Общая нагрузка при работе глубинного насоса в точке насоса подвесных штанг слагается из следующих элементов:статических нагрузок от силы тяжести насосных штанг, столба жидкости и сил трения плунжера в цилиндре насоса и насосных штанг о трубы и жидкость;динамических нагрузок, возникающих при движении колонны штанг и столба жидкости – это вибрационные нагрузки, ударные нагрузки, инерционные силы.Статические нагрузкиПри 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 
- 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 
или
Н-глубина до динамического уровня;
- давление на плунжер столба жидкости h, приложенное снизу;
-сила тяжести 1 м штанг в жидкостиОбозначая силу тяжести 1 м штанг через 
и силу тяжести 1 м штанг в жидкости через 
будем иметь, что
где
; Обозначая силу тяжести 1 м столба жидкости над плунжером 
через 
и принимая приближенно 
посмотрим окончательно 
Напряжение в точке подвеса штанг от статической нагрузки будет 
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 
где 
- сила трения штанг о трубы; 
-коэффициент трения штанг о трубы; 
-угол отклонения оси скважины от вертикали в рад;
-сила тяжести колонны штангСилы трения штанг не превышают 2 % от веса штангСилы 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 
где 
; 
площадь сечения плунжера; 
площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг; - плотность жидкости; -плотность материала штангДинамические нагрузкиИнерционные силыВ 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 
Из теории шатун но - кривошипного механизма с конечным отношениям радиуса криво шина ч к длине шатуна 
известно, что 
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 
где s = 2r
- длина хода точки подвеса штангиВ качестве массы М, на которую действует это ускорения, принято брать массу штанг
Максимальные инерционные усилия в точке подвеса штан
Отношение ускорений 
называют фактором динамичности m, так как то при максимальном отношении 
т.к. 
, а 
P
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 
Максимальное допустимое число ходов при 75 % этой скорости будет
так как n
и 
то максимально допустимый фактор динамичности будет 
т.е. практически 
Добавочное напряжение в штангах от силы инерции будет равно
где 
- сила тяжести 1 м штанг; площадь сечения штанг; L- длина колонны штанг;
- фактор динамичности. Ударные нагрузкиПриложение и снятие нагрузок на штанги всегда сопровождается более или менее интенсивными толчками. В процессе работы штанги могут подвергаться резким дополнительным толчком вследствие ударов плунжера о жидкость при неполном заполнении рабочего цилиндра, в результате заедания плунжера в цилиндре песком и т.д.Эти ударные нагрузки, обычно не поддающиеся учету, значительно увеличивают напряжения в штангах и могут служить одной из важнейших причин их аварий.Уменьшить эффект толчков и ударов и снизить пиковые нагрузки помещенные между головкой балансира и сальниковым штоком амортизаторы, поглощающие толчки и способствующие более спокойному распределению нагрузки на штанги за время каждого рабочего цикла.Нагрузки от вибрации колонны штангНа величину динамических нагрузок, а значит, и суммарной нагрузки на штанги влияют их вибрации, обусловленные попеременным приложением и снятием нагрузок.Колонна штанг, подвешенная к балансиру, совершает вынужденные колебательные движения вследствие качания балансира с периодом 
где n-число качаний ампуту.Кроме этого, возникают естественные (свободные) продольные колебания штанг. Основная частота этих колебаний равна
, где с- скорость звука в материале штангL- длина колонны штанг, равные одной четверти длины волны. Для стальных штанг скорость звука равна 
Период свободных (собственных) колебаний как величина, обратная частоте, равен
В связи с наличием трения штанг о жидкость интенсивность этих колебаний, т.е. амплитуда, постепенно уменьшается, и колебания затухают. Если колеблющемуся стержню дать новый импульс, вторая серия колебаний или усилит первую, или, интерферируя с ней, ослабить ее. В зависимости от сдвига фаз и амплитуды колебаний штанг. Если эти частоты равны или кратны друг друга, в результате чего возрастают нагрузки на штанги. Наиболее сильными будут так называемые «порядки» колебания, когда импульсы даются с интервалами, равными частоте свободных колебаний (основной резонанс), так как при этом каждая волна насыщается новой энергией.При отношении частот свободных и вынужденных колебаний, равном 2,3 и т.д., имеем синхронные колебания 2,3 –го и т.д. порядков.Если частоты колебаний не кратны друг другу, колебания будут не синхронными; они ослабляют друг друга, в связи, с чем нагрузка на штанги уменьшается. С точки зрения уменьшения пиковых нагрузок на штанги, обусловливаемых колебательными процессами, желательно, поэтому работать с несинхронными скоростями. Единственным фактором, вызывающим синхронность или несинхронность колебаний, является число качаний балансира в единицу времени. Практика показывает, что иногда достаточно увеличить или уменьшить число качаний только на одно в минуту, чтобы нагрузка (а значить, и напряжение) на штанги снизились.Интенсивность колебаний, обуславливаемая быстротой работы клапанов насоса, в значительной мере зависит от характера поднимаемой жидкости. При газированной жидкости импульс нагрузки, вызывающей колебания штанг, возникает только один раз за цикл – в момент приложения нагрузки. Снятие нагрузки идет постепенно и не возбуждает дополнительных колебаний. Чем больше газа в жидкости, тем медленнее прилагается нагрузка, тем меньше амплитуда возникающих колебаний, которые могут затухать раньше, чем возникнут следующие.При откачке жидкости, описанной газа, за каждый цикл работы насоса дважды возникают сильные колебания – при приложении и снятии нагрузки. Амплитуда колебаний при этом больше и они могут быть более продолжительными. Таким образом, возникающая нагрузка от вибрации колонны штанг накладывается на динамическую нагрузку, появляющуюся вследствие вынужденных колебательных движений балансира. Очевидно, результирующая динамическая нагрузка получает максимальное значение при явлении резонанса, при котором совпадают вынужденные и собственные колебания системы. Дополнительная нагрузка в точке подвеса штанг от вибрации колонны штанг при ходе вверх из-за внезапного приложения к их нижнему концу нагрузки от силы тяжести столба жидкости над плунжером для применяемых режимов откачки определится по формуле 
где С-
скорость звука в металле;
- скорость точки подвеса штанг в момент окончания деформации при ходе вверх;
-коэффициент, зависящий от соотношения площадей сечения труб и штанг. 
Здесь площадь сечения плунжера; 
сила тяжести штанг в воздухе; 
сила тяжести жидкости за вистом объема жидкости, вытесняемой штангами;
площадь проходного сечения насосных труб.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему