4.6 Штангалы ұңғымалық сораптық қондырғыны есептеу

Бұл тақырыпта ШҰСҚ жабдықтарын таңдау кезінде «қарапайымнан күрделісіне қарай» қағидасы қолданылған. Алдымен А.Н. Адонин диаграммасымен [1] анықталатын жабдықтарды графикалық таңдау әдісі келтіріледі, одан соң ШҰСҚ жұмысының режимдік параметрлерін анықтайтын аналитикалық әдістер көрсетіледі; қарапайым формулаларды қолдану арқылы жабдықтардың негізгі жұмыстық параметрлерін анықтайтын Муравьев И.М., Крылов А.Г. және Оркин К.Г. әдістері қарастырылады; содан кейін жабдықтарды нақты есептеулері үшін және штангалар тізбегі мен құбырдың деформациясын, үйкеліс күші мен сұйықтың тұтқырлығын есепке алатын параметрлер режимінде А.Н. Адонин, А.С. Вирновский, Л.Г. Чичеров формулалары келтіріледі.

4.7. Шұсқ жабдықтарын таңдау мен сораптың жұмысының параметрлерін анықтау

Графикалық әдіс А.Н. Адониннің диаграммасын қолдануға негізделген (4.9-сурет). Оны қолдану кезінде ұңғыма дебитін Q, м³/тәу және сораптың түсіру тереңдігін L, м білу қажет. Тербелмелі-станоктың типтік өлшемі мен сорап плунжерінің диаметрі А.Н. Адонин диаграммасымен дебит проекциясы мен сораптың түсіру тереңдігінің қиылысу нүктесі арқылы анықталады. Сораптың типі түсіру тереңдігі мен өндірілетін сұйықтың параметріне қатысты табылады. Түсіру тереңдігі 1200 м-ден асса және өндірілетін сұйықта абразивті бөлшектердің көрсеткіші көлемді болғанда (1,5 г/л-ден жоғары) қондырмалы сораптарды қолдану қажет.

Сораптық құбырлардың диаметрін таңдау кезінде сораптың өлшемі мен типін ескеру қажет. Қондырмалы сораптарды қолдану кезінде СКҚ диаметрі плунжердің диаметрінен 28-32 мм-ге үлкен болуы қажет. Қондырмасыз (құбырлы) сораптарды қолданғанда мұндай көрсеткіш 14-18 мм-ден) аспауы қажет.

Штангалы сорап диаметрі мен болаттың беріктік топтарын келтірілген кернеуді кейінгі тексеру есебінде 4.1, 4.2 және 4.3 - кестелері бойынша таңдайды. Ілу тереңдігі 1200 м-ден жоғары кезінде штанганың сатылы тізбегін қолдану керек. Көміртекті штанганың (болат 40У) екісатылы тізбегінде бейімділік ретінде штанганың жоғарғы сатысының пайыздық ұзындығын плунжердің диаметріне тең етіп алуға болады.

Сорап жұмысының режимдік параметрін жақын айқындау үшін штанга ілмесінің жүру нүктесінің максималды ұзындығын алу және тербелудің қажетті санын төмендегідей анықтау керек:

n=n_maxQ_н/Q_max, (4.17)

мұндағы, n_max – тербелмелі-станок сипаттамасы бойынша оның максималды тербелу саны; Q_н – ұңғыманың нақты дебиті; Q_max – максималды параметр кезіндегі (А.Н. Адонин диаграммасынан анықталады) сораптың максималды өнімділігі.

Сорап жұмысының режимдік параметрін нақты анықтау үшін аналитикалық әдістерді қолданады.

Бірінші әдісті Муравьев И.М. және Крылов А.Г. ұсынған, одан соң Оркин К.Г. ары қарай дамытқан, [2]. Ол қабылданған тербелмелі-станоктың плунжерінің диаметрін D, тегістелген шток қадамының ұзындығын S және тербелу санын n анықтау үшін пайдаланылады. (Ары қарай тербелмелі-станок типі D, S, n параметрлерін және теңестіргіштің басына түсетін күш мөлшерінің анықталуынан кейін өзгеруі мүмкін).

Сорап жұмысының оңтайлы (оптималды) режимін таңдағанда штангада минималды кернеу алуды көздейді және теңестіргіштің басына түсетін жүктеме де минималды мәнге ие болуы қажет.

