Расчетная часть-Расчёт вставного насоса типа НВС-2М-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчёт вставного насоса типа НВС-2М-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
4 ВЫБОР И РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

4.1 Определение подачи штангового насоса

Пользуясь методикой [7, 10] рассчитываю основные параметры погружного оборудования.
1. Определяется плотность смеси на участке «забой скважины — прием насоса» с учетом упрощений:
ρcм = [ρа + b ρн (1- b)](1 – Г) + ρг Г
     
где ρн — плотность сепарированной нефти, кг/куб.м; ρв — плотность пластовой воды; ρг — плотность газа в стандартных условиях; Г — текущее объемное газосодержание; b — обводненность пластовой жидкости.
2. Определяется забойное давление, при котором обеспечивается заданный дебит скважины:
Рзаб = Рпл – Q/Кпрод

где Рпл — пластовое давление; Q — заданный дебит скважины; Кпрод — коэффициент продуктивности скважины.


3. Определяется глубина расположения динамического уровня при заданном дебите жидкости:
Ндин = Lскв – Рзаб / ρсм g     

4. Определяется давление на приеме насоса.
Рпр = (1 – Г) Рнас         
,
где Рнас — давление насыщения.
5. Определяется глубина подвески насоса:
L = Ндин + Рпр / ρсм g        

4.2 Определение нагрузки в точке подвеса штанг
1. По типоразмеру насоса и глубине спуска определяем (предварительно) максимальные и минимальные нагрузки в точке подвеса штанг по формулам:
Рмах= Ршт + Рж + Рвиб + Рин + Рж.тр + Рмех.тр · Рмин = Ршт – (Рвиб+Рин) – Рмех.тр + Рж.тр

qi - масса 1-го метра штанг; Li -длина ступени штанг
Карх = 1- ρж/ρст

Для насосов обычного исполнения
Рж = (ρж · Ндинg + Рбуф) Fнас

Рж = = 1188 Н
где Ндин - динамический уровень; Р6уф — буферное давление; Fнас - эффективные площади плунжеров рассматриваемого насоса.
Рвиб =
где α и а - кинематические коэффициенты станка-качалки,


ω = 2πn/60, где n – число ходов в минуту;
число ходов в минуту принимаю – 12, в следующем разделе будет приведено обоснование выбора.


ψ= λшт/ (λшт + λтр)
λшт= РжLподв/ Е(Кнас/f1+(1-Кнас)/f2)
где f1 - площадь поперечного сечения нижней ступени колонны штанг; f2 - площадь поперечного сечения верхней ступени колонны штанг; суперход плунжера для современных условий работы ШСНУ практически равен нулю.
λтр= РжLподв/Еfтр




Рин↑↓= 0,5αm2ω· (α↑↓-2λ/Sψ)Pшт

Рж.тр↑ = 0,685π2 LподвμжSn
где Lподв - глубина подвески насоса, м; μж - вязкость откачиваемой жидкости; S - длина хода, м; п - частота ходов, 1/мин

Pж.тр↓ = 5,472 · [1.2·Lподв+10,3(Lподв/8)]μжSn

Pмех.тр= Ртр.пл+Ртр.шт
где Ртр.пл — механическое трение плунжера о цилиндр,
Ртр.шт↑ = S{0.25 sin(γmax)·(Pшт + Рж)}


По требуемой длине хода полированного штока и действующей нагрузке в точке подвеса штанг принимаем тип станка-качалки СКН2-615.



4.3 Определение необходимой мощности привода станка-качалки



Определяем крутящий момент на ведущем валу редуктора

Определяем крутящий момент на ведомом валу редуктора. Принимаем передаточное число редуктора i=63

Крутящий момент на шкиве электродвигателя

Мощность двигателя равна




4.4 Расчёт гидравлических сопротивлений
Методика расчета полностью взята из источника [4].
Расчёт гидравлических сопротивлений на разных рабочих участках насоса без предлагаемого разобщителя.
Расчёт гидравлического сопротивления клапанов со сферической поверхностью.

Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ζ – коэффициент гидравлических потерь, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости, β2 и β1 – значения зависящие от отношения: h/D0,
h/D0= 2,4/12=0,2
где h – глубина посадки шарика клапана в его седло (мм), а D0 – диаметр проходного сечения (мм) (см. рисунок 4).


Скорость потока жидкости вычислим по формуле:

Где Q – дебит скважины (м3/с), а F – площадь поперечного сечения канала (м2).
Вычислив все необходимые значения , воспользуемся исходной формулой:


Теперь выразим Δp:

Рисунок 4

Расчёт гидравлического сопротивления при внезапном сужении потока.

Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ζ – коэффициент гидравлических потерь, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости, ζтр – коэффициент гидравлических потерь на трение , а ζм – местные гидравлические потери.


