Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

21, 1976 г. с.4. «Скважинная насосная установка».

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано в

конструкциях скважинных насосных установок, предназначенных для откачивания

сред, содержащих механические примеси.

Цель изобретения - уменьшение габаритов и металлоемкости установки, а

также повышение степени очистки перекачиваемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинной насосной установке,

содержащей центробежный насос, размещенный под ним электродвигатель,

установленный на выходе насоса гидроэлеватор с наружным кожухом и камерой

смещения и деформируемый пакер, последний расположен выше гидроэлеватора,

в наружном кожухе гидроэлеватора выполнены отверстия и его камера смешения

сообщена с областью всасывания насоса посредством упомянутых отверстий, а

электродвигатель снабжен спиральной направляющей на его наружной

поверхности.

2.О.М. Юсупов, М.Д. Валеев и др. Авторское свидетельство № 1019111,

№ 19, 1982 г., с 4. «Способ запуска центробежного насоса».

Изобретение относится к гидромашиностроению и может быть использовано при

эксплуатации центробежных насосов для подъема жидкости из скважины.

Цель изобретения - упрощение технологии запуска.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу запуска

центробежного насоса, откачивающего газированную жидкость и установленного

в скважине на колонне подъемных труб, подключенной в верхней части к

выкидной линии и затрубному пространству скважины, включающему создание

положительной разности давлений на выходе и выходе насоса, раскрутку ротора

последнего в турбинном режиме жидкостью, перетекающей из затрубного

пространства в колонну подъемных труб под действием созданной разности

давлений, и включение электродвигателя насоса, предварительно отключают

колонну труб от выкидной линии и затрубного пространства, а создание

положительной разности давлений осуществляют путем выпуска газа на верхней

части колонны труб.

3. Ю.Г.Вагапов, А.А.Ланкин и др. Авторское свидетельство № 808698,

№ 8, 1981 г., с.4. «Погружной электроцентробежный агрегат».

Изобретение относится к насосостроению и может найти применение в

погружных электроцентробежных насосах, предназначенных, например, для

добычи нефти из скважин.

Цель изобретения – обеспечение возможности обратной прокачки жидкости

через насос и измерения давления на приеме насоса.

Указанная цель достигается тем, что насос дополнительно содержит муфту,

закрепленную над обратным клапаном, в которой размещен специальный груз со

штоком в нижней части, проходящим через отверстие седла клапана, причем

груз имеет сквозное отверстие.

4. Л.А.Чернобай, А.М. Романов и др. Авторское свидетельство №

1028893, № 26, 1981 г., с 4. «Погружной центробежный насосный

агрегат».

Изобретение относится к гидромашиностроению, более конкретно к

конструкциям насосных установок для подъема минерализованных жидкостей,

например обводненной нефти, из скважины.

Цель изобретения – повышение долговечности при использовании агрегата для

перекачивания обводненной нефти.

Поставленная цель достигается тем, что в погружном центробежным агрегате

излучатель снабжен расположенным по обе стороны от него кольцевыми

камерами, сообщенными с отверстиями.

5. С.А. Войтко, А.А. Гунин и др. Авторское свидетельство № 1083696,

1981 г., с.3. «Скважинная насосная установка».

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть

использовано в конструкциях насосных установок, предназначенных для

откачивания жидкости с механическими примесями из скважин.

Цель изобретения – в повышении надежности и уменьшения габаритов

установки.

Поставленная цель достигается тем, что в скважинной насосной установке,

содержащей установленный на колонне подъемных труб насос, размещенный на

выходе последнего пескоотстойник, снабженный в нижней части нормально

открытым клапаном, и обводную трубу, нижний конец которой непосредственно

сообщен с выходом насоса, а верхний через обратный клапан – с полостью

колонны труб, обводная труба расположена внутри пескоотстойника, а

нормально открытый клапан выполнен подпружиненным и имеет внутреннюю

полость, уплотненную относительно полости колонны труб и гидравлически

связанную с выходом.

2.2.Обоснование выбранного прототипа.

Большое значение имеют погружные центробежные насосы для нефтедобывающей

промышленности. Скважины, оборудованные установками погружных центробежных

электронасосов, выгодно отличаются от скважин, оборудованных

глубинонасосными установками. Применение такого оборудования позволяет

вводить скважины в эксплуатацию сразу же после бурения в любой период года,

без больших затрат времени и средств на сооружение фундаментов и монтаж

тяжелого оборудования. Спуск электронасоса в скважину отличается от

обычного для промыслов спуска НКТ лишь наличием кабеля и необходимостью его

крепления к трубам, сборка же самого электронасоса на устье скважины очень

проста и занимает по нормам не более 2-3 часов.

Характерной особенностью погружных центробежных насоса является простота

обслуживания, экономичность, относительно большой межремонтный период их

работы.

Насосный агрегат, состоящий из погружного центробежного насоса, двигателя

и гидрозащиты спущен на колонне НКТ в скважину. Насосный агрегат откачивает

пластовую жидкость из скважины и подает ее на поверхность по колонне НКТ.

Кабель в сборе, обеспечивает подвод электроэнергии к электродвигателю,

крепится к гидрозащите, насосу и колоне НКТ хомутами. Насос погружной,

центробежный, модульный, многоступенчатый, вертикального исполнения.

Базовой моделью для моего усовершенствования является УЭЦН 5 50-1300, так

как на основании проведенного анализа полетов УЭЦНМ в АО «Сургутнефтегаз»

видно, что влияние вибрации в модульных насоса ЭЦН приводит к обрыву болтов

во фланцевых соединениях, не только самого верхнего, но и ниже. На

основании этого предлагается конструкция противополетного устройства,

устанавливаемого на каждое фланцевое соединение насосного агрегата,

описанное далее.

2.3.Суть модернизации.

Страховочные муфты предназначены для предотвращения падения установок в

скважину при ее расчленении по фланцевому соединению.

Устанавливаются страховочные муфты между модуль-секциями насоса (кроме

соединения входной модуль – модель-секция) и между модуль-головкой и модуль

секцией. Если применяется противополетная головка.

Монтаж-демонтаж установок производится согласно «Инструкции по монтажу-

демонтажу на устье скважин погружных электроцентробежных насосов для добычи

нефти» со следующими дополнениями.

После соединения верхней и нижней секций, приподнять агрегат и установить

на фланцевом соединении страховочную муфту в следующей последовательности:

1.Вывинтить стягивающие винты из корпуса муфты для рассоединения двух

частей.

2.Установить обе части муфты на фланцевое соединение винтами вниз так,

чтобы срезанная плоскими часть муфты находилась под кабелем.

3.Соединить часть муфты винтами при помощи шестигранного ключа, и

расклинить винты со стороны разрезанной части, для предотвращения

самопроизвольного развинчивания.

Аналогично установить муфту при наличии многосекционного насоса между

всеми модулями.

Демонтаж муфты осуществить следующим образом:

1.Сжать плоскогубцами расклиненные концы винтов.

2.Вывинтить винты из корпуса страховочные муфты, разъединить части муфты

и снять их.

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1.Расчет ступени ЭЦН

3.1.1.Расчет рабочего колеса.

При расчете ступени погружного центробежного насоса всегда известны

подача и напор насоса, скорость вращения вала и диаметр обсадной колонны

скважины для работы в которой предназначен насос. (1)

Подача, Q – 30 м\сут.

Напор, H – 1300 м.

Частота вращения вала, n – 3000 об\мин.

Внутренний диаметр корпуса насоса, d – 82 мм.

Внутренний диаметр корпуса ступени, d – 76,5 мм.

После того, как установлен внутренний диаметр ступени, можно приступать

непосредственно к расчету проточной части рабочего колеса и других

размеров.

Для этого необходимо выполнить следующее:

а) Определить наибольший внешний диаметр рабочего колеса D max

D2max=Dвн.–25,

(3.1.)

где, S – радиальный зазор между внутренней стеной корпуса ступени

D вн. и наибольшим диаметром рабочего колеса D max.

Этот зазор выбираем в пределах S=2-3 мм

б) Определим приведенную подачу рассчитываемой ступени:

Qприв.=2800( 90 )3 Q,

(3.2)

n D2max

где, 2800 – приведенная скорость вращения единичного насоса в об\мин.

90 – наибольший внешний диаметр рабочего колеса единичного

насоса в мм.

n – число оборотов вала, об\мин.

Q – рассчитываемая подача, л\с.

в) Определяем диаметр втулки при входе в рабочее колесо:

Dвт.=Кdвт*D2max,

(3.3)

где, K d вт – коэффициент, соответствующий полученному значению

Q прив, 0,31.

После определения диаметра втулки необходимо проверить возможность

размещения вала насоса.

При этом должно быть соблюдено условие:

D = d + 2 ? вт.,

где, D вт – диаметр втулки, мм;

D в – диаметр вала насоса, мм;

?вт. – толщина ступени втулки (для погружных центробежных насосов с

диаметром корпуса 92-150, можно принять Sвт=2-4 мм);

г) Определяем наибольший диаметр входных кромок лопастей D1 max по

уравнению:

D1max=D2max

KD1max (3.4)

где, КD1 max – коэффициент, определенный для Q прив, 2,3;

в) Определяем диаметр входа D в рабочее колесо:

D0=КD0*D1max,

(3.5)

К – коэффициент диаметра входа в рабочее колесо для данного

Qприв, 0,96;

е) Определяем наименьший диаметр входных кромок лопастей рабочего колеса

D2 min:

D2min=?D2вн.ст.–1*(D2max)2*Fприв

0,78590

(3.6)

где, Fприв – приведенная площадь без лопаточного кольца между стенкой

корпуса ступени Dвн.ст. и ободом верхнего диска рабочего колеса

D2 min. Находят для Q Fприв = 1600 мм.

ж) Определяем наименьший диаметр входных кромок лопастей D1min:

D1min= D2max

KD1min

(3.7.)

где, KDmin – коэффициент определяемый для Qприв.

з) Определяем высоту канала b на выходе из рабочего колеса.

в=Кb2*D2max,

(3.8)

где, Кb2 – коэффициент, определяемый для Q, 0,016;

и) Определяем высоту канала b1 на входе в рабочее колесо.

b1=Kb1*D2max,

(3.9)

Кb1 – коэффициент, определяемый для Q, 0,036;

к) Напор ступени определяют по коэффициенту окружной скорости

Кv2окр., пользуясь уравнением:

Kv2окр.=V2окр.max

(3.10)

60?2gH

где, V2окр. – окружная скорость на диаметре D2max рабочего колеса;

Кv2окр.= ?D2ср.*n

60?2gH

(3.11)

где, K v2окр. – коэффициент окружной скорости, Кv2окр. = 1,33;

D2ср. – внешний диаметр рабочего колеса, мм;

п – число оборотов вала, об/мин;

g – ускорение свободного падения, м/с;

л) Определяем коэффициент быстроходности ступени;

м) Определяем конструктивные углы ?1 и ?2 от быстроходности ступени.

Расчет колеса:

а) D2max=Dвн.ст. – 2S

В2max=76,5-2*2

D=72,5 мм;

б)Qприв = 2800 (90 )3 *Q;

n D2max

Qприв = 2800 ( 90 )3 * 0,347;

3000 72,5

Qприв=0,6196 л\с;

в) d вт.=Кdвт*D2max

dвт=0,31*72,5

dвт=22,475 мм;

dвт=dв + 2?вт.

dвт=17+2*2/5

dвт= 22 мм;

г)D1max= D2max

KD1max

D1max=72,5

2,3

D=31,52 мм;

д) D0=К0*D1max;

D0=0,96*31,52;

D0=30,26 мм;

е) D2min=?D2 вн.ст. - 1 (D2max)2 *Fприв.

0,785 90

D2min=?76,52 – 1 (72,5)2 *1600

0,785 90

D2min=67,3 мм;

ж) D1min= D2max

KD1min

D1min= 72,5

2,2

D1min=32,95 мм;

з) b2=Кb2 * D2max;

b2=0,016*72,5

b2=1,16 мм;

и) b1=Кb1*D2max

b1=0,036*7,25=2,61 мм;

к) Н=(?Dср.* Н)2 * 1

60*КН2 2g

Н=(3,14*0,0725*3000) * 1

60*1,33 2*9,81

Н=3,73 м;

л) Hs=60;

м) ?1=27;

?2=53;

3.1.2. Расчет направляющего аппарата.

Осевой направляющий аппарат ступени погружного центробежного насоса

рассчитывают следующим образом:

а) Определяем приведенную подачу и по ней определим приведенную, а затем

действительную высоту рассчитываемой ступени:

lприв=22;

l=lприв.*D2max

(3.12)

90

б) Определяем высоту междулопаточных каналов:

b3пр.=90*b3

(3.13)

D2max

где, b3пр.- приведенная высота от приведенной подачи, 3.3;

b3пр.= b3прив.* D2max

90

в) Находим диаметр диафрагмы D направляющего аппарата:

F”прив.=0,7859(D2вн.ст.-D2)*(90)2

(3.14)

D2max

где, F”прив-приведенная площадь кольца внутренней стенкой корпуса

ступени и диаметром ступени, 800;

D3=?D2 вн.ст. – F’’прив. * (D2max)2

0,785

90

Расчет направляющего аппарата:

а) l=l прив. * D2max

90

l=22*72,5

90

l=17,7 мм;

б) b3=b3прив.*D2max

90

b3=3,3 * 72,5

90

b3=2,66 мм;

в) D3=?D2 вн.ст. – F’’ (D2max)2

0,785 90

D3=?76,52 – 800 (72,5)2

0,785 90

D3=72,04 мм;

КПД ступени 0,38

3.2.Проверочный расчет шпоночного соединения.

Шпоночное соединение проверяется по боковым граням шпонки под действием

окружного усилия, передаваемого рабочему колесу:

?=2Mр.к.D(h-t)*l

(3.15)

где, Мр.к. – момент передаваемый рабочему колесу.

D – диаметр вала;

t - глубина паза по валу;

l - длина посадочной части рабочего колеса;

h – высота шпонки.

