4.2.2)где М`max=L1* P` - максимальный изгибающий моментW-момент сопротивления рассчитываемого сеченияМ`max=28*243884=704824760 Н*м
где J=2*F*b2- момент инерции накладокНа рисунке 1 изображено поперечное сечение балансира СКН 5-3015 в расчетном сечении представляет собой два сваренных двутавра №60 с двумя приваренными накладками толщиной 10 мм. Рисунок 1 – Поперечное сечение балансира СКН 5-3015 Изм.
Подставив в формулу (4.2.2) полученные значения получим: Далее находим коэффициенты запаса прочности при хрупком разрушении и пластической деформации.3. Запас прочности в случае хрупкого разрушения: (4.2.3)где 6в=400МПа – предел прочности материала балансира ст.3.
Запас прочности в случае пластической деформации балансира : где 6t =220МПа – предел текучести материала балансира ст. 3. Проверим балансир на действие циклических нагрузок. Для этого определяют амплитуду изменения напряжения 6а и среднее напряжение 6m 5. Амплитуда изменения напряжения 6а :6. Среднее напряжение 6m:
Полученные запасы прочности при статических нагрузках обеспечивают надежную работу балансира. 4.3. Расчет и подбор материала штанг
Расчет произведен в соответствии с методикой представленной в литературе [9] [10]и [13].
При выборе оптимального режима работы насоса исходят из условия получения минимальных напряжений в штангах а следовательно и минимальной нагрузки на головку балансира с последующей проверкой коэффициента запаса прочности.
Из расчетов выполненных выше для эксплуатации совместно с СКН 5-3015 мы выбрали вставной насос НВ1Б57-35-12. Следовательно для диаметра плунжера насосаdпл = 57 мм при рекомендованной глубине спуска L=1230 м (и рассчитанной L=12085 м) выберем из таблицы 2.2 [9] колонну насосных штанг с диаметрами d1=25 мм и d2=22мм и соответствующими длинами ступеней: l1=4834 мм и l2=7251мм.
Определим вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости Pж Н:
где Fn- площадь поперечного сечения плунжера насоса м2;
H- глубина спуска насоса м;
ρ – плотность дегазированной нефти кгм3;
g – ускорение свободного падения мс2.
Fn=314*0 0192=113*10-3м2
Pж=113*10-3*12085*1400*98=18736 Н
Определим вес колонны штанг в воздухеPш Н:
Pш=q1*l1+q2*l2*g(4.3.2)
где q1 и q2 - масса одного метра штанг каждой ступени кг; по таблице 2.5 [9] q1=414 кг и q2=316 кг.
l1 и l2 - длина каждой ступени м.
Pш=414*4834+316*7251*981=421106 Н
Определим вес штанг в жидкости Pш' Н:
где b – коэффициент потери веса штанг в жидкости:
ρш – плотность материала штанг кгм3;
ρ – плотность дегазированной нефти кгм3.
Подставим исходные данные в (4.3.3) и (4.3.4):
Pш'=082*109290=89071 Н.
Определим среднюю площадь штангfш.ср мм2:
fш.ср=1*fш1+2*fш2100(4.3.5)
где fш1 иfш2 - площадь поперечного сечения штанг каждой ступени мм2;
и 2–длина соответствующих ступеней в процентных долях.
fш.ср=40*490+60*380100=424 мм2.
Определим средний диаметр штанг dш.ср. мм:
dш.ср.=4*fш.ср(4.3.6)
Среднюю площадь штанг мы определили так что по формуле (4.3.6):
dш.ср.=4*424314=232 мм.
Определим коэффициент учитывающий соотношение диаметров штанг и труб :
где fт -площадь проходного сечения НКТ мм2:
dвн. – внутренний диаметр НКТ мм:
Так как мы крепим насос к НКТ с условным диаметром d=89 мм по таблице 1.1 [9] определим что его толщина стенки равна S=65 мм.
Подставив известные значения в формулы (4.3.7) - (4.3.9) получим что:
fт=314*7624=4534 мм2
Определим удлинение колонны штанг от веса столба жидкостиλм:
λ=Pж*HE*fш.ср(4.3.10)
гдеPж -вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости H;
H - глубина спуска насоса м;
E– модуль упругости стали МПа; для стали E=21*105 Мпа;
λ=26810*160021*1011*424*10-6=048 м.
Определим максимальную и минимальную нагрузки в точке подвеса штанг кН:
Pmax=Pж+Pш'+0011*dплdш.ср.*n*Pш**S-λ+1000(4.3.11)
Pmin=Pж-0011*dплdш.ср.*n*Pш**S-λ+1000(4.3.12)
где Pж –вес столба жидкости без учета динамического уровня жидкости Н;
Pш' – вес штанг в жидкости Н;
dпл – диаметр плунжера м;
dш.ср. – средний диаметр штанг м;
n – число качаний (двойных ходов) обмин;
Pш – вес колонны штанг в воздухе Н;
– коэффициент учитывающий соотношение диаметров штанг и труб;
λ – удлинение колонны штанг от веса столба жидкости м.
Подставим известные значения в формулы (4.3.11) и (4.3.12):
Pmax=26810+89071+0011*003800232*47*109290*
*09*35-036+1000=90.5 кН
Pmin=27213-0011*005700232*47*109290*
*35-036+1000=25 кН.
Определим максимальноеmax минимальноеmin амплитудное aнапряжения возникающие в штангах МПа:
max=Pmaxfш.ср (4.3.13)
min=Pminfш.ср (4.3.14)
Подставляем вычисленные ранее данные в формулы (4.3.13) - (4.3.15):
max=90.5*103424*10-6=2134 МПа
min=25*103424*10-6=589 МПа
a=2134-5892=77.25 МПа.
Определим приведенное напряжение прв штангах с помощью формулы выведенной Одингом И.А. МПа:
Согласно формуле (22):
пр=213.4*77.25=128.4 МПа.
Далее необходимо выбрать материал для изготовления штанг так чтобы выполнялось условие:
Согласно вычисленному пр=128.4 МПа по таблице 2.4 [9] выбираем сталь 20Н2М нормализованную с поверхностным упрочнением нагревом ТВЧ. Для данной стали пр.доп=110 МПатек=390 Мпа а твердость по Бринеллю составляет 200 НВ.
Вычислим коэффициент запаса прочности для выбранного материала штанг:
При всех известных величинах запас прочности будет составлять:
Что вполне приемлемо для заданных условий работы насосной колонны штанг.

Чертеж.cdw

Рабочий чертеж балансира.cdw