Штангада минималды кернеуді алу үшін сорап жұмысының негізгі параметрлері (беріліс коэффициенті =0,7 және мұнайдың тығыздығы ρ=900 кг/м³) өзара келесі тәуелділікке сәйкес анықталады:

; (4.18)

4.1-кесте

Көміртекті штанганың ұсынылған түсіру тереңдіктері (σ_кр=70 МПа)

Сорап диаметрі, мм	28	32	38	43	56	68	93
Штанга диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 1150 1020 860 720 - - - 19 1300 1170 1000 860 650 - - 22 - - - - 790 590 380* 25 - - - - - - 470 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен алғанда) мм 19 34 38 45 55 - - - 16 66 62 55 45 - - - Түсу тереңдігі L, 1480 1310 1100 920* - - - м Штанга диаметрі, мм 22 28 31 36 42 55 - - 19 72 69 64 58 45 - - Түсу тереңдігі L, 1620 1460 1260 1060 320 - - м Штанга диаметрі, мм 25 - - - - 42 56 - 22 - - - - 58 44 - Түсу тереңдігі L, - - - - 960* 720 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 22 26 29 - - - - - 19 28 32 - - - - - 16 46 39 - - - - - Түсу тереңдігі L, 1760 1570 - - - - - м Штанга диаметрі, мм 25 - - 27 33 - - - 22 - - 30 35 - - - 19 - - 43 32 - - - Түсу тереңдігі L, - - 1490 1270 - - - м

* Жұлдызшамен белгіленген штангалардың ұзындығын тек келесі есептеулерге тәжірибелік түрде қабылдауға болады.

4.2-кесте

20XH қалыптанған болаттан (σ_ш=90 МПа) жасалған штангалы сораптың ұсынылған түсіру тереңдіктері

Сорап диаметрі, мм	28	32	38	43	56	68	93
Штангы диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 - - - - - - - 19 - - - - - - - 22 - - - - 1000* 760 490 25 - - - - - - 610 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 19 35 39 46 55 - - - 16 65 61 54 45 - - - Түсу тереңдігі L, 1890* 1680* 1410* 1180* - - - м Штанга диаметрі мм 22 28 30 35 41 54 - - 19 72 70 65 59 46 - - Түсу тереңдігі L, 2080 1870 1610 1370 1050 - - м Штанга диаметрі мм 25 - - 28 32 40 55 - 22 - - 72 68 60 45 - Түсу тереңдігі L, - - 1810* 1570* 1230* 910 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің саты ұзындығы (%-бен) мм 22 25 28 - - - - - 19 28 32 - - - - - 16 47 40 - - - - - Түсу тереңдігі L, 2270* 2010* - - - - - м Штанга диаметрі, мм 25 20 23 26 31 - - - 22 23 26 30 45 - - - 19 57 51 44 34 - - - Түсу тереңдігі L, 2450* 2200* 1900 1620* - - - м

* - Штангалардың ұзындықтарын келесі есептеулерге тәжірибе түрінде қабылдауға болады

4.3-кесте

Штангалары 15 НМ сорбиттелген болаттан (σ_ш=110 МПа)

жасалған сораптардың ұсынылған түсіру тереңдіктері

Сорап диаметрі, мм	28	32	38	43	56	68	93
Штанга диаметрі, Бірсатылы тізбек ұзындығы, м мм 16 1970 1600 1340 1120 - - - 19 2050 1830 1580 1350 1020 750 470 22 - - - - - - 600 Штанга диаметрі, Екісатылы тізбектің сатыларының ұзындығы (%-бен) мм 19 35 39 46 55 - - - 16 65 61 54 45 - - - Түсу тереңдігі L, 2300 2060 1730 1450 - - - м Штанга диаметрі мм 22 27 30 35 41 54 74 - 19* 73 70 65 59 46 26 - Түсу тереңдігі L, 2550 2280 1970 1690 1280 935 - м Штанга диаметрі, Үшсатылы тізбектің сатыларының ұзындығы (%-бен) мм 22 25 28 33 40 - - - 19 29 32 39 46 - - - 16 46 40 28 14 - - - Түсу тереңдігі L, 2750 2460 2070 1740 - - - м

F_пл=0,25 , (4.19)

мұндағы, q_ср – екісатылы штанганың 1м ұзындығының орташа массасы; n – плунжердің бір минуттағы жүріс саны. Ғ_пл – плунжер қимасының ауданы.