Момент, передаваемый рабочему колесу определяется из мощности

передаваемой двигателем насосу. Мощность двигателя выбирают по основным

параметрам насоса. К основным параметрам относятся подача, напор, КПД. Для

определения напора необходимо определить количество ступеней находящихся в

насосе. Количество ступеней можно определить следующим образом. Существует

5 видов секций отличающихся длиной, в зависимости от длины в каждой секции

располагаются различное число ступеней. Для расчета возьмем следующий

насоса: ЭЦН М-5-50-1300 состоящий из 2-х секций № 2 и № 5, в некоторых

расположено 264 ступени, в секции № 2 расположено 73 ступени, а в секции №

5 расположено 192 ступени. Длина одной ступени ЭЦН 50 - 24 мм. Ступени

насоса в секциях располагаются в пределах:

L=n*l

(3.16)

где, n – число ступеней;

l - длина одной ступени;

L = (72*24) + (192*24)

L = 1728 + 4608

L = 6336 мм

Длина одной ступени ЭЦН – 30 равна 17,5 мм, в секциях расположится:

nр=L

(3.17)

lp

где, np – число ступеней, рассчитываемого насоса в двух секциях;

lp – длина одной ступени ЭЦН – 30.

np=6336

17,5

np=362 ступени

Значит в секции № 2 расположится 99 ступеней, а в секции № 5 расположится

263 ступени. Напор одной ступени равен 3,73 м. Общий напор равен

произведению количества ступеней на напор одной ступени:

H=N*h

(3.18)

где, h-напор одной ступени

H=362*3,73

H=1350,26 м

H=1350 м.

Гидравлическая мощность насоса равна:

Nг=Q*H*j

(3.19)

102 *?

где, Q – подача насосной установки;

H – напор насоса

j-относительный удельный вес жидкости

?-КПД насоса;

Q = 30 м3 /сут =3,5*10-4 м3 /с

Н = 1350 м

j=1900 кг/м3

?=0,43

Nг=3,5*10-4 *1350*1300

102*0,43

Nг =15 КВт

Мощность двигателя должна быть:

Nд ? 1,05 Nг,

(3.20)

где Nд – мощность двигателя;

Nг – гидравлическая мощность насоса;

Nд = 1,05*15

Nд=15,8 КВт

По (1) подбираем двигатель, соответствующий условию отраженному в формуле

(3.20):

Двигатель ЭД 20-103

Мощность двигателя Nд=20 КВт.

Момент, передаваемый на рабочее колесо:

Мр.к.=Nдв.

(3.21)

Nz*n

где, Nдв. – мощность подобранного двигателя;

Nz – число рабочих колес, установленных в насосе;

n – число оборотов вала насоса;

Nz =362 ступени

n=2840 об/мин=47,33 об/сек

Мр.к. = 20*103

362*47,33

Мр.к.=1,17 Вт.

Расчет шпонки на смятие производится по формуле (3.15):

?см.= 2Мр.к.

D (h-t)*l

Мр.к.=1,17 Вт.

D=17мм=0,017 м

l=10мм=0,01 м

h=1,6мм=0,0016 м

t=0,8мм=0,0008 м

?см= 2*1,17

0,017(0,0016-0,0008)*0,01

?см.=17205881 Н/м2

?см.=17,2 Мпа

Шпонка представляет собой кружок твердый, вытянутый, изготовленный из

латуни марки П63. Сопротивление латуни этой марки разрыву:

?в=75-95 кгс/мм2

?в=750-950 МПа

Сопротивление смятию находится в пределах Ѕ ?в, запас прочности на смятие

нас удовлетворяет.

3.3.Проверочный расчет шлицевого соединения.

Шлицевое соединение проверяется на смятие по формуле:

?см.=Т

(3.22)

0,75z Асм*Rср.

где, Т – передаваемый вращаемый момент;

z - число шлицев;

Ам – расчетная поверхность смятия;

Rср. – средний радиус шлицевого соединения.

Средний радиус шлицевого соединения определяется как:

Rср.=0,25 (D+d)

(3.23)

где, d-диаметр впадин шлицев, ;

D-максимальный диаметр шлицев;

D=0,017 м

d=0,0137 м

Rср.=0,25 (0,017+0,137)

Rср.=0,007675 м

Расчетная поверхность смятия равна:

Асм.=(D-d-2f)*l

(3.24)

2

где, f-фаска на шлицах;

l-длина контактирующей поверхности шлицевого соединения;

f=0,003 м

l=0,04 м

Асм.= (0,017-0,0137 – 2*0,0003)*0,04

2

Асм.=0,000042 м2

Т=Nдв

(3.25)

n

где, Nдв.- мощность двигателя;

n - число оборотов вала;

Nдв.=20 КВт=20000Вт

n=2840 об/мин=47,33 об/сек

Т=20000

47,33

Т=422,6 Н*м

?см.= 422,6

0,75*6*0,000042**0,007675

?см=291308000 Н/м

?см=291,308 Мпа.

