WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«232 УДК 622.245.723 ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ ПО КОЛОННЕ ШТАНГ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ, ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ВЫСОКОВЯЗКОЙ ...»

232

УДК 622.245.723

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ

ПО КОЛОННЕ ШТАНГ ВИНТОВЫХ НАСОСОВ,

ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ

ВЫСОКОВЯЗКОЙ НЕФТИ

Ахметов С.М.

Атырауский государственный университет им. Х. Досмухамедова,

Казахстан, г. Атырау, e-mail: axmetov_aing@mail.ru

Ермуханов Н.М.

ТОО «Батыс Мунай Курылыс Консалтинг», Казахстан, г. Атырау, e-mail: ermuhanovnurzhan@mail.ru Зайдемова Ж.К.

Атырауский институт нефти и газа, Казахстан, г. Атырау Ахметов Н.М.

Атырауский институт нефти и газа, Казахстан, г. Атырау, e-mail: ahmetov_n.m@mail.ru Аннотация. Рассмотрены вопросы моделирования вибрационных процессов в рабочих элементах колонны штанг, возникающих при действии силовых импульсов, и приведена методика расчета параметров, характеризующих данный процесс. Полученные результаты моделирования позволяют произвести расчеты по выбору параметров колебательной стержневой системы «штанга - соединительная муфта - штанга», и таким образом, прогнозировать оптимальные их значения на стадии проектирования. Это в свою очередь станет основанием для разработки новых технических решений по дальнейшему совершенствованию конструкций элементов колонны штанг в целях снижения динамических нагрузок на них.

Ключевые слова: установка, винтовые насосы, колонна, штанга, соединительная муфта, колебание, импульсы Общим недостатком существующих разработок все еще остается малая изученность динамических процессов в установках винтовых насосов с наземным приводом (УВНП) с учетом вибрации в колонне штанг, что возможно только при рассмотрении динамики системы «колонна штанг - наземный привод» в комплексе.


В существующих исследованиях также недостаточно изучены вопросы возникновения колебаний в колонне штанг за счет ударных импульсов, имеющих место в процессе работы УВНП в силу упругих свойств элементов стержневой системы.

В настоящей статье рассматривается процесс распространения ударных импульсов по колонне штанг и их влияние на динамическую нагруженность _____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru составных элементов колонны. Изучение этого явления позволит нам оценить уровень вибрации в колонне штанг для учета их при исследовании динамики привода и расчетах составных элементов подземной части УВНП.

Практика показала, что наибольшее количество обрывов штанг происходит в серединной области длины штанг, а также в местах их соединения муфтой. При этом, может произойти как слом резьбовой головки штанги, так и муфты, соединяющей эти штанги. В этой связи актуален вопрос изучения влияния динамических нагрузок на резьбовое соединение штанги и муфты, в частности, характер распространения силовых импульсов через эти элементы и их влияние на работоспособность системы.

На рис. 1а, б представлены конструктивная схема скважинного оборудования УВНП и обобщающая динамическая модель колебательной системы «наземный привод - колонна штанг – винтовой насос - колонна НКТ».

В табл. 1 и 2 представлены размеры применяемых на практике стандартных штанг и соединительных муфт [1].

Рассмотрим процесс распространения ударных импульсов по рабочим элементам штанговой колонны, в частности, в местах резьбового соединения штанг с муфтой.

Муфтовое соединение колонны штанг рассмотрим как упруго-фрикционную колебательную систему. Для описания диссипативных сил используем известную в литературе характеристику в виде зависимости диссипативной силы от скорости деформации упругого элемента.

После прохождения импульса через резьбу соединительной муфты штанги, напряженное состояние в нем (в резьбе) не полностью восстанавливается в исходное состояние из-за наличия сил неупругого сопротивления [2].

Исследованием по стандартной методике процесса нагружения муфтовых соединений штанг в режиме «сжатие - растяжение» получены упруго-деформирующие характеристики для четырех типоразмеров муфт (табл. 2).

На рис. 2 представлена схема конструктивных элементов штанги, применяемой в колонне штанг УВНП.

При действии на резьбовых соединениях муфты импульса, появляющейся за счет упругой деформации кручения колонны происходит смещение между штангой и соединительной муфтой. При этом совершаемая работа силы трения, определяет основную величину потерь энергии импульса в муфтовом соединений колонны штанг.

Установлено, что, в муфтовом соединений колонны штанг справедлив закон сухого трения, и энергия рассеивается за счет фрикционного взаимодействия рабочих поверхностей муфты и штанги.

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru

–  –  –

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru Рис. 2. Схема конструктивных элементов штанги по ТУ 14-1-5408-2000, применяемой в колонне штанг установок винтовых насосов с верхним приводом

–  –  –

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru

–  –  –

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru В приближенном расчете должна учитываться основная особенность фрикционной связи: при достаточно малых динамических нагрузках она работает как жесткая связь, а при больших нагрузках – как демпфер сухого трения.

Линеаризация состоит в том, что фрикционе связи, в которых при заданном уровне нагрузки происходит скольжение, заменяются некоторыми эквивалентными демпферами вязкого трения.

Коэффициент З необходимо подбирать таким, чтобы исходная и заменяющая схемы обладали одинаковой поглощающей способностью.

Энергия системы с вязким сопротивлением, рассеянная за один цикл колебаний, определяем согласно методике [4]:

=x 2 З, (2) где – круговая частота, определяемая длительностью импульса.

Согласно (1) исходный диссипативный элемент, имеющий коэффициент поглощения будет рассеивать энергию:

сx 2. (3) = Решая (2) и (3) совместно получаем уточненное значение коэффициента эквивалентного демпфирования затяжки (витков резьбы) с З=.

Коэффициент З как видно, зависит не только от характеристик диссипативных сил, но и от параметров процесса. Так, для силы сухого трения коэффициент поглощения является функцией 8F тр =.

cx Тогда 4F НС З=, x max где xmax – максимальная амплитуда смещения штанги относительно соединительной муфты.

Зависимости средней силы неупругого сопротивления, контактной жесткости и общей жесткости соединительных муфт от величины приложенного к штангу крутящего момента показаны на рис. 3.

Установлено, что поперечная деформация резьбовой головки штанги направлена к соединительной муфте, где, с увеличением приложенного крутящего момента контактное давление FНС постоянно возрастает.

Нелинейность восстанавливающих сил можно учесть, если из общей жесткости муфтового соединения Со выделить составляющие жесткости, влияющие на процесс передачи энергии импульса: жесткость резьбовой части штанг Сшт, _____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru

–  –  –

С увеличением крутящего момента контактная жесткость соединений увеличивается, изменяясь по параболическому закону (рис. 3, линия 2). Жесткость стержня штанги численно равна силе, приходящейся на единицу удлинения. Снижение интенсивности роста контактной и общей жесткостей (рис. 3, линии 2 и 3) до величины крутящего момента 25 Нм можно объяснить тем, что этот участок соответствует деформации смятие на уровне шероховатостей в контактах витков резьбы, после чего наступает стабилизационный режим работы соединения в области действия закона Гука, т.е. равномерное изменение жесткости от крутящего момента.





_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru Предельная величина крутящего момента при расчетах задавалась в соответствии с реальными величинами, существующими на практике эксплуатации марок штанг, таких как ШН16, ШН17/19, ШН18/19, ШН22/19, ШН25/22. Можно предположить, что дальнейшее увеличение величины крутящего момента выше предельных значений приведет к росту контактной жесткости до уровня жесткости самой муфты соединения. В итоге это приведет к неизбежному разрушению резьбы соединения или слому муфты.

Таким образом, можно заключить, что с повышением контактной жесткости уменьшается смещение штанг относительно соединительной муфты, а также работа сил трения. Подбирая жесткость муфт, можно добиться оптимального режима распространения ударного импульса по колонне штанг, обеспечивающего минимальные динамические нагрузки на систему.

Учитывая, что длина соединительных муфт примерно в (78…100) раз меньше длины одной стандартной штанги (см. рис. 2, табл. 2 и 3) и в (10…30) раз меньше длины волны ударных импульсов, формируемых упругой системой колонны штанг, предположим, что волновые процессы не будут оказывать существенного влияния на работу соединения. В связи с этим, распределенные параметры системы заменим сосредоточенными, а процесс прохождения импульса через резьбу муфты и резьбовую часть штанги рассмотрим как механическое колебание.

Динамическая модель муфтового соединения штанг показана на рис. 4, которая включает:

– соединительную муфту, имеющую массу mм, жесткость См и демпфер м;

– резьбовую часть штанги, характеризующуюся размером L1 головки (см.

рис. 2 и табл. 2) имеющую массу mшт, жесткость Сшт (без учета контактной жесткости витков резьбы) и демпфер шт;

– резьбу (затяжка), соединяющую массы mм и mшт, имеющую жесткость СЗ и коэффициент эквивалентного демпфирования затяжки З.

В соответствии с моделью, действие крутящего момента на муфтовое соединение штанг эквивалентно приложению к резьбе усилия затяжки Q З, под действием которого происходит растяжение резьбовой поверхности муфты и головки штанг.

Тогда, предварительно созданная при затяжке деформация растяжения витков резьбы частично будет компенсироваться импульсом Р(t), сжимающим резьбовую часть штанги (см. рис. 4). После прохождения волны импульса через резьбу деформация растяжения в муфте восстанавливается.

Рассмотрением модели муфтового соединения колонны штанг в виде реакции колебательной системы с предварительной затяжкой против импульсного воздействия найдены выражения, характеризующие зависимость основных параметров соединения от энергии распространения импульса.

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru Рис. 4. Динамическая модель упругой динамической системы муфта - штанга Уравнение колебательного движения динамической модели описывается системой уравнений:

–  –  –

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru

–  –  –

Исследованием динамической модели установлены зависимости коэффициента потерь энергии импульса от изменения жесткостей витков резьбы СЗ при различных значениях жесткостей муфты и резьбовой части штанги См и Сшт.

Для обеспечения меньшего распространения силового импульса через резьбу муфтового соединения штанг, т.е. для снижения интенсивности возникающих в связи с этим механических колебаний необходимо снизить жесткости муфты и резьбовой части штанги См и Сшт, и напротив, увеличить коэффициенты сопротивления их демпферов. Соотношение этих параметров можно регулировать введением дополнительных упругих элементов, преимущественно, в головной части штанг, т.е. в местах их соединения муфтой.

Выводы Рассмотренная модель позволяет произвести расчеты по выбору параметров колебательной стержневой системы «штанга - соединительная муфта - штанга», и таким образом, прогнозировать оптимальные их значения на стадии проектирования. Это в свою очередь позволит разработать соответствующие технические решения для дальнейшего совершенствования конструкций элементов колонны штанг в целях снижения динамических нагрузок на них.

Литература

1. Сидоркин Д.И. Совершенствование методов расчета штангового привода винтовой насосной установки // Автореферат диссертации … кандидата технических наук. Уфа, 2006. – 25 с.

2. Иванов М.Н. Детали машин: учебник для студентов втузов. Изд. 5-е, доп. и перераб. М.: Высшая школа, 1991. – 383 с.

3. Вибрации в технике: справочник в 6-ти томах / Ред. совет: В.Н. Челомей (пред.). М.: Машиностроение, 1981. Т.6. Защита от вибрации и ударов / Под ред.

К.В. Фролова, 1981. – 456 с.

4. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний: учебное пособие для вузов. Изд. 3-е, перераб. М.: Наука, 1991. – 256 с.

5. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. М.: Машиностроение, 1977. – 232 с.

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru UDC 622.245.723

–  –  –

Abstract. Questions of modeling of vibrating processes in working elements of a column of the bars arising at action of power impulses are considered, the design procedure of the parameters characterizing given process is resulted. The received results of modeling allow to make calculations for choice parameters of oscillatory rod system «a bar - a connecting muff - a bar», and thus, to predict their optimum values at a design stage. It in turn becomes the basis for working out of new technical decisions on further perfection of designs of elements of a column of bars with a view of decrease in dynamic loadings on them.

Keywords: installation, screw pumps, a column, a bar, a connecting muff, fluctuation, impulses.

References

1. Sidorkin D.I. Sovershenstvovanie metodov rascheta shtangovogo privoda vintovoj nasosnoj ustanovki (Improvement of methods for calculating the sucker rod of drive a screw pumping unit). Ph.D. Thesis. Ufa, 2006. 25 p.

2. Ivanov M.N. Detali mashin: uchebnik dlja studentov vtuzov. Izd. 5-e, dop. i pererab. (Machine elements: a textbook. 5 ed.) Moscow: Vysshaja shkola, 1991. 383 p.