Оңтайлы режимді таңдау үшін алдымен қабылданған тербелмелі-станок типінің мүмкін болатын S көрсеткіші беріледі де, (4.18) формуласы бойынша соған сәйкес n көрсеткішін табады.

Одан әрі қабылданған S көрсеткіші мен алынған n көрсеткіштері үшін плунжер қимасының ауданы сорап өнімділігінің формуласынан анықталады, см² :

F_пл=Q/(S*n), (4.20)

мұндағы, Q - сораптың өнімділігі, м³/тәу; S – сальникті штоктың жүрісінің ұзындығы, м.

Осыдан

D_пл= .

Содан кейін стандартты n көрсеткіштері беріледі де, (4.19) формуласымен соған сәйкес F_пл мәнін, ал (4.20) формуласымен S мәнін анықтайды.

Тербелмелі-станоктың S және n қабылданған жұмыс ауданына кіретін барлық режимдер үшін, теңестіргіш басына түсетін жүктеме анықталады.

Статикалық теория бойынша максималды күштеме:

P_max= F_плρ_cLg + q_ортLg[b+Sn²/1440], (4.21)

мұндағы, L – сорапты түсіру тереңдігі, м; b=ρ_ш –ρ_с /ρ_ш – сұйықтағы штанганы жеңілдету коэффициенті; ρ_ш, ρ_с – сәйкесінше штанганың материалы мен сұйықтың тығыздықтары; S_n²/1440 – инерциялы жүктеме факторы; g – еркін түсу үдеуі.

Штанганың бастапқы төмен жүрісі кезіндегі минималды жүктеме:

P_min= q_ортLg[b-Sn²/1440]. (4.22)

Содан кейін теңестіргіш басындағы P_max жүктемесі аз болатындай режим таңдалады және штангадағы максималды және минималды кернеулер анықталады:

σ_max=P_max/f_ш; (4.23)

σ_min=P_min/f_ш,

мұндағы, f_ш – штанганың көлденең қимасының ауданы.

Штанга материалын таңдау үшін σ_ш анықтайды:

σ_ш= , (4.24)

мұндағы, σ_а= – ассиметриялық циклдегі кернеудің амплитудалық мәні.

σ_мүм.ш ≥σ_ш болатындай 4.4-кестесінен штангаға сәйкес материал таңдалады.

Одан кейін штанганың беріктік қорының коэффициентін анықтайды:

η=σ_a/ σ_max, (4.25)

мұндағы, σ_а – штанга материалының ағу шегі.

Есептеу бойынша алынған D және n параметрлері стандартты емес болуы мүмкін. Сондықтан берілген дебит бойынша плунжердің стандартты диаметрін пайдалану кезіндегі тербеліс саны анықталады:

n=n_eD_e/D_cт, (4.26)

мұндағы, n_e – тербелістің есептік саны; D_e – плунжердің есептік диаметрі; D_ст – плунжердің стандартты диаметрі.

Егер n стандартты емес болса, стандарт жағын мәнді немесе қажетті диаметрдегі электроқозғалтқыштың шкивін жасау керек:

d_эқ=n·d_p·i/n_эл, (4.27)

мұндағы, n – бір минуттағы тербеліс саны; d_р – редуктор шкивінің диаметрі; і – редуктордың беріліс саны; n_эқ – электрқозғалтқыш білігінің айналу жиілігі, мин^-1.

4.4-кесте

Штанга материалының механикалық сипаттамалары

Болат маркасы	Ағу шегі, МПа	Бринель бойынша қаттылық, НВ	Шақ-тама σш, МПа	Сорап диаметрі, м	Штангаларды өңдеудің түрі	Пайдалану шарты
40	320 217		70 28 – 95 120 28 – 43 100 55 – 95		Нормальдау ЖЖТ-пен нормальдау	Коррозиялы емес
20Н2М	390 200		90 28 – 95 60 -«- 130 28 – 43 110 55 – 95 100 28 – 95		Нормальдау -«- ЖЖТ-пен нормальдау	Коррозиялы емес -«-
	520 260		100 28- 95 70 -«-		Көлемдік шынықтыру	Коррозиялы емес
15Х2НМФ	630 255		100 28 – 95 90 -«-		Көлемдік шынықтыру	Коррозиялы емес