Установки погружных центробежных насосов (УЭЦН)

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 |

| | | | | | | | | | |

| | |1615|28,46| | | | | | |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6