Работоспособность колонны насоса штанг - одного из основных элементов глубинного насосной установки – определяющий фактор для всей насосной системы.
При работе насосной установки штанги в точке подвески испытывают максимальную нагрузку и следовательно, максимальное напряжение.
Общая нагрузка при работе глубинного насоса в точке насоса подвесных штанг слагается из следующих элементов:
1. статических нагрузок от силы тяжести насосных штанг, столба жидкости и сил трения плунжера в цилиндре насоса и насосных штанг о трубы и жидкость;
2. динамических нагрузок, возникающих при движении колонны штанг и столба жидкости – это вибрационные нагрузки, ударные нагрузки, инерционные силы.
При движении вверх штанги нагружают собственной силой тяжести и силой тяжести столба жидкости над плунжером.
В это время статическая нагрузка усиливается силами трения, которые направлены вниз.
Обратное движение вниз штанги совершают только под действием собственной силы тяжести, при этом силы трения направлены вверх и поэтому разгружают штанги.
Таким образом, максимальная статистическая нагрузка на верхнюю штангу возникает при ходе вверх и равна
(1)
- сила тяжести столбца жидкости над плунжером;
- сила тяжести штанг;
- сила трения;
Так как 
то
где 
– площадь сечения плунжера;
– площадь сечения штанг; L–длина колонны штанг;
–плотность жидкости; 
– плотность материала .
При погружении насоса на глубину 
под динамический уровень будем иметь
(2)
или
, (3)
Н-глубина до динамического уровня;
- давление на плунжер столба жидкости h, приложенное снизу;
-сила тяжести 1 м штанг в жидкости
(4)
и силу тяжести 1 м штанг в жидкости через
(5)
будем иметь, что
(6)
где
; (7)
Обозначая силу тяжести 1 м столба жидкости над плунжером 
через 
и принимая приближенно 
посмотрим окончательно
(8)
(9)
Силы трения обычно не поддаются точному учету вследствие наличия многих неизвестных факторов.
Ориентировочно силы трения штанг о трубы можно рассчитать по формуле А.С. Вирновского
(10)
где 
- сила трения штанг о трубы; 
-коэффициент трения штанг о трубы; 
-угол отклонения оси скважины от вертикали в рад;
-сила тяжести колонны штанг.
Силы трения штанг не превышают 2 % от веса штанг.
Силы трения плунжера о втулки цилиндра насоса составляют 1-3 % от величины статических нагрузок и приближенно расчетное максимальное напряжение в точке подвеса штанг при ходе вверх под действием статических нагрузок можно записать в виде
(11)
где 
; 
площадь сечения плунжера; 
площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг; - плотность жидкости; -плотность материала штанг.
Динамические нагрузки
Инерционные силы
В условиях работы глубинного насоса, где штанги за каждый ход дважды меняют направление своего движения, перехода через верхнюю и нижнею мертвые точки с нулевой скоростью, массы штанги и жидкости вынуждены, двигаются неравномерно и ускорения движения в течение каждого хода будут также непостоянны по величине и направлению.
Инерционная сила равна произведению массы на ускорение
(12)
Из теории шатун но - кривошипного механизма с конечным отношениям радиуса криво шина ч к длине шатуна 
известно, что
(13)
где 
- угловая скорость вращения кривошипа.
Причем знак плюс берется для положения головки балансира в н. м. т, знак минус для положения головки балансира в в.м.т.
Ускорение, определяемое по формуле (13) справедливо для точки сочленения шатуна с балансиром.
Для перехода к точке подвеса штанги умножаем правую часть (13) на отношения длины переднего плеча балансира, а к длине заднего плеча балансира в, и ускорение для точки подвеса штанги имеет вид
(14)
где s = 2r
- длина хода точки подвеса штанги
В качестве массы М, на которую действует это ускорения, принято брать массу штанг
Максимальные инерционные усилия в точке подвеса штанг будут
(15)
Отношение ускорений 
называют фактором динамичности m, так как то при максимальном отношении 
имеем
(16)
т.к. 
, а 
и
P
(17)
Из (16) и (17) следует, что фактор динамичности и инерционная и инерционная нагрузка растут пропорционально длине хода сальникового штока и квадрату числа качаний балансира.
Значительное повышение числа ходов может привести к превышению ускорения штанг на ускорением силы тяжести, что в условиях работы глубинно-насосных установок нежелательно в связи с возможной аварийностью.
Поэтому скорость откачки, при которой отношение ускорений равно единице обычно считают критической. Если принять в качестве практически допустимых скорости, не превышающие 50-75 % от критической, то при
(18)
Максимальное допустимое число ходов при 75 % этой скорости будет
так как n
и 
то максимально допустимый фактор динамичности будет
(19)
т.е. практически
(20)
(21)
где 
- сила тяжести 1 м штанг; площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг;
- фактор динамичности.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему