4.4. Штангалар ілгегінің нүктесіндегі орын алатын күштер

Балансирлі тербелмелі-станоктың штанга ілгегінің нүктесіндегі жүктемелер былай шартталған:

1. сұйықтың және штангалардың ауырлық күштерінен болатын статикалық жүктемелерден, цилиндрлі плунжерлердің және штангалардың үйкеліс күштері;

2. штангалар тізбегінің үдеуінің және сұйық бағанасының қозғалысы кезінде пайда болатын, қозғалатын массалардың инерция күштері;

3. штангалар дірілдеуінің нәтижесінде пайда болатын динамикалық жүктемелер.

Тәжірибелік мәндер штангаларға түсетін минималды және максималды жүктемелердің қосындысы болады, олардың мөлшері динамометриялық өлшеулермен немесе есептеу жолымен анықталады.

Жоғарыда көрсетілгендей статикалық жүктеменің штангалардың жоғары қарай жүрісі кезіндегі максималды мөлшері мынадай болады:

Р_ст = Р_сұй + Р_шт, (4.1)

мұндағы, Р_сұй – плунжердің үстінде болатын сұйықтың ауырлық күші, Р_шт – сұйыққа батырылған штангалардың салмағы.

Есептеуді жеңілдету үшін қораптың түсу тереңдігін динамикалық деңгейге тең деп аламыз.

Р_ст = q_сұй + q_штLB_y, (4.2)

мұндағы, q_ж – тереңдік сораптың плунжер үстіндегі 1 м сұйық бағанасының салмағы, q_шт – ауадағы 1 м штангалардың салмағы, L – штангалардың ұзындығы, B_y = 1 - _ж/ _шт (мұнда _сұй, _шт – сұйықтың және штанганың материалдарының тығыздығы).

Зерттеулер көрсетіп отырғандай, штангалардың құбырға үйкеліс күшін, егер ұңғының қисаюы 5-6^о-тан аспаса, ескермеуге болады. Инерция күштері мына формуламен анықталады:

Р_i = M*I_max , (4.3)

мұндағы, М – қозғалатын бөлшектердің массасы, I_max – штангалар ілгегінің нүктесінің максималды үдеуі.

Шығарылатын сұйық еріген және еркін газдардың әсерінен сығылатын болғандықтан, онда есептеуде тек штангалардың массасы ескеріледі:

М = Р_шт/q.

Инерция күштерін ескере отырып, штангалар ілгегінің нүктесіндегі жүктеме мынадай мәнге ие болады:

Р_мах = Р + Р_шт*B_y + P_шт*Sn²/1440. (4.4)

Штангалардың төменге қарай жүрісі кезіндегі динамикалық жүктеме келесідей анықталады:

Р _ш= ;

(4.5)

P_min=P_штb_y .

4.5. Балансирлі тербелмелі-станокты теңгеру әдістері

Штангалы тереңдік қондырғының жетекті қозғалтқышындағы біркелкі жүктеме жасау теңгеруші қондырғының көмегімен іске асырылуы мүмкін. Балансирлі тербелмелі-станоктарда теңгеруші қондырғылар кеңінен қолданыс тапқан, олар балансирда және роторда орнатылған жүктерден құралған.

Теңгеруші қондырғы деп қозғалтқышпен бірге оның жоғары және төмен қарай жүрісі кезінде атқарылатын жұмыстарының теңдігін айтамыз, яғни А_ж=А_т.

Қондырғы теңгеріліп тұратындай болатындықтан, балансирде орнатылатын жүктің салмағын анықтайық. Ол үшін қарапайым теорияны қолданамыз. Жылтыратылған штоктың деформация күштерінің механикалық жұмысы нөлге тең болады, өйткені оны үдеткен кезде инерция күштері оң таңбалы болады, ал тежеу кезінде теріс болады.

Штангалардың жоғары қарай қозғалысы кезінде орындалатын жұмыс штангалардың және сұйықтың орын ауыстыру операциясына жұмсалынады.

А_ж = (Р_сұй + Р_шт)*S. (4.6)

Штангалардың төмен қарай жүрісі кезінде

А_т = - Р_шт * S. (4.7)

Екі жүріс үшін пайдалы жұмыс мынаған тең болады

А = Р_сұй * S.