_____________________________________________________________________________

© Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2011, №2 http://www.ogbus.ru

3. Vibracii v tehnike: spravochnik v 6-ti tomah. T.6. Zashchita ot vibratsii i udarov (Vibrations in engineering: Handbook in 6 volumes. Vol. 6. Protection against vibration and shock). Moscow: Mashinostroenie, 1981. 456 p.

4. Panovko Ja.G. Vvedenie v teoriju mehanicheskih kolebanij: uchebnoe posobie

dlja vuzov. Izd. 3-e, pererab. (Introduction into the theory of mechanical oscillations:

Study guide. 3 ed.). Moscow: Nauka, 1991. 256 p.

5. Kogaev V.P. Raschety na prochnost' pri naprjazhenijah, peremennyh vo vremeni (Strength calculations when stresses variables over time). Mosow: Mashinostroenie, 1977. 232 p.

_____________________________________________________________________________

Похожие работы:

«Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Кафедра "Управление эксплуатационной работой" И.Н. Шапкин, В.Н. Шмаль ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ВАГОННЫМ ПАРКОМ В СИСТЕМЕ "ДИСПАРК" Рекомендовано редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия для студентов специальности 190701 "Организация перевозок и упра...»

«ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ Мы признательны вам за приобретение продукции нашей компании и рады приветствовать во всемирном клубе любителей техники Polaris. Обязательно посетите наш веб-сайт www.brandtpolaris.ru чтобы узнать о последних новостях, новых продуктах, предстоящих событий, возможности карьерного роста и многого другого. Мы испыт...»

«2013 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Серия 6 Вып. 3 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛИТИЧЕСКОЙ НАУКИ УДК 327.8 И. В. Радиков РЕСУРСЫ И ПОТЕНЦИАЛ РОССИЙСКОГО ВЛИЯНИЯ НА СИСТЕМУ МЕЖДУНАРОДНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Два де...»

«Содержание № Наименование раздела Страница п/п Целевой раздел Пояснительная записка 4 1.1 Цели и задачи деятельности ГБДОУ по реализации Программы 1.1.1 5 Принципы построения образовательного процесса детей с тяжелым нарушением зрения 1.1.2 6 Особенности развития детей с тяжелым нарушением зрения 1.1.3 7 Планируемые результаты освоения Программы 7...»

«СП проект МИНИСТЕРСТВО РЕГИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СВОД ПРАВИЛ СП (EN ISO 13790:2008) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ EN ISO 13790:2008 Energy performance of buildings Calculation of energy u...»

«Беспроводная система сигнализации с двусторонним радиоканалом ВАЖНО: Эта инструкция содержит информацию об ограничениях использования изделия и информацию об ограниченной ответственности производителя. Внимательно прочитайте ее. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ОБСЛУЖИВАЮЩЕГ...»

«УКАЗАТЕЛЬ СТАТЕЙ, ОПУБЛИКОВАННЫХ В ЖУРНАЛЕ "ДОШКОЛЬНОЕ ВОСПИТАНИЕ" В 2016 ГОДУ В МИНИСТЕРСТВЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Сохин Ф. О задачах развития речи // № 4 – С. 13. Алиева Э. Организационноаналит...»

«СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЕВРАЗИЙСКОГО НАЦИОНАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМЕНИ Л.Н. ГУМИЛЕВА ДО 2020 ГОДА Астана 2017 УДК 378 ББК 74.58 С 83 Утверждены заседанием Наблюдательного Совета ЕНУ им. Л.Н. Гумилева 31.10.2016 г., протокол № 2. С 83 Стратегия развития Евразийского национального унив...»

«ОХОТА Лахи Все мы, страстные поклонники охоты, чьи гены охотАнатолий КОРПУСОВ ников не заглушила всеобщая урбанизация, частью жизни которых является общение с природой и не в городских парках, а чем дальше и глуше, тем лучше. Все м...»

«ЦИФРОВІ ТЕХНОЛОГІЇ, № 18, 2015 УДК 621.396.43 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТРОПОСФЕРНОЙ И РАДИОРЕЛЕЙНОЙ СВЯЗИ Поповский В.В., Лошаков В.А., Дриф А. Харьковский национальный университет радиоэлектроники Харьков, пр. Ленина, 14 tkc2006@ukr.net Нарытник Т.Н. СП "Институт электроники и связи УАННП" пр. Л. Курбаса, 2-Б, Киев, Украи...»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.