Вал насоса изготовлен из высоколегированной стали.

[?см]вала=500-1100 МПа.

Следовательно, шлицевое соединение, рассчитанное нами и проверенное на

смятие удовлетворяет нашему насосу.

3.4.Расчет вала ЭЦН

Различают валы прямые, коленчатые и гибкие. Наибольшее распространение

имеют прямые валы. Коленчатые валы применяют в поршневых машинах. Гибкие

валы допускают передачу вращения при больших перегибах. По конструкции

различают валы и оси гладкие, фанонные или ступенчатые, а так же сплошные и

полые. Образование ступеней на валу связано с закреплением деталей или

самого вала в осевом направлении, а также с возможностью монтажа детали при

подсадках с натягом. Полые валы изготавливают для уменьшения массы или в

тех случаях, когда через вал пропускают другую деталь, подводят масло и пр.

Прямые валы изготавливают преимущественно из углеродных и легированных

сталей.

Валы рассчитывают на прочность.

Расчет вала на прочность.

Во время работы вал насоса подвергается воздействию крутящего момента,

осевой сжимающей нагрузки на верхний торец вала и радиальной нагрузки.

Радиальная нагрузка на вал вызывается насосным расположением валов секций

насоса и протектора и возможность неточного изготовления шлицевого

соединения.

Предварительно оценивают средний диаметр вала по внутреннему диаметру

шлицев d концентрационных напряжений и изгиба вала:

?кр=Mкр.max=Mкр.max

(3.26)

Wр=0,2*d3 вн.

где, dвн.=Мкр.max

(3.27)

0,2*?кр

Максимальный крутящий момент:

Мкрmax=Nmax

(3.28)

w

где, N max– приводная мощность двигателя, 13 т;

w= ?*n - угловая скорость, сек;

30

п-частота вращения электродвигателя, об/мин.

Напряжение на кручение определяем по пределу текучести материала ?т.

Допустимое касательное напряжение при кручении принимаем с коэффициентом

запаса прочности ?=1,5;

?=[?]= ?т = ?т (3.18)

? 2?

Для вала насоса ЭЦН берем сталь 40ХН с пределом текучести ?=750 Мпа.

Насосное соединение валов и некомпенсированные зазоры создают радиальную

нагрузку в 60-130 кг.с, действующую на шлицевой конец вала насоса.

Радиальная нагрузка Р, находится по формуле:

Р1=K[3E*J*?у]

(3.29)

C3

где, К – коэффициент, учитывающий компенсирующее влияние зазоров

и равный 0,45-0,85;

Е – модуль упругости материала вала, Па.

J – момент инерции вала, принимаемый с учетом тела втулки. М;

?у – стрела прогиба шлицевого конца вала, вызванная неспособнос-

тью в сочленении насоса и протектора, принимается равным 25*10 м;

С – расстояние от центра подшипника до середины муфты, м;

Момент инерции вала:

J=?*d4вн.*а*(D-dвн.)*(D+dвн.)*z

(3.30)

64

где, а – ширина шлицы, м;

D – наружный диаметр шлицев, м;

z – число шлицев.

Радиальная нагрузка на вал Р2, зависящая от неравномерной передачи

крутящего момента шлицами малы и ею можно пренебречь.

Пять работающих шлицев дают нагрузку, равную 0,2*Р, где

Рокр.=2*Мкр.max

(3.31)

dср.

где, D – средний диаметр шлицев.

Р2=0,2*Рокр.

(3.32)

Изгибающий момент на шлицевом конце вала:

Мизгб.max=(Р1+Р2)*b

(3.33)

где, b-расстояние от середины муфты или от точки приложения силы Р

до проточки под стопорное кольцо, м.

Мизг.max.=(Р1-Р2)*b.

Зная момент изгиба и момент кручения, можно определить напряжение изгиба

и кручения в опасном сечении вала (под проточку на стопорное кольцо).

?изг.max=Мизг.max

(3.34)

Wx

Wх=?*d4кр.

(3.35)

32*D

где, Wх- момент сопротивления в месте проточки под стопорное кольцо,

м;

dкр.-диаметр вала в месте проточки под стопорное кольцо, м;

?изгб.min=Мизг.min

(3.36)

Wx

Напряжение кручения

?кр.=Мкр.max

(3.37)

Wp

Wр=2*Wx – полярный момент сопротивления вала в месте проточки под

стопорное кольцо;

Эквивалентное напряжение находим по четвертной прочности:

?экв.=??2изг.max+3?2

(3.38)

По этой величине и пределу текучести материала вала устанавливается запас

прочности с учетом статистических нагрузок:

п=?т?1,3

(3.39)

?экв

Исходные данные:

Приводная мощность двигателя N = 2000Вт. Частота оборотов двигателя

п=2840 об/мин. Предел текучести материала вала ?=750 МПа. Модуль упругости

материала вала У=20*10 МПа. По данной методике произведем расчет с

цифровыми значениями:

Момент инерции вала:

J= ?*d4вн.+ а (D-dвн) * (D +dвн)2*z

64

J= 3,14*0,0124 + 0,0035 (0,017 – 0,012)*(0,017+0,012) 2*6

64

J=2,3*10-10 м;

Нагрузка создаваемая работающими шлицами:

Р2=0,2*Рокр.

