Расчет вертлюга. РАСЧЕТ МОРОЗОВ МАКСИМ КР. 2. расчетная часть 1 Расчет ствола

Название	2. расчетная часть 1 Расчет ствола
Анкор	Расчет вертлюга
Дата	31.01.2021
Размер	1.58 Mb.
Формат файла
Имя файла	РАСЧЕТ МОРОЗОВ МАКСИМ КР.rtf
Тип	Документы #172763

Введение

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет ствола

2.2 Расчет штропа

2.3 Расчет подшипника

3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчет ствола
Исходные данные для расчета вертлюга:

Материал ствола прототипа вертлюга 34ХН1М σ_В = 655 МПа,

Нагрузка от наибольшего веса бурильной колонны Qбк = 310 тонн
к_д = 1,25 – коэффициент динамичности приложения нагрузки

k_m – коэффициент концентрации напряжения в резьбе при простых расчетах, k_m = 3

Рисунок 3.1- К расчету ствола вертлюга
В сечении 1 - 1 грибовидный фланец ствола подвергается деформации изгиба.
1.Напряжение изгиба в этом сечении

где М_изг – изгибающий момент в сечении:

М_изг = Q_p ∙ l_ц ,

Q_p – расчетная осевая нагрузка на ствол:тлюг скважина бурение смазка

Q_p = k_д ∙ Q ∙ g ,

– расстояние от центра основной опоры до опасного сечения

– осевой момент сопротивления кольцевого сечения,

,

где h – высота грибовидного фланца, h = 110 мм;

к_д = 1,25 – коэффициент динамичности приложения нагрузки

Q – нагрузка на ствол, Q = 310 тонн.
Q_p = 1,25 ∙ 310000 ∙ 9,8 =3920 кН.

М_изг = 3920 ∙ 0,06 = 235,2 кН ∙ м.

2.Коэффициент запаса прочности

3.Сечение 2 - 2 проходит по впадине первой полной нитки резьбы муфты, входящей в зацепление с резьбой ниппеля. В этом сечении возникают напряжения растяжения

где k_m – коэффициент концентрации напряжения в резьбе при простых расчетах, k_m = 3 [9];

F – площадь поперечного сечения ствола в сечении 2 - 2:

где D – диаметр сечения, D = 0,197 м,
d₄ = d + 2 ∙ P = 0,075 + 2 ∙ 0,003175 = 0,08135 м, [4],

4.Коэффициент запаса прочности

меняем материал ствола вертлюга на более прочный 40ХН σ_В = 820 МПа.

Коэффициент запаса прочности в сечении 1 – 1

Коэффициент запаса прочности в сечении 2 – 2

3.2 Расчет штропа

Исходные даннные :
d₁ – диаметр штропа, 0,15 м,

Материал штропа вертлюга Сталь 35, σ_в = 530 МПа

Расчет штропа вертлюга производят на растяжение и условный изгиб по сечениям I – IV.

1.В сечении I – I возникают напряжения от половины расчетной нагрузки, приходящейся на одну из двух ветвей штропа.

Где Q_p – расчетная нагрузка, кН,

d₁ – диаметр штропа, 0,15 м,

Рисунок 3.2- Схема к расчету штропа

2.В сечении II – II штроп рассчитывают на условный изгиб по формуле Ляме.

где R₂ – радиус закругления, R₂ = 0,125 м;

R₁ – радиус изгиба, R₁ = 0,275 м;

q_II – интенсивность давления,

где С – диаметр зева крюка под вертлюг, С = 0,3 м [4], α = 90º,

3.Для расчета сечения III – III надо знать диаметр d, который равен диаметру пальца штропа. В пальце штропа возникают напряжения среза по двум площадкам на двух ветвях штропа:

где F_п – площадь поперечного сечения пальца, м²;

d_п – диаметр пальца штропа, м, d_п = 0,1 м,

Проушина штропа в сечении III – III рассчитывается на условный изгиб по формуле Ляме.
4.Находим интенсивность давления в сечении III – III

где d = d_П – диаметр пальца, d_П = 0,1 м;

b – ширина штропа, b = 0,1 м,

где D - диаметр проушины, D = 0,33 м,

5.Кроме того, проушину штропа необходимо проверить на растяжение в сечении IV – IV:

