2. Тереңдік сорап жұмысы кезіндегі статикалық жүктеме

Терең сорапты қондырғының негізгі элементтерінің бірі болатын сорап штангалар бағанасы, оның жұмыс қабілеттілігі – барлық сорап жүйесін анықтайтын фактор.

Сорапты қондырғының жұмысы кезінде, штангаларға – іліну нүктесінде максималды салмақ түседі, яғни максималды күш.

Терең сорапты қондырғының жұмысы кезінде, сорапты штанагалар іліну нүктесіне түсетін жалпы жүктеме салмақ келесі элементтерден тұрады:

1. Статикалық күштер - сорапты штангалардың ауырлық күшінен, сұйық бағанасы және сорап цилиндріндегі плунжердің үйкеліс күшінен, және сорапты штангалардың құбырға және сұйыққа үйкеліс күшінен пайда болады.

2. Динамикалық күштер – штанга бағанасы (колонна) және сұйық бағанасының қозғалысы кезінде болатын – дірілдеу (вибрация) күштерінен, екпінді күштерден және инерциялық күштерден пайда болады.

Статикалық жүктеме

Штангалар жоғары қозғалысы кезінде, өзінің ауырлық күшімен және плунжер үстіндегі сұйық бағанасының ауырлық күшімен жүктеледі.

Бұл кезде, статикалық күш, төмен қарай бағытталған үйкеліс күші әсерінен күшейеді.

Штанганың кері төмен қозғалысы, тек өзінің ауырлық күші әсерінен болады, осы кезде, үйкеліс күші төмен бағытталған, сондықтан штанганы жеңілдетеді.

Осылай, үстіңгі штангаға түсетін максималды статикалық күш, жоғары жүріс кезінде пайда болады, және тең болады:

P_ст =P_ж + P_шт + P_тр (1)

P_ж – плунжер үстіндегі сұйық бағанасының ауырлық күші;

P_шт – штанганың ауырлық күші;

P_тр – үйкеліс күші.

P = mg = pVg = pFLg болғандықтан,

Р_ж =(F_ауд – f_шт )L pg

P_шт = f_шт Lp₁ g

мұндағы F_ауд – плунжер қимасының ауданы;

f_шт – штанга қимасының ауданы;

L – штанга бағанасының ұзындығы;

ρ – сұйық тығыздығы;

ρ₁ – материал тығыздығы.

Сорапты h тереңдіктегі динамикалық деңгей астына батырған кезде

Р_ст =(F_ауд – f_шт )L pg - F_ауд hpg + f_шт Lp₁ g + P_тр (2)

немесе

P_ст = F_ауд pg(L-h) + f_шт L p₁ g – f_шт Lpg + P_тр =F_ауд hpg + f_шт Lg(p₁ - p) + P_тр (3)

H – динамикалық деңгейге дейінгі тереңдік;

F_ауд hρg – плунжерге астынан басылған, сұйық бағанасының h қысымы;

f_шт (ρ₁ - ρ)δ – сұйықтағы 1м штанганың ауырлық күші

Штанганың ауырлық күшін q_шт деп белгілесек:

q_шт = f_шт p₁ g (4)

және сұйықтағы 1м штанганың ауырлық күші

q_шт = f_шт (p₁ - p)g (5)

алатынымыз

q_шт¹ = q_шт (p₁ - p)/p = q_шт в (6)

мұндағы

в = (p₁ –p )/p (7)

Плунжер F_ауд ρg үстіндегі 1 м сұйық бағанасының ауырлық күшін q_ж деп белгілесек, және шамамен H  L деп алғанда, соңғы шығатыны

P_ст = q_ж L + q_шт L в + Р_тр (8)

Штанганың іліну нүктесіндегі статикалық күштен болатын қуат

_ст = (q_ж L + q_шт L в + Р_тр) / f _шт (9)

Үйкеліс күші, әдетте, көптеген белгісіз факторлардың болуына байланысты дәл есептелмейді.

Шамамен штанганың құбырға үйкеліс күшін А.С. Вирновский формуласымен есептеуге болады.

P_шт^f = 1/2 ₁ P_шт (10)

мұндағы: Р_шт – штанганың құбырға үйкелу күші;

 - штанганың құбырға үйкелу коэффиценті;

₁ – ұңғыма осінің тік бағыттан ауытқу бұрышы, рад;

Р_шт – штанга бағанасының ауырлық күші.

Штанганың үйкеліс күші штанга салмағынан 2%-тен аспайды.

Плунжердің сорап цилиндрі төлкесіне үйкеліс күші, статикалық күш шамасының 1-3 % құрайды және статикалық күштер әсерінен жоғары жүріс кезінде іліну нүктедегі максималды қуатты шамамен есептеу келесідей жазылады:

_ст = q_ж L /f _шт + q_шт L в / f _шт (11)

мұндағы q_ж = F_ауд ρg

q_шт = f_шт ρ₁  g

в = (ρ₁ - ρ)/ ρ

F_ауд – плунжер қимасының ауданы;

f_шт - штанга қимасының ауданы;

L - штанга бағанасының ұзындығы;

ρ – сұйық тығыздығы;

ρ₁ - штанга материалының тығыздығы.