Р2=0,2* Mкр.max

dср

Р2=0,2 * 2*67,28

0,0155

Р2= 1736,2584.

Максимальный изгибающий момент в месте проточки под стопорное кольцо:

Мизг.max= (Р1+Р2)*b

Мизг.max=(258,957+1736,258)*0,035

Мизг.max=69,83 Н*м.

Минимальный изгибающий момент в этом сечении:

Мизг.min=(Р1-Р2)*b

Мизг.min=(258,957-1736,258)*0,035

Мизг.min=51,74 Н*м;

Напряжение изгиба в опасном сечении:

?изг.max=Мизг.max

Wx

где, W= ?*d4кр

32*D

W=3,14*0,01574

32*0,017

W=3,51*10-7 м3;

Это мы нашли осевой момент сопротивления вала:

?изг.max.= 69,83

3,51*10-7

?изг.max =198,945Мпа

Минимальное напряжение изгиба

?изг.min.= 51,71

3,51*10-7

?изг.min.= 147,321 МПа

Напряжение кручения:

?кр=Мкр.max

Wp

где, Wр=2*Wх

Wр=2*3,51*10-7

Wр=7,02*10-7 м

Это мы нашли полярный момент сопротивления вала

?кр.= 67,28

7,02*10-7

?кр.=96,114 Мпа;

Эквивалентное напряжение:

?экв=??2 изг.max + ?кр2

?экв=?198,9452+3*96,1142

?экв.=259,409 Мпа;

Запас прочности по пределу текучести:

п= ?т ? 1,3

?экв

п= 750

259,409

п=2,8;

Из результатов расчетов видно, что вал из стали 40 ХН диаметром 17 мм со

шлицем и с проточкой под стопорное кольцо выдерживает заданные нагрузки с

коэффициентом запаса прочности п=2,8, который удовлетворяет условию

2,8>[1,4].

3.5.Прочностной расчет

3.5.1.Прочностной расчет корпуса насоса

Корпусы погружных центробежных насосов изготавливают из трубных

заготовок точением или из холодных комбинированных труб повышенной точности

длиной 2100, 3600 и 5000 мм.

Корпус насоса будет рассчитываться в следующей последовательности.

1.Выбираем наружный диаметр и внутренний корпуса насоса.

Dвн.=0,092 м, Dвн=0,08 м

2.Определяем предварительную затяжку пакета ступеней с учетом

коэффициента запаса плотности верхнего стыка по формуле:

T=?К?gНrвн.[1-Eк-Fк/2 (ЕкFк+Ена Fна)]

(3.40)

где К – коэффициент запаса плотности стыка;

К=1,4

? - плотность воды;

?=1000м/кг

g – ускорение свободного падения;

g = 9,8 м/с

H- максимальный напор насоса;

Н =1300 м

r - внутренний радиус расточки корпуса насоса;

r=0,04 м

Ек- модуль упругости материала корпуса насоса;

Ек=0,1х10 6Мпа

Fк – площадь поперечного сечения корпуса насоса;

Fк=1,62х10 -3 м 2

Ена- модуль упругости материала направляющего аппарата;

Ена=1,45х10 5МПа

Fна – площадь поперечного сечения направляяющего аппарата;

Fна=6,08х10-4 м2

Т=3,14х1,4х1000х9,81х1160х0,042 [1-2,1х106 х1,62[10-3 /2(2,1х106 х1,62х10-

3 +1,45х105 х6,08х10-4 ) ]=48256Н

3.Находим общее усилие, действующее вдоль оси корпуса по выражению:

Q=Т+?gНrвн 2 EкFк/2(ЕкFк+ЕнаFна)+G + ?К?gНrвн

(3.41)

где Т – предварительная затяжка пакета ступеней, определенная по формуле

(3.40)

Т=48256Н

G – масса погружного агрегата;

G =20505 Н;

Hmax - максимальный напор насоса;

Нmax =3500 м

Q = 268519Н

4.Вычисляем осевое напряжение в опасных сечениях корпуса по формуле

?=Q/Fк

(3.42)

где Q – общее усилие, действующее вдоль корпуса насоса, определенное по

выражению (3.41)

Q=268591 Н

Fк – площадь ослабленного сечения корпуса по наружному диаметру

трубы;

Fк =1,24х10-3 м2

?z=268519/1,24х10-3=220МПа

5.Определяем тангенциальное напряжение в опасных сечения, по выражению:

?=pgHmaxrвн/S-MT/F’

(3.43)

где S – толщина корпуса в опасном сечении;

S=0,009 м

M – коэффициент Пуассона;

M=0,28

?т=142 МПа

3.5.2.Прочностной расчет винтов страховочной муфты.