Балансирдің В нүктесіне теңгеруші жүкті G орналастырған кезде (4.6-сурет) механикалық жұмыс, жоғары және төмен қарай жүрісі кезінде сәйкесінше тең болады (балансирдің алдынғы иінін артқысына тең деп болжаймыз):

А_ж = (Р_сұй+Р_шт)*S – G*S; (4.8)

А_төм = - Р_шт*S + G*S .

4.6-сурет

Егер теңгерілген тербелмелі-станокта А_ж=А_тө теңдігі орын алса, онда теңдеулердің оң жақ бөліктерін теңестіргенде мынаны аламыз:

G = P_сұй/2 + Р_шт . (4.9)

Тербелмелі-станоктарда жүкті В нүктесінде орнатпасақ және балансирдің иіндерінің ұзындықтарының әртүрлі екенін ескерсек, онда теңгеруші жүктің салмағы мынаған тең болады:

G = (Р_сұй/2 + Р_шт)а/с. (4.10)

Осы теңгеру әдісі балансирлі деп аталады, бұл әдіс қарапайым болып табылады және оның негізгі кемшілігі ретінде – қосымша инерция күштерінің пайда болуын атауға болады, ал жүктің салмағы G белгіленеді. Пайда болатын инерциялы күштер қондырғының барлық бөлшектеріне теріс әсер ететінін ескеру қажет.

4.7-сурет

Бұл кемшілік тек роторлы теңгеру әдісіне жатады (4.7-сурет). Теңгеруші күшті G_p кривошипта орнатады. Штангалардың жоғары және төмен қарай жүрісі кезінде қозғалтқышпен атқарылатын жұмыс мынаған тең болады:

А_ж = (Р_шт+Р_сұй)*S-Gp*2*R;

A_т = - Ршт*S + Gp*2*R . (4.11)

Теңдеудің оң жақ бөлігін теңестіріп, мынаны аламыз (a=b деп алса):

G_p = (2Р_шт+Р_сұй). (4.12)

Бірақ, S = 2*r, онда G_p = (P_шт + Р_сұй/2)*r/R және

G_p = (P_шт + Р_сұй/2)*r/R. (4.13)

Роторлы теңгеру кезінде жүктеудің салмағы тұрақты және олардың кривошип бойымен оның орын ауыстыруын теңгереді, яғни радиусты R өзгертеді.

R -дің мәні мына формуламен анықталады:

R = (Р_шт+Р_сұй/2)*а*r/ (в*Gp) . (4.14)

Роторлы теңгеру кезінде жүктердің қозғалысынан пайда болатын инерциялы күштер тек кривошипті білік подшипниктерімен қабылданады және оның тұрақты бұрыштық жылдамдығы кезінде қондырғының басқа бөлшектеріне берілмейді.

4.8-сурет

Үйкелістерді теңгеру мақсатында балансирға теңгеретін G жүкті орнатады (4.8-сурет). Ротордағы жүктің салмағы келесі түрде анықталады.

Штангалардың жоғары және төмен қарай жүрісі кезінде қозғалтқышпен шығындалатын жұмыстары мынаған тең:

A_ж = (Р_шт+Р_сұй)*Sa –G*Sб – G_p*2*R,

А_т = - Ршт*Sa + G*Sб + G_p*2*R . (4.15)

G жүгінің салмағымен өзгерте отырып, G_p жүгінің өлшемін анықтайық. Ол үшін теңдеудің оң жақ бөлігін теңестіреміз де, төмендегіні аламыз:

Gp = (Р_шт+Р_ж/2)*r*a/(R*в) – с*r/(Р*R). (4.16)

Үйлескен теңгерулік негізінен қуаттылығы орташа тербелмелі-станоктарда қолданылады, онда балансирлі теңгеруді қолдану қарама-қарсы салмақтың әсерінен елеулі инерция күштерінің пайда болуына әкеледі. Қондырғының теңгеру дәрежесін электрқозғалтқыш тұтынатын тогының мөлшерін өлшеу арқылы бақылайды. Оның максималды мәні штангалардың жоғары және төмен қарай жүрісі кезінде бірдей болуы қажет.