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=πКρgНrвн.[1-Eк-Fк/2 (ЕкFк+Ена Fна)]                                                    (3.40)

где К – коэффициент запаса плотности стыка;

  К=1,4

  ρ - плотность воды;

  ρ=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+ρgНrвн ² EкFк/2(ЕкFк+ЕнаFна)+G + πКρgНrвн                                            (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

                               

                                 σ=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

σz=268519/1,24х10^-3=220МПа

5.Определяем тангенциальное напряжение в опасных сечения, по выражению:

                    σ=pgHmaxrвн/S-MT/F’                                                    (3.43)

где S – толщина корпуса в опасном сечении;

S=0,009 м

M – коэффициент Пуассона;

M=0,28

σт=142 МПа

Прочностной расчет винтов страховочной муфты.

 

Расчет винтов на срез произведем по формуле:

                      τ≤[τ]                                                                                (3.44)

где τ – напряжение среза действующее на винты страховочной муфты;

  [τ] – допускаемое напряжение среза.

Допускаемое напряжение среза определяется по формуле:     

[τ]=0,4σт

где σт – предел текучести материала винта, для стали 35 из которой  

  изготовлены винты

  σт=360МПА.

[τ]=0,4х360=144МПа

Напряжение среза действующее на винты определяем по формуле

                                               τ=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)

τ=6955,29х4/3,14х0,0085⁵ х2=61285468 Па=61,29 МПа.

Прочностной рачсет винтов на срез является допустимой, так как 61,29<144

Коэффициент запаса прочности винтов определяем из выражения

                                                    n=[τ]/ τ                                              (3.47)

где [τ] – допускаемое напряжение среза, [τ]=144 МПА

  τ – напряжение среза действующее на винты страховочной муфьы,

  τ=61,29 МПа

П=144/61,29=2,35

Полученный коэффициент заппса прочности является достаточным.

 

 

Прочностной расчет корпуса полумуфты

 

Расчет корпуса полумуфты будет рассчитываться на растяжение в опасном сечении. Расчет полумуфты в опасном сечении произведем по формуле:

                                            σ≤[σ]                                                          (3.48)

где σ – сопротивление при растяжении действующее в опасном сечении

       полумуфты;

  [σ] – допустимое сопротивление при растяжении.

Допустимое сопротивление при растяжении определяется из выражения

                                            σ=0,3σт                                                                             (3.49)

где σт – предел текучести материала для материала сталь 30 Л, из которого отлита полумуфта σт=240 МПа

[σ]=0.3х240=72 МПа

Определяем напряжение, получамемое давлением максимальной нагрузки на площадь по формуле:

                                            σ=S/F                                                         (3.50)

где S – максимальная нагрузка действующая на полумуфту, определенная

       по формуле (3.46)

  S=6955,29Н

  F – площадь полумуфты в опасном сечении;

  F=5,68х10^-4 м ²

σ=6955,29/5,68х10^-4=12245228Па=12,25МПА

Прочность полумуфты в опасном сечении является допустимой, так как 12,25 МПа<72 Мпа

Коэффициент запаса прочности определяем из выражения

                                             

 

                                         П= [σ] /σ                                                 (3.51)

где [σ] – допускаемое сопротивление при растяжении;

[σ]=72 МПА

 

σ- сопротивление при растяжении действующее в опасном сечении

  муфты;

σ=12,25 МПА

П=72/12,25=5,87

Полученный коэффициент запаса прочности является допустимым.

 

 

 

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

 

На месторождениях, разрабатываемых и эксплуатируемых НГДУ “Сургутнефтегаз” дебет скважин по сравнению с прошлыми годами падает, что дает основанием использовать на скважинах электроцентробежные насосы с меньшей подачей.

При эксплуатации скважин УЭЦН М-30-1300 повышается межремонтный период и наработка на отказ.

Совершенствование электроцентробежного насоса с подачей 50 м/сут состоит в том, что в корпус электроцентробежного насоса с подачей на 50 м/сут мы ставим рабочие колеса и направляющие аппараты, рассчитанные на подачу 30 м/сут. Этим мы получаем насос с подачей 30 м/сутки для использования на малодебетных скважинах. За счет этого мы получаем экономию денежных средств, так, как не приходится запускать с заводов электроцентробежные насосы для малодебетных скважин.

Экономический эффект ожидается за счет:

-увеличение наработки на отказ;

-уменьшение числа текущих ремонтов;

-предотвращение затрат, связанных с закупкой УЭЦН-30 на заводах.

 

Методика расчета экономического эффекта

 

Экономический эффект определяется по формуле

                                               Эт=Р г-З г                                                      (4.1.)

                                                     Кр+Ен

где, Рг – стоимостная оценка годовых результатов

  Зг – неизменные по годам годовые затраты;

  Кр – норма амортизации с учетом фактора времени

  Ен – норматив для приведения к расчетному году 

 

Стоимостная оценка годовых результатов:

от количества ремонтов

                             Рг1=(365 –   365 ) *Срем.                                       (4.2.)

                                    МРПб МРПсов.

где, МРП_б – базовый межремонтный период;

      

 

 

МРП_сов.–межремонтный период усовершенствованного 

  оборудования

  С_рем. – стоимость текущего ремонта    

 

Неизменные по годам годовые затраты:

                                   

                          

                 Зг=Иг+(Кр+Ен)*К                                                           (4.3)

где, Иг – годовые текущие затраты

  К – капитальные затраты

 

Годовые текущие затраты:

                    К1=1,2 ( З ср . *L + 0,395 * З ср. * L)                                 (4.4)

                    166                  166 

где, К1 – капитальные затраты, связанные с изготовлением рабочей

  ступени;

  Зср – средняя затрата

  L – длительность изготовления

 

Капитальные затраты на материалы, примененные при изготовлении рабочей ступени:

                                       К2=m*c*Kи                                                       (4.5)

где, m – масса материалов;

   c – стоимость материалов;

   Ки- коэффициент, учитывающий, что часть материалов расходуется

   при изготовлении.

                                       К=К1+К2                                                          (4.6)

                                      К=n*(К1+К2)                                                (4.7)

где, -n - количество рабочих ступеней. 

 

Годовая прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия:

                                    Пt=Bt – Ct – Ht                                                 (4.8)

где, Bt – выручка от реализации продукции, полученной с применением

  мероприятий НТП, без акцизов и налогов на добавочную стоимость;

  Ct – себестоимость продукции;

  Ht – налоги, общая сумма.

 

Срок возврата затрат:

                                          Т= К                                                                (4.9)

                                              П+А

где, П – прибыль чистая, получаемая за счет реализации мероприятия за

   год;

   А – сумма амортизации за год.

 

Исходные данные:

Стоимость ЭЦН – 50-1300 – 1320400 руб

Стоимость ЭЦН - 30-1300 – 18900000 руб

 

m1 – масса рабочего колеса, изготовляемого из полиамида.

m1=0,158 г

С – стоимость полиамида

С=1500000 руб за тонну

m₂ – масса направляющего аппарата, изготовляемого из полиамида.

m₂=320 г.

 

Средняя заработная плата:

Зср.=1800 руб

 

Длительность изготовления рабочей ступени

L=1 час

 

Межремонтный период базовый:

МРПб=316 суток

 

Межремонтный период совершенствованного оборудования:

МРПсов.=358 суток

 

Стоимость текущего ремонта (одного):

Т = 72 часа

 

Среднесуточный дебит :

Q=35 м/сут

 

Стоимость нефти на внутреннем рынке:

С = 500000 резв./тонну

 

Себестоимость нефти:

Ct=287274 руб/т