Расчет винтов на срез произведем по формуле:

??[?]

(3.44)

где ? – напряжение среза действующее на винты страховочной муфты;

[?] – допускаемое напряжение среза.

Допускаемое напряжение среза определяется по формуле:

[?]=0,4?т

где ?т – предел текучести материала винта, для стали 35 из которой

изготовлены винты

?т=360МПА.

[?]=0,4х360=144МПа

Напряжение среза действующее на винты определяем по формуле

?=4S/пdхz

(3.45)

где S – сила среза действующая на винты;

d – внутренний диаметр резьбы;

d=0,0085 м;

z –количество винтов, z=2;

Находим силу среза по выражению

S=mхg

(3.46)

где m – масса насосного агрегата

m=709 кг

g – ускорение свободного падения;

g =9,8 м/с

S=709х9,81=6955,29 кгм/с2 =6955,29 Н

Определяем напряжение среза, действующее на винты страховочной муфты по

формуле (3.45)

?=6955,29х4/3,14х0,00855 х2=61285468 Па=61,29 МПа.

Прочностной рачсет винтов на срез является допустимой, так как 61,29 2 разность давлений в третьей зоне:

?pф=22/ ??lg ?+0,155 =13,3 Кпа

Радиус Зоны, опасной для жизни человека:

Rсм=30 3?Q=64,4 м

5.8.Основные мероприятия по предотвращению опасностей,

связанных с особенностями оборудования.

Технологические процессы, идущие под высоким давлением, оборудование,

находящиеся под большими нагрузками, в определенных условиях представляют

опасность для работающих.

Основные мероприятия по предотвращению опасностей, обусловленные

повышением давления и нагрузкам, сводится к следующим:

- осмотр и испытание установки, оборудования, механизмов;

- использование ослабленных элементов и устройств для механизации

опасности;

- применение средств блокировки, исключающих аварии при неправильных

действиях работающих.

- автоматизация производственных процессов, позволяющая вывести из

опасных зон, осуществление контроля за показаниями приборов и

дистанционные управления;

- учитывать розу ветров. Нельзя допускать возможность попадания опасных

по взрыву и пожару смесей в огнедействующие установки;

- на каждом предприятии с числом работающих более 300 человек организуют

фельдшерский здравпункт, а более 800 человек – врачебный здравпункт.

5.9.Выводы.

На основании анализа условий труда обслуживающего персонала,

характеристики вредных веществ, загрязняющих природную среду и

прогнозирования возможных чрезвычайных ситуаций на данном объекте можно

сделать следующие выводы:

В основном объект отвечает требованиям ГОСТов по условиям труда, намечены

мероприятий по условиям труда. Анализируя возможные чрезвычайные ситуации,

в данном проекте выявлены вероятные параметры ударной волны при взрыве

газовоздушной смеси, и намечены мероприятия по предотвращению возникающих

поражающих вредных факторов: взрыва и др. факторов.

Литература

1. Бухаленко Б.И. Справочник по нефтепромысловому оборудованию М., Недра,

1983 г., 390 с.

2. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М., Недра, 1987

г., 265 с.

3. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.П. Монтаж, обслуживание и ремонт

нефтепромыслового оборудования.М., Недра, 1985 г., 390 с.

4. Богданов А.А. Погружные центробежные электронасосы для добычи нефти.

М., Недра, 1986 г., 272 с.

5. Бочарников В.Ф., Чижиков Ю.Н. Методические указания по дипломному

проектированию для студентов специальности (0508). Машины и

оборудование нефтяных и газовых промыслов. Тюмень, 1987 г., 33 с.

6. Беззубов Д.В и др. Насосы для добычи нефти. М., Недра, 1986 г., 224 с.

7. Говорова Г.Л. Разработка нефтяных месторождений и добыча нефти с

США. М., Недра, 1970 г., 272 с.

8. Иванов М.Н., Детали машин М., Высшая школа, 1991 г., 350 с.

9. Казак А.С., И.И. Росин, Л.Г. Чичеров Погружные бесштанговые насосы

для добычи нефти. М., Недра, 1973 г, 230 с.

10. Лутошкин Г.С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М., Недра, 1974

г, 184 с.

11. Сулейманов М.М. и др. Охрана труда в нефтяной промышленности. М.,

Недра, 1980 г, 392 с.

