МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ПРИ РАБОТЕ СТАНКА-КАЧАЛКИ

«Месторождения, оборудованные штанговыми глубинными насосными установками, составляют большую часть месторождений в России на сегодняшний день» [1, с.5]. Также штанговые глубинные насосные установки незаменимы при добыче высокопарафинистой нефти и добыче в малодебетовых скважинах.

Ввиду низкой эффективности добычи при использовании штанговых глубинных насосных установок обычно ограничиваются минимальным объемом автоматизации, который заключается только в снятии показаний потребления мощности электродвигателем (ваттметрограмму). Поэтому целесообразно получать ваттметрограмму, как результат работы математической модели. На входе же математической модели будем задавать различные коэффициенты полезного действия, геометрические параметры станка-качалки, график нагрузки на полированный шток.

Воспользуемся формулой (1), выведенной Т.М. Алиевым и А.А. Тер-Хачатуровым, для мощности, потребляемой электродвигателем:

                                                                      (1)

где     -   мощность, потребляемая электродвигателем, Вт;

-   результирующий крутящий момент сил на кривошипном валу редуктора, Hм;

     -   частота вращения электродвигателя, мин^-1;

   -   к.п.д. электродвигателя;

  -   к.п.д. передаточного механизма;

  -   передаточное число редуктора;

  -   передаточное число клиноременной передачи.

«Для подавляющего количества отечественных СК =38» [2, с.36]. Поэтому примем =38.

Обозначим некоторые геометрические параметры станка-качалки на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема станка-качалки

Обозначим формулу для определения результирующего крутящего момента сил на кривошипном валу редуктора

                     (2)

где    -   вес груза балансира, Н;

   -   вес груза на кривошипе, Н;

    -   угловая скорость вращения кривошипа, с^-1;

    -   нагрузка на полированный шток, Н.

Геометрические параметры, нагрузку на полированный шток, веса балансиров прием, исходя из реальных штанговых глубинных насосных установок, приведенных Цапко Ириной Валериевной в [3, с. 45].

Моделирование будем производить в среде MathCad.

Будем рассматривать 3 цикла качания станка-качалки.

Очевидно, что при износе станка-качалки будет уменьшаться к.п.д. передаточного механизма. Что исходя из формулы (1) будет увеличивать потребляемую мощность.

Покажем работу станка-качалки в трех циклах. В первом к.п.д. передаточного механизма примем 0,8, во втором – 0,7, а в третьем – 0,6. Понаблюдаем за изменением графика потребляемой мощности:

Рисунок 2. Кусочно-заданная функция мощности, потребляемой электродвигателем

Рисунок 3. Изменение мощности, потребляемой электродвигателем, при уменьшении к.п.д. передаточного механизма

Теперь изобразим неспокойную работу станка-качалки. При ударах в точке соединения шатуна с балансиром будет изменяться длина балансира в формуле (2). Изобразим это в математической модели:

Рисунок 4. Кусочно-заданная функция мощности, потребляемой электродвигателем при неспокойной работе

Рисунок 5. Изменение мощности, потребляемой электродвигателем, при неспокойной работе станка-качалки

Итак, мы рассмотрели некоторые неисправности в работе станка-качалки, которые могут появиться при износе. Увидели, что при уменьшении к.п.д. передаточного механизма увеличивается потребляемая электродвигателем мощность. А при ударах в точке сочленения шатуна с балансиром увеличиваются «шумы», что наглядно видно из рисунка 5.

Список литературы:

1. Аливердизаде К.С. Балансирные индивидуальные приводы глубиннонасосной установки: учеб. пособие. М.: ГНТИНиГТЛ, 1961, -5с.
2. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Автоматический контроль и диагностика скажинных штанговых насосных установок: учеб. пособие. М.: Недра, 1988, -36с.
3. Цапко И.В. Метод диагностирования штанговых глубинных насосных установок: дис. … к.т.н. – М., 1999. – С.43-50.