Расчетная часть-Расчёт электроцентробежного насоса ЭЦН6 -250-1400-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчёт электроцентробежного насоса ЭЦН6 -250-1400: -Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

9 Модернизация насоса

Проведенный патентно-информационный обзор позволяет сделать выбор в пользу конкретного технического решения, в нашем случае, представленном в патенте АС No 2249129.
Суть модернизации заключается в замене рабочих органов (рабочего колеса и направляющего аппарата) насоса ЭЦН6-250-1400 на рабочие органы, представленные в патентах АС No 2249129 и АС No 2261369, что позволяет:
- повысить надежность и долговечность работы;
- снизить вероятность отказов насоса;
-уменьшить образивный износ рабочих органов
- уменьшить вибрации;
- уменьшить материалоемкость.
Данная задача решается тем, что согласно изобретению (патент, АС No 2249129,) между рабочими колесами и направляющими аппаратами на валу установлены шайбы, прижимаемые пружинами к цапфам направляющих аппаратов.
А установка фильтра(АС No 2261369) уменьшает попадание песка и частиц в насос.
















10 Расчет насоса

10.1. Гидравлический расчет

Технические характеристики насоса ЭЦН6 -250-1400:

Подача насоса, Qн       250 м3/ сут
Напор насоса, Н       1350 м
Потребляемая мощность, Nпотреб     65,3 кВт
Масса, m        478кг
Число ступеней, i       232
Число секций    2
Число оборотов колеса, n       2850 об/мин

Исходные данные для расчета основных размеров колеса обуславливаются как параметрами Q, H, и n, так и принятой гидравлической схемы насоса.
10.1.1.Подача насоса:

,          (10.1.1)

где: k – число потоков в насосе, равное для нашего случая единице.

м3/сут.

10.1.2.Напор колеса

,           (10.1.2.)

где: i – число ступеней в насосе.
м.

10.1.3. Определим расчётную подачу Q|:

,          (10.1.3)

где: - объёмный КПД.
Определим объемный КПД:

,        (10.1.4)

где: ns - коэффициент быстроходности.
Определим коэффициент быстроходности ns:

,         (10.1.5)

где: 3.65- переводной коэффициент; n - число оборотов колеса; Q – подача насоса; Н1 – напор колеса.

,

,

м3/сут.

10.1.4.Теоретический напор колес:

Hт1=Н1/ ηг ,          (10.1.6)

где: ηг – гидравлический КПД, он зависит от совершенства формы проточной части, качества поверхностей и размеров насоса.
Для насоса с высококачественной чистотой обработки поверхностей проточной части гидравлический КПД на расчетном режиме работы насоса вычисляют по формуле:
,        (10.1.7)

где: D1,пр – приведенный диаметр входного отверстия в колесо.
Определим значение D1,пр:

мм, (5.1.8)



Тогда:

,
м   

10.1.5.Определим предварительное значение механического КПД:

.      (10.1.9)

5.1.6. Определим величину полного КПД:

,         (10.1.10)



10.1.7. Теперь найдем величину максимальной мощности, потребляемой насосом:

,         (10.1.11)

Где: N – потребляемая мощность на валу насоса; К – коэффициент запаса, равный 1.05 при N > 50 кВт.

кВт.        (10.1.12)

10.1.8. Произведем предварительный расчет скорости жидкости во входном отверстии колеса:

,         (10.1.13)

где: α – принимают в пределах (0.1-0.08) в насосах с лопаточными отводами.

м/с.

10.1.9. Определим диаметр входного отверстия колеса многоступенчатого насоса:

,        (10.1.14)

где: dвт – диаметр втулки колеса.
Диаметр втулки dвт колеса определяют по диаметру вала dв , учитывая способ крепления колеса на валу, по формуле:

,        (10.1.15)

где большие значения коэффициента соответствуют меньшим величинам вала.
Диаметр вала колеса определяется из расчета вала на прочность при кручении, затем проверяется на жесткость и критическое число оборотов.
Таким образом:

,          (10.1.16)

где: τ – максимальное напряжение на кручение, Па; МКР – крутящий момент на валу насоса, Нм.
Крутящий момент определяется:

,         (10.1.17)

где: Nmax – максимальная потребляемая мощность; ω – угловая скорость вращения вала.
Определим максимальное напряжение на кручения τ из уравнения:

,           (10.1.18)

где: МКР – крутящий момент на валу насоса, ; WP – полярный момент сопротивления, м3.
Теперь определим полярный момент сопротивления:

,         (10.1.19)

где: d – диаметр вала, выбранный из табличных данных в зависимости от установки, для УЭЦН 250-1400 d=20 мм.
м3.