12.Чичеров Л.Г. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудова-

ния М., Недра, 1987 г., 280 с.

13.Паспорт погружного центробежного модульного насоса. 211. НМЛ

03.000 ПС 1. Лебядянский машиностроительный завод. 15 с.

14.Анализ отказов по ЭЦН. СЦБПО ЭПУ, Сургут, 1998 г.

15.Руководство по эксплуатации УЭЦНМ. БПТО и КО № 3, Сургут. 118 с.

Приложение 5

Сведения о наработке и количестве отказов установок, оборудованных ЭЦН

|НГДУ, |Тип |Общая |Кол-во отказов|Наработка на |

|Месторождение |оборудования |наработка | |отказ |

|Быстринскнефть|ЭЦН – 20 |19224 |65 |295 |

| |50 |117828 |349 |337 |

| |80 |75781 |192 |394 |

| |130 |80062 |178 |449 |

| |200 |45203 |122 |370 |

| |250 |11898 |24 |495 |

| |400 |3828 |6 |638 |

| |FS |13581 |24 |565 |

| |Итого: |367405 |960 |382 |

|Федоровскнефть|ЭЦН – 20 |53552 |209 |256 |

| |50 |274536 |1047 |262 |

| |80 |180361 |537 |335 |

| |130 |148510 |422 |351 |

| |200 |82399 |285 |289 |

| |250 |27369 |84 |325 |

| |400 |10262 |50 |205 |

| |500 |7396 |27 |273 |

| |FS |14403 |25 |576 |

| |ODI |11464 |36 |318 |

| |Итого: |810252 |2722 |297 |

|Сургутнефть |ЭЦН – 20 |1966 |8 |245 |

| |50 |93900 |239 |392 |

| |80 |63829 |124 |514 |

| |130 |40291 |76 |530 |

| |200 |13234 |35 |378 |

| |250 |3499 |13 |269 |

| |ODI |187 |2 |93 |

| |Итого: |216906 |497 |436 |

|Лянторнефть |ЭЦН – 20 |7029 |53 |132 |

| |50 |577040 |2160 |267 |

| |80 |167271 |453 |369 |

| |130 |56011 |145 |386 |

| |200 |9850 |34 |289 |

| |250 |2964 |9 |329 |

| |FS |12472 |27 |461 |

| |ODI |3278 |15 |218 |

| |Итого: |835915 |2896 |288 |

|СНГ |ЭЦН – 20 |70548 |314 |224 |

| |50 |1193103 |4386 |272 |

| |80 |484640 |1359 |356 |

| |130 |288976 |752 |384 |

| |200 |119629 |388 |308 |

| |250 |37549 |112 |335 |

| |400 |12056 |53 |227 |

| |500 |7414 |28 |264 |

| |FS |26875 |52 |516 |

| |ODI |15261 |56 |272 |

| |Итого: |22561 |7500 |300 |

ANNOTATION

In the diplom project there is the main information about the electro-

centrifugal pump’s plant. There was analysis home and foreign plans plant,

analysis of refusal by know. Jugested improvement the of pump. There was

necessary hydraulic and durable calculations and computation waiting

economical effect.

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте даны основные сведения об установках

электроцентробежных насосов. Произведен анализ отечественных и зарубежных

схем установок, анализ отказов по узлам. Предложено усовершенствование

насоса.

Произведены необходимые гидравлические и прочностные расчеты и расчет

ожидаемого экономического эффекта.

Приложение 1

Техническая характеристика насосов типов ЭЦНМ и ЭЦНМК

|Типоразмер |Пода|Напо|Мощно|КПД,|Часто| |Длина,|Давлен|

| |ча, |р, м|сть, |% |та |Количество |мм |ие на |

| |м3/с| |кВт | |враще| | |оптима|

| |ут | | | |ния, | | |льном |

| | | | | |об/ми| | |режиме|

| | | | | |н | | |, |

| | | | | | | | |кг/см2|

| | | | | | |ступен|секций| | |

| | | | | | |ей | | | |

|ЭЦНМ5-50-1300 |50 |1360|17,94| | |264 |2 |8252 |133,4 |

|ЭЦНМ5-50-1300 | | | |43 | |344 |2 |10252 |174,1 |

| | |1775|23,42| | | | | | |

|ЭЦНМ5-50-1200 | |1235|12,77| | |286 |2 |8252 |121,2 |

|ЭЦНМК5-80-1200 | | | | | |286 |2 |8252 |121,2 |

|ЭЦНМ5-80-1550 |80 |1235|21,77|51,5| |351 |2 |10252 |158,4 |

|ЭЦНМК5-80-1550 | | | | | |351 |2 |10252 |158,4 |

|ЭЦНМ5-80-1800 | |1615|28,46| | |392 |2 |11252 |176,6 |

Страницы: 1, 2, 3