Конструкция и размеры насосных штанг и муфт к ним. Материалы и методы упрочнения насосных штанг и муфт. Расчёт и конструирование штанговой колонны.

Насосные штанги выпускают в соответствии с ГОСТ 13877—68 диаметрами 12, 16, 19, 22 и 25 мм и средней длиной 8 м. Для под­бора длины колонны 'штанг при посадке плунжера выпускают так­же короткие штанги длиной от 1 до 3 м тех же диаметров.

Часто в скважину спускают ступенчатые колонны, состоящие из штанг нескольких диаметров. Для соединения штанг разных диаметров, например, 16 и 19 мм, 19 и 22 мм, 22 и 25 мм, изготов­ляют переводные муфты

ГОСТ 13877—68 рекомендует для изготовления штанг стали марок 40 (углеродистая), 20НМ (никель-молибденовая) и ЗОХМА хромисто-марганцовистая).

Для повышения механических свойств стали и достижения равнопрочности штанг по всей длине их подвергают различным видам термической обработки: нормализации (нагрев до определен­ной температуры с последующим охлаждением на воздухе), сорби­тизации, состоящей из трех операций — нормализации, закалки и отпуска. Для упрочнения штанг поверхность их закаливается токами высокой частоты или наклепывается дробью.

РАСЧЁТ КОЛОННЫ ШТАНГ

Колонна штанг рассчитывается с учетом переменных нагрузок действующих на штанги в течение каждого качания, не по мак­симальному напряжению, вычисленному исходя из статических ус­ловий прочности, а по методике, предложенной А. С. Вирновским, согласно которой в качестве расчетного принимается «приведенное» напряжение, учитывающее циклический характер работы штанг: где s_пр — приведенное напряжение в опасном сечении колонны штанг; s_max — максимальное напряжение в опасном сечении за цикл; ; s_a — амплитуда напряжения в опасном сечении за цикл.

где

В формулах s_min — минимальное напряжение за цикл (мини­мальным будет напряжение при ходе штанг вниз).

где s_ср и s_а — напряжение в Па; r и p₁ — плотность жидкости и металла штанг в кг/м³; g — ускорение силы тяжести (g— 9,81 м/с²); L — глубина спуска насоса в м; D и d — диаметр плун­жера и штанг в любой, но одинаковой размерности (мм); а₀ — ко­эффициент, имеющий размерность плотности, принимаемый равным 1150 кг/м³; т — средний кинематический коэффициент, равный 1,05…1,2; w — угловая скорость кривошипа ( где n — число качаний в минуту); s — длина хода сальникового штока в м.

При подборе группы прочности стали для штанг руководству­ются следующими нормами допускаемых приведенных напряжений:для углеродистых штанг (сталь 40) — 7 МПа);для тех же штанг с уплотненной поверхностью — 80 МПа

для легированных сталей с соответствующей термообработкой — 90…110 Мпа