Определим ω:

,          (10.1.20)

рад/с.

Теперь найдем МКР:

.

Следовательно:

МПа.

Так как допустимое напряжение при кручении [τ], равное 750 МПа для стали 40ХН больше максимального напряжения при кручении, следовательно имеет коэффициент запаса прочности, равный n=[τ]/τ=1.918.
Определим диаметр вала:

м.

Тогда диаметр втулки будет равен:

м.

Теперь, когда известны все необходимые величины, определим диаметр входного отверстия колеса:

м.

10.1.10. Радиус расположения средней точки входной кромки лопасти R1 выбираем в зависимости от величины быстроходности ns.  Так для колес с ns≥90, обладающими повышенными кавитационными качествами выбирают:

м.     (10.1.21)

10.1.11. Ширина b1 канала колеса в меридианном сечении на входе на лопасть определяется из уравнения сплошности потока по значению скорости v|m1 до стеснения сечения лопастями, которую выбирают обычно равной скорости v0:

м.    (10.1.22)

Меридианная составляющая скорости с учетом стеснения:

,         (10.1.23)

где: K1 – коэффициент стеснения потока лопастями, равный 1.125.

м/с.

10.1.12. Окружная скорость в точке пересечения средний линии тока с входной кромкой лопасти:

м/с   (10.1.24)

10.1.13. Тангенс угла безударного поступления потока на лопасть определяют по формуле:

.     (10.1.25)

Угол наклона лопасти на входе:

,         (10.1.26)

где: Δβ – угол атаки, принимают равным 3-80. Меньшее значение Δβ выбирают для колес, больших ns. При этом должен быть не менее 200.

.

10.1.14. Выходной диаметр рабочего колеса определяют методом последовательных приближений.
Теоретический напор колеса при условии vu1=0:

,         (10.1.27)

где: ku2 – коэффициент окружной составляющей скорости, определяем его по формуле:

     (10.1.28)

Окружная скорость на выходе из колеса:

м/с.     (10.1.29)

Выходной диаметр колеса равен:

,          (10.1.30)

м.

В насосе данного типа используется цилиндрический подвод, он обеспечивает подвод жидкости к колесу с равномерной по сечению скоростью. Отвод лопаточного типа.



















10.2 Расчет показателей надежности

1 Определим вероятность безотказной работы P(t) насоса, работающего в нормальном режиме, при известной наработке t=200ч. и интенсивности отказов 1/ч
Вероятность безотказной работы P(t) определим по формуле экспоненциального закона:
(10.2.1)

2 Определим вероятность безотказной работы P(t) насоса после модернизации, работающего в нормальном режиме, при известной наработке t=300ч. и интенсивности отказов 1/ч
Вероятность безотказной работы P(t) определим по формуле экспоненциального закона:
(10.2.2)

Увеличение вероятности безотказной работы составляет 1,09 раза, т. е. на 7,9%.















10.3 Оценка технологичности конструкции изделия

При оценки технологичности конструкции изделия (ТКИ) так же пользуемся математическим приложением MathCad, оценку ТКИ проводим по методу учета масс.
Исходные данные:
Трудоёмкость, нормо-час/кг, массы изделия, q     1.2
Удельная материалоемкость, кг/кг изделия, g    4.5
Удельная технологическая себестоимость, руб./т   
Масса агрегата УЭЦН-250-1400, кг, Ma1    1050
Масса насоса ЭЦН5-250-1400, кг, Mна      478
Срок службы, Tc          12
Подача, м3/сут., Q         130