Re=υ0dr/ν,
где υ – скорость потока жидкости, dr - диаметр проходного сечения, ν – коэффициент кинематической вязкости (равен 248·10-6).
Dr = 4F0/П0, П0 = 2πr = 2·3.14·12=75 мм.
Dr = 4·24/75= 1,28
Re = (1,7·1,28)/ 248·10-6 = 8·103
Далее определим отношение : F0/F1 = 12/24 = 0.5
Значение ζм определяем по графику на рисунке 5.

Рисунок 5 – График зависимостей местных сопротивлений
Где F0 и F1 – площади входного и выходного канала соответственно (см. рисунок 6)
ζм = 0.6
ζтр = l/Dr = 22/1.28 = 17.2
Теперь выразим Δp:




Рисунок 6
Расчёт гидравлического сопротивления при проходе жидкости через сквозные отверстия клапанной решётки.

Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости
Смотри таблицу и график на рисунке 7.


П0 = 2πr

П0 = 2πr = 2·3.14·3.5 = 22 мм
= 4·3,14·72 /22·4 = 7

= ((3,14·49/4) + (3,14·49/4))/ 3,14·342/4 = 0,09, сопоставляем полученное значение с графиком и таблицей, получаем: ζ = 325.

Рисунок 7
Скорость потока определим по формуле:

Теперь выразим Δp:

Рисунок 8.
Расчёт гидравлических сопротивлений на разных рабочих участках насоса вместе предлагаемого разобщителя.
Расчёт гидравлического сопротивления при внезапном сужении потока.

Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ζ – коэффициент гидравлических потерь, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости, ζтр – коэффициент гидравлических потерь на трение , а ζм – местные гидравлические потери.


Re=υ0dr/ν,
где υ – скорость потока жидкости, dr - диаметр проходного сечения, ν – коэффициент кинематической вязкости (равен 248·10-6).
Dr = 4F0/П0, П0 = 2πr = 2·3.14·4=25 мм.
Dr = 4·8/25= 1,28
Re = (15·1,28)/ 248·10-6 ≈104
Далее определим отношение : F1/F0 = 8/44 = 0.2
Значение ζм определяем по графику на рисунке 5.
Где F0 и F1 – площади входного и выходного канала соответственно (см. рисунок 10).
Ζм = 0.5
ζтр = l/Dr = 18/1.28 = 14
Теперь выразим Δp:


Рисунок 10
Расчёт гидравлического сопротивления клапанов со сферической поверхностью.

Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости, β2 и β1 – значения зависящие от отношения: h/D0.
h/D0= 0,8/8=0,1
где h – глубина посадки шарика клапана в его седло (мм), а D0 – диаметр проходного сечения (мм) (см. рисунок 11).


Скорость потока жидкости вычислим по формуле:

Где Q – дебит скважины (м3/с), а F – площадь поперечного сечения канала (м2).
Вычислив все необходимые значения , воспользуемся исходной формулой:

Теперь выразим Δp:

Рисунок 11
Расчёт гидравлического сопротивления при проходе жидкости через сквозные отверстия клапанной решётки.


Где Δp - искомое гидравлическое сопротивление, ρ – плотность жидкости, υ – скорость потока жидкости
См. таблицу и график.


П0 = 2πr

П0 = 2πr = 2·3.14·1,5= 9 мм
= 4·3,14·32 /9·4 = 3

= ((3,14·9/4) + (3,14·9/4))/ 3,14·152/4 = 0,08, сопоставляем полученное значение с графиком и таблицей на рисунке 7, получаем: ζ = 402.

Скорость потока определим по формуле:


Теперь выразим Δp:

Проанализировав полученные результаты – мы видим что гидравлическое сопротивление оказываемое на нагнетательный клапан насоса НВС-2, заводского исполнения, равно 56326,7 Па, а с применением специального разобщителя, в выше указанной конструкции насоса, сопротивление уменьшилось до 12198,5 Па, таким образом введение в конструкцию разобщителя позволяет снизить нагрузку на нагнетательный клапан на 62%.
Эффективность представленной конструкции также доказана в экономической части проекта.

5. Расчеты на прочность и долговечность основных конструктивных элементов вставного насоса
Узел, который подвергается большим статическим нагрузкам является резьбовое соединение плунжера штангового насоса и штока штангового насоса, а так же соединение цилиндра и разобщителя.












Рисунок 13 – Номограмма Грузинова

Воспользовавшись номограммой Грузинова, мною выбраны условные диаметры штанг 18 и 20 мм, нижней и верхней секции соответственно.
Формула для определения нагрузки в резьбовом соединении определится по следующей формуле :


Q – нагрузка действующая на соединение (Q=Pж=1188 Н)


d – диаметр резьбы
k – коэффициент полноты резьбы (k = 0,87)
h – длинна резьбы
Расчет нагрузки в резьбовом соединении соединении плунжера и штока :


Расчет нагрузки в соединении «цилиндр - разобщитель»



рекомендуют принять 0,2-0,3 от предела текучести
Т.к. условие прочности выполняется.

Рисунок 14 – Диаграмма текучести