3.3 Расчет подшипника

Исходные данные :

ρ_Р – плотность бурового раствора, ρ_в = 1100 кг/м³;

ρ_Т – плотность материала бурильной колонны, ρ_Т = 7850 кг/м³;

l_i – длина трубы одинакового веса, l_i = 4700 м;

q_i– вес одного метра трубы с учетом веса высаженной части с замком,

q_i = 300 Н/м;

G_Ki– вес прочих элементов, составляющих бурильную колонну, Н, (длина 300 м, удельный вес 1780 Н/м);

P_D – расчетная нагрузка на долото, P_D = 310000 Н;

P_Р – расчетное давление жидкости, P_Р = 20000 Па;

f – площадь поперечного сечения отверстия ствола вертлюга:

k_Т – температурный коэффициент (k_Т=1 при t≤100⁰C, k_Т=1,005 при t=125⁰C);

k_б – коэффициент безопасности, k_б =1,4÷1,8 (для обеспечения показателя вероятности безопасности P(t)=0,92-0,94 при L_h = 3000 ч);

k_К - кинематический коэффициент для упорных подшипников при осевой нагрузке, k_К = 1;

k_Э- коэффициент эквивалентной нагрузки, k_Э =0,7.

Решение :

1.При расчете подшипника сначала определяют эквивалентную нагрузку Р_а, действующую на главную опору вертлюга:

для упорных однорядных подшипников
Ра = F_a∙f_d ,
где F_a – постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, Н;

f_d – коэффициент, учитывающий безопасность и надёжность работы, то есть коэффициент динамического напряжения
f_d = k_Т ∙ k_б ∙ k_К ∙ k_Э ,
где k_Т – температурный коэффициент (k_Т=1 при t≤100⁰C, k_Т=1,005 при t=125⁰C);

k_б – коэффициент безопасности, k_б =1,4÷1,8 (для обеспечения показателя вероятности безопасности P(t)=0,92-0,94 при L_h = 3000 ч);

k_К - кинематический коэффициент для упорных подшипников при осевой нагрузке, k_К = 1;

k_Э- коэффициент эквивалентной нагрузки, k_Э =0,7.

f_d = 1 ∙ 1,5 ∙ 1 ∙ 0,7 = 1,05.

2.Динамическую нагрузку, действующую на ствол вертлюга в процессе бурения скважины при вращении колонны, можно приравнять к P_bd:

где ρ_Р – плотность бурового раствора, ρ_в = 1100 кг/м³;

ρ_Т – плотность материала бурильной колонны, ρ_Т = 7850 кг/м³;

l_i – длина трубы одинакового веса, l_i = 4700 м;

q_i– вес одного метра трубы с учетом веса высаженной части с замком,

q_i = 300 Н/м;

G_Ki– вес прочих элементов, составляющих бурильную колонну, Н, (длина 300 м, удельный вес 1780 Н/м);

P_D – расчетная нагрузка на долото, P_D = 310000 Н;

P_Р – расчетное давление жидкости, P_Р = 20000 Па;

f – площадь поперечного сечения отверстия ствола вертлюга:

где d_B – диаметр отверстия ствола вертлюга, d_B = 0,075 м,

Р_а = 1,9 ∙ 1,05 = 1,995 МН.
3.Суммарное число оборотов, которое может сделать подшипник главной опоры за весь срок службы при расчетной нагрузке:

где L₁₀ – суммарное число оборотов, об; С_а – динамическая грузоподъёмность, С_а = 3,51 МН (упорный конический роликоподшипник серии 889752); ρ – показатель степени, для роликоподшипников

4.Долговечность подшипника определяется как:

где n – расчетная частота вращения вертлюга, n = 100 об/мин,

Вывод по расчету :
На основе проведенных расчетов делаем вывод, что вертлюг УВ-250 при нагрузке Q = 310 т работоспособен, что обеспечивается необходимым запасом прочности основных элементов. Долговечность основного подшипника составила 1093,3 часа. В качестве материала ствола используем сталь 40ХН, штропа – сталь 35, конструктивные размеры вертлюга УВ-250 при этом оставляем прежними.