Технологическая стоимость:
руб./т.      (10.3.1)
Трудоёмкость, достигаемая при проектной массе нового УЭЦН:
,        (10.3.2)
.
Материалоемкость аналога:
.         (10.3.3)
Материалоемкость изделия :
.        (10.3.4)
Удельная материалоемкость аналога, отнесенная к суточной добыче и сроку службы:
.         (10.3.5)
Удельная материалоемкость нового изделия при сохранении добычи и увеличении срока службы на 25% :
.
В результате оценки ТКИ удельная материалоемкость нового изделия в 2,25 раза меньше удельной материалоемкости аналога отнесенной к суточной добыче и сроку службы.






























11 Заключение

В данном курсовом проекте были рассмотрены основные характеристики установки погружного центробежного насоса, ее составные части, их краткое описание.
Так же произведены гидравлический расчет, расчет показателей надежности, проведена оценка технологичности конструкции изделия.
Результаты расчетов:
-Запас прочности вала насоса при кручении является удовлетворительным, коэффициент запаса прочности n=1.92;
- Увеличение вероятности безотказной работы составляет 1,09 раза, т. е. на 7,9%.
-Снижение удельной материалоёмкости нового изделия в 2.25 раза.
Проведенная модернизация позволяет:
-уменьшить абразивный износ рабочих органов;
-повысить надежность и долговечность работы;
-снизить вероятность отказов насоса;
- уменьшить вибрации;
- уменьшить материалоемкость.
















Список использованной литературы :

1. Андреев В.В., Уразаков К.Р., Далимов В.У. и др. Справочник по добыче нефти / под ред. К.Р. Уразакова.- М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2000.-374с.
2. Ивановский В.Н, Дарищев В.И., Каштанов В.С. и др. Нефтегазопромысловое оборудование. Под общ.ред. В.Н. Ивановского. Учеб. для ВУЗов.- М.: «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006.- 720 с.: ил.
3. Ибулатов, К.А. Гидравлические машины и механизмы в нефтяной промышленности/ К.А. Ибулатов . М.: Недра,1972. 286 с.
4. Караев, М.А. Гидравлика буровых насосов/ М.А. Караев. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1983. 208 с.
5. Силаш, А. П. Добыча и транспорт нефти и газа. Часть 1. М.- Недра, 1980, 375 с. Пер. изд. ВНР, 1975.
6. Советов, Г.А. Основы бурения и горного дела / Г.А. Советов, Н.И. Жабин. М.: Недра, 1980. 295 с.
7. Шерстюк, А.Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры: Учеб. пособие для втузов/ А.Н. Шерстюк. М.: Высш.шк., 1972. 233 с.
8. http://www.drillings.ru/skvazhnasos/.





























Приложение А





















Рис. 1 Схема установки электроцентробежного насоса:
1 – обсадная колонна скважины; 2 – гидрозащита; 3 – электродвигатель;
4 – газосепаратор; 5 – насосные секции; 6 – кабель модулем;
7 – насосно-компрессорная труба; 8 – оборудование устья скважины;
9 – выносной пункт подключения кабеля; 10 – оптоволокно;
11 – блок формирования сигнала и приемный блок;1 2 – блок микропроцессора




Рис. 2 Газосепаратор:

1 – головка; 2 – втулка; 3 – вал; 4 – сепаратор; 5 – направляющий аппарат; 6 – рабочее колесо
7 – корпус; 8 – шнек; 9 – основание



Рис. 3 Пьедестал ПМ25 (а) и монтажный хомут-элеватор (б):
а) 1 – ручка; 2 – палец; 3 – корпус; 4 – затвор; 5 – стержень;
б) 1 – корпус; 2 – затвор; 3 – ось; 4 – болт; 5 – гайка

Рис. 4 Арматура устьевая типа АУЭ:
1 – перепускной клапан; 2 – манжета; 3 – уплотнение кабеля; 4 – пробковый кран; 5 – патрубок;
6 – зажимная шайба; 7 – трубная подвеска; 8 – корпус; 9 ,12,13 – угловые вентили; 10 – отборник проб; 11 – быстросъемное соединение




















 Приложение Б