?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<144
Коэффициент запаса прочности винтов определяем из выражения
n=[?]/ ?
(3.47)
где [?] – допускаемое напряжение среза, [?]=144 МПА
? – напряжение среза действующее на винты страховочной муфьы,
?=61,29 МПа
П=144/61,29=2,35
Полученный коэффициент заппса прочности является достаточным.
3.5.3.Прочностной расчет корпуса полумуфты
Расчет корпуса полумуфты будет рассчитываться на растяжение в опасном
сечении. Расчет полумуфты в опасном сечении произведем по формуле:
??[?]
(3.48)
где ? – сопротивление при растяжении действующее в опасном сечении
полумуфты;
[?] – допустимое сопротивление при растяжении.
Допустимое сопротивление при растяжении определяется из выражения
?=0,3?т
(3.49)
где ?т – предел текучести материала для материала сталь 30 Л, из которого
отлита полумуфта ?т=240 МПа
[?]=0.3х240=72 МПа
Определяем напряжение, получамемое давлением максимальной нагрузки на
площадь по формуле:
?=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
?=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= [?] /?
(3.51)
где [?] – допускаемое сопротивление при растяжении;
[?]=72 МПА
?- сопротивление при растяжении действующее в опасном сечении
муфты;
?=12,25 МПА
П=72/12,25=5,87
Полученный коэффициент запаса прочности является допустимым.
4. 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=Рг-Зг
(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, МРПб – базовый межремонтный период;
МРПсов.–межремонтный период усовершенствованного
оборудования
Срем. – 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 ( Зср. *L + 0,395 * Зср. * 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
Расчет экономического эффекта
Стоимостная оценка годовых результатов:
от количества ремонтов:
Рг1= ( 365 – 365 ) *Срем.
МРПб МРПсов.
МРПб=316 суток
МРПсов.=358 суток
Ср=1150000 резб.
Рг1= (365 – 365) *1150000
316. 358
Рг1=156400 руб
Рг2 берем из 40% от стоимости ЭЦН – 50-1300 и стоимости ЭЦн – 30-1300.
Рг2=0,4*13204000+18900000=2418600 руб
Рг=Рг1+Рг2
Рг=156400+24181600=24338000 руб
Расчет затрат:
Зг=Иг + (Кр+Ен)*К
Иг=?Р*Т*Q*Сп
Сп3=55% от себестоимости 287274 руб/т
Иг=0,136*3,0830,0*0,55*287274
Иг=1933928,5 руб
Затраты на изготовление рабочей ступени
К1=1,2 *(1,395 * Зср. *L)
166
Зср.=1800000 руб
L=1 час
К1=1,2 * 1,395 * 1800000*1
166
К1=18151,719 руб
Затраты на материалы, примененные при изготовлении рабочей ступени:
К2=m*С*Ки
m=m1+m2
m=0,320+0,158
m=0,478
К2=0,478*10-3 *1500000*1,5=1075,5 руб
К=112*19227,219
К=2153449 руб
Зг=Иг + (Кр+Ен)*К
Зг=1933928,5 + (1+0,1)*2153449
Зг=4292722,4 руб.
Эффект рассчитывается для срока в 5 лет, срока амортизации оборудования
типа УЭЦН
Кр=0,1638
Ен=0,1
Эт=24338000 - 4292722,4
0,1638 + 0,1
Эт=7598647 руб
Прибыль, остающаяся в распоряжении предприятия:
Пt=Bt – Ct – Ht
Формула (4.8) общая для расчета, ее можно разложить:
Пт=Рг2Иг
(4.10)
где, Пт – прибыль без налогов
Текущая чистая прибыль:
Пч=0,65 * Пт
Рг2=24181600 руб
Иг=1933928,5 руб
Пt=24181600 – 1933928,5
Пt=22247671 руб
Пч=0,65* Пт
Пч=0,65 * 22247671
Пч=14460986 руб.
Срок возврата затрат
Т = К
П+А
К=2153449 руб
Пч=14460986 руб
А=20% от К
А=430689,8 руб
Т= 2153449
14460986+430689,8
Т = 2153449
14891675
Т=0,15 года
Т=1,8 месяца
Сводная таблица экономических показателей
Таблица 4.1.
|Показатели |Значение |
|Капитальные затраты, руб |2153449 |
|Текущие годовые затраты, руб |1933928,5 |
|Межремонтный период до совершенствования, сутки |316 |
|Межремонтный период после усовершенствования, сутки |358 |
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
