facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА КРИВОШИПА И ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПОВОРОТНОЙ ГОЛОВКИ БАЛАНСИРА

РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА КРИВОШИПА И ПОСТРОЕНИЕ ПРОФИЛЯ ПОВОРОТНОЙ ГОЛОВКИ БАЛАНСИРА
Ussupov Sabiy, associate professor, doctor of technical sciences, associate professor

Kazakh-British Technical University, Kazakhstan

Seyidaliyev Talgat Orynbasarovich, engineer

Казахская головная архитектурно-строительная академия

Conference participant

 

На основе разработанных моделей движения звеньев станков-качалок определены расчетные параметры, разработана схема, установлены основные требования построения профиля головки балансира.

Ключевые слова: станок-качалка, балансир, кривошип, модель, расчетная схема

On the basis of the developed motion models of beam-pumping units components estimated parameters were defined,   a scheme was developed, the main requirements for swing horsehead profile definition were determined.

Keywords: machine-rocking chair,sealed, crank, model, design scheme

Разработка моделей движения звеньев станков – качалок и определение расчетных параметров последних требует соблюдения обязательного требования: выбором радиуса кривошипов должна обеспечиваться заданная длина хода [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10].

Соблюдение этого требования для станков–качалок со схемой а обеспечивается достаточно просто: радиус кривошипа принимается равным половине длины хода шарнира шатуна на заднем плече балансира, соответствующей и пропорциональной длине хода канатной подвески. Для станков–качалок со схемами б и в это требование выполняется при укладке в опорно-направляющий желоб профильной головки на заднем плече балансира и сходе с этого желоба в течение цикла  работы длины дуги гибкой связи (каната или ленты), обеспечивающей поворот балансира  на угол, соответствующий длине хода канатной подвески.

Расчетная схема определения радиуса кривошипа, соответствующего этому условию, представлена на рисунке 1. На схеме изображен балансир с головкой на его заднем плече в двух крайних положениях, соответствующих расположению кривошипа по радиусам ДВ и ДВ1. Траектория шарнира крепления шатуна на кривошипе представлена окружностью с центром Д и радиусом кривошипа Rкр. Положение шатуна и гибкой связи шатуна с балансиром соответствует линии АВ - в крайнем верхнем положении правого плеча балансира и линии А1С1В1 - в крайнем нижнем положении этого плеча. Линия центров сечений каната на его участке, огибающем головку на заднем плече балансира, отображена дугой окружности А1С1  длиной lд с центром К1(К), центральным углом ?д и радиусом Rд.

Рисунок 1 – Схема определения радиуса кривошипа

Согласно этой схеме, в крайнем верхнем положении правого плеча балансира, имеющем место при расположении гибкой связи и шатуна по прямой АВ, проходящей через центр вращения кривошипа D,

АВ=АЕ+2Rкр                                                              (1)

где АЕ - длина участка гибкой связи и шатуна, расположенных между точкой А сбега с головки заднего плеча и точкой Е пересечения траектории шарнира крепления шатуна на кривошипе.

Так как при повороте балансира суммарная длина гибкой связи и шатуна сохраняется, то     

АВ=А1В                                                                 (2)

Однако, в крайнем нижнем положении правого плеча балансира

А1В11С11В11В1+lд..

Исходя из этого, получим

С1В1= А1В1- lд=АВ- lд=АЕ+2 Rкр- lд                                                           (3)

         и 2 Rкр= С1В1-АЕ+ lд

или, после прибавления к  С1В1 и АЕ одинаковой величины Rкр,

2 Rкр=( С1В1+ Rкр)-(АЕ+ Rкр)+ lд1Д-АД+ lд.

На основании этого, получаем:

  ,                                                (4)

где длина дуги каната на головке заднего плеча балансира

                                                                    (5)

Угол ?д определяется графически проведением из центров дуги К и К1 в ее крайних положениях перпендикуляров КА и К1А1 к касательным ДА и ДС1.

После задания координат расположения центра Д вращения кривошипа относительно центра О качания балансира по горизонтали и по вертикали, радиуса Rд, координат точки S относительно точки О (вдоль балансира и перпендикулярно балансиру) и угла ?, определяются графически отрезки АД и С1Д для крайних положений балансира и угол ?д, и по формулам (4) и (5) вычисляется  Rкр.

Радиусы кривошипов исследуемых станков–качалок со схемами б и в определены по этой методике. Поворотная головка, устанавливаемая  на переднем плече станка–качалки со схемой в, осуществляет сложное движение, одновременными составляющими которого являются:

- возвратно-поворотное движение головки вокруг центра ее вращения, расположенного на балансире;

- переносное перемещение в результате возвратно-поворотного движения центра вращения головки, расположенного на балансире, вокруг центра качания балансира.

Обе составляющие неразрывно взаимосвязаны между собой, так как при повороте балансира относительно центра его качания происходит одновременный поворот головки с помощью тяги шарнирной, один шарнир которой закреплен на головке, а второй - установлен на неподвижной корпусной стойке.

Схема построения профиля головки (профиля линии центров канатов подвески устьевого штока при укладке в опорно-направляющий желоб) приведена на рисунке 2.

Основными требованиями к построению профиля являются:

1. Профиль должен быть плавным, исключающим возможность скачков и колебаний скорости канатной подвески, а также смещения в радиальном направлении, способного привести к отклонению канатной подвески от вертикали и к изгибу устьевого штока.

2. Граничная точка контакта канатов подвески с днищем опорно-направляющего желоба при сбеге с головки во время опускания и набегания на головку во время подъема устьевого штока, колонны штанг и плунжера насоса должна быть расположена постоянно на высоте центра качания балансира и на постоянном расстоянии Lот центра качания балансира по горизонтали, причем расположение этой точки в пространстве в процессе движения головки должно быть неизменным.

1 – стойка; 2 – опора балансира и балансир; 3 – тяга шарнирная; 4 – шарнир головки поворотной; 5 – головка поворотная.

Рисунок 2 – Схема построения профиля поворотной головки

С учетом этих условий, а также в связи с движением центра поворота головки по дуге окружности, профиль головки должен иметь вид дуги переменного радиуса.

Для расчета профиля может быть составлена программа для ПЭВМ. Однако, эта работа имеет смысл только в случае необходимости в создании и расчете параметрического ряда станков-качалок, отличающихся размерами поворотных головок. При проектировании единичной конструкции можно гораздо быстрее решить эту задачу графическим методом, который и был использован в данной работе.

Построение выполняется путем переноса на изображение головки в крайнем верхнем положении координат граничной точки С контакта каната подвески с желобом: hi - относительно прямой DiDi, проведенной через шарниры головки, и li- относительно центра шарнира Аi, по прямой DiDi- для ряда положений балансира в пределах угла его поворота.

Построение ведется в следующей последовательности:

1. Задаются величина хода (угла поворота) переднего плеча балансира и его крайние верхнее и нижнее положение.

2. Задаются число и координаты промежуточных положений балансира в пределах его хода.

3. В заданном масштабе изображаются балансир 2 с опорой, тяга 3 и прямая DDс расположенными на ней центрами А и В шарниров головки поворотной в крайнем верхнем положении балансира и головки, и на высоте центра качания балансира О и на расстоянии от этого центра L по горизонтали располагается точка С нижней границы линии контакта подвески с желобом. Расстояние L, от которого зависит величина обеспечиваемого хода канатной подвески, задается ориентировочно.

4. Балансир 2, тяга 3 и прямая DDизображаются в другом положении, в котором центры шарниров А и В обозначены как Аi и Вi, а прямая DD- DiDi. Из точки С к прямой DiDi, проводится перпендикуляр С Еi.

5. Отрезок прямой АiЕi, длиной li переносится на прямую DD, образуя на ней отрезок АЕi.

6. Отрезок СЕi расположенный перпендикулярно прямой DiDрасполагается точно так же перпендикулярно прямой DD в ее точке Еi, и его верхний конец, обозначенный точкой Сi образует искомую точку профиля.

7. Для ряда следующих друг за другом положений балансира описанным выше способом определяется расположение других точек Сi. Последней крайней нижней точкой в их ряду является точка С. Крайней верхней точкой, является Ск полученная для крайнего нижнего положения балансира.

8. Полученная цепь точек Сiсоединяется плавной кривой линией, которая и представляет собой изображение профиля линии центров сечений каната подвески устьевого штока.

9. Производится замер и вычисление, с учетом принятого масштаба изображения, длины этой профильной линии и сопоставление результата с заданной длиной хода подвески устьевого штока. Как правило, эти данные не совпадают, т.к. длина Lбыла принята ориентировочно.

10. Выполняется корректирование длин отрезка L  (и, соответственно, расположения точки С), а также длины линии расположения точек Сi путем пропорционального изменения размеров 1i, hi и L, необходимого для достижения равенства длины дуги ССК на которой расположены точки Сi, длине хода подвески устьевого штока.

11. К полученной дуге ССк добавляются: в верхней части отрезок СНСF длиной (0,35-05)м для размещения (с запасом длины) устройства крепления каната и  внизу – отрезок дуги длиной  0,3 м для исключения контакта каната подвески с острой кромкой края желоба после укладки  всей длиныканата, равной длине хода канатной подвески.

12. С внутренней стороны полученной таким образом дуги СFСJ со сдвигом, равным половине диаметра каната подвески, прочерчивается эквидистантная  профильная  кривая. Она соответствует форме  профиля опорной поверхности (дна) желоба для укладки каната.  

13. Принимается тип (например, швеллер по ГОСТ 8240 - 72)  иразмер проката, из которого будет изготавливаться желоб.

14. С учетом необходимости изготовления желоба методом гнутья его заготовки на оправке, для обеспечения возможности определения размеров и контроля конфигурации оправки, прочерчивается профиль желоба, образуемый дугами окружности, обеспечивающий совпадение, без радиальных отклонений свыше 15 -20мм, с полученной кривой укладки каната.

Приведенная методика рекомендуется для построения профиля поворотной головки для любых значений длины хода канатной подвески.

Литература:

  • 1. Авторское свидетельство СССР №1337553. Привод скважинной насосной установки /Аливердизаде К.С., Байрамов С.Б., Амиров Р.Г.
  • 2. Кушеков А.У., Ермеков М.М., Ажикенов Н.С.Скважинные насосные установки. Книги 1 и 2 – Алматы; Эверо, 2001
  • 3. Мырзахметов Б.А. Проектирование штанговых скважинных насосных установок – Алматы; КазНТУ, 2008
  • 4. Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования. /Чичеров Л.Г. и др./ - М.: Недра, 1987
  • 5. УразаковК.Р., Кутдусова З.Р. Метод обработки статистической информации о работе штанговых насосных установок // Нефтепромысловое дело, №3, 1982.
  • 6. ФархадзадеЭ.М. Определение оптимальных кинематических показателей станка-качалки глубинонасосной установки // АНХ. -1982. № 8.-С. 53-54.
  • 7. ВирновскийА.С. Определение максимальной нагрузки на глубинно насосное оборудование // Нефтяное хозяйство, -1947. №2, с.48, №5 с. 54.
  • 8. БагировМ.М. Определение усилия в точке подвеса колонны штанг и длины хода плунжера глубинного насоса /АНХ.-1968.  №3.-С. 34-36.
  • 9. БайрамовС.Б. Аналитическое исследование пространственной кинематической схемы станка-качалки. //Нефть и газ.-1987. №2. С.83-87.
  •  
  • 10. Мирзанжанзаде А.Х., Степанова Г.С. Математическая теория эксперимента в добыче нефти и газа. - М.: Недра, 1977.-229 с.
Comments: 0
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.