2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЛУБРИКАТОРНОЙ УСТАНОВКИ. 2 разработка конструкции лубрикаторной установки 1 Выбор базовой модели

• Название: 2 разработка конструкции лубрикаторной установки 1 Выбор базовой модели
• Дата: 05.04.2021
• Размер: 42.42 Kb.
• Имя файла: 2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЛУБРИКАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.docx
• Тип: Документы; #191395

2 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ЛУБРИКАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Выбор базовой модели
На основании исходных данных в качестве базовой модели выбираем лубрикаторную установку УЛГ-65х35, техническая характеристика которой представлена в таблице 1.1.
2.1 Определение основных параметров
2.1.1 Определение толщины стеки секционной трубы скважинного

лубрикатора
Методика расчета представлена в списке использованных источников [21]. Схема к расчету представлена на рисунке 2.1.

Определяем толщину стенки секционной трубы S, м, лубрикаторной установки по формуле

, (2.1)

где	Р	-	рабочее давление, Р=35 МПа;
	Dвн	-	внутренний диаметр трубы, Dвн = 0,065 м;
		-	нормативное допускаемое напряжение,  =170МПа; 21
	С	-	прибавка толщины материала от различных причин, С=0,003 м

м.

2.1.2 Определение усилий во фланцевом соединении переводного фланца лубрикаторной установки
Исходными данными для расчета являются размеры и материал фланца, шпилек, прокладки. Расчет производится по величине допускаемых напряжений.

Схема для расчета усилий во фланцевом соединении представлена на рисунке 2.2.

Расчет ведется по методике, предложенной в списке использованных источников. [21]

Кольцо сжимается по оси соединения и по радиусу. Принимается, что сила, действующая на кольцо, равномерно распределена по его внешней поверхности. Кольцо рассматривается как толстостенный сосуд. За расчетное усилие Р_рас принимают большее из двух: эксплуатационное усилие, Р_э, Н, и усилие затяжки Р_зат, Н.

Эксплуатационное усилие, действующее на шпильки фланцевого соединения, при двухстороннем касании прокладки с канавкой фланца Р_э, Н

Р_э = Р_ср + Р_у, (2.2)

где

Рср

-

усилие давления среды, Н

Р_ср =0,785 D_п²∙Р_р, (2.3)

где	Dп	-	диаметр прокладки, Dп=107,9∙10-3 м [22];
	Рр	-	рабочее давление среды, Рр =35 МПа

Р_ср =0,785(107,9∙10^-3)²∙35∙10⁶=319875,2 Н.

Ру

-

усилие для обеспечения герметичности соединения, Н

Р_у=π ∙D_п∙b_эф∙m∙Р_р, (2.4)

где

bэф

-

эффективная ширина прокладки, м

b_эф =0,125∙b, (2.5)

где

b

-

ширина прокладки, b =11,1 ∙10-3 м [22]

b_эф =0,125∙11,1 ∙10^-3 =1,4 ∙10^-3 м

m

-

прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки, m=6,5 [22]

Р_у=3,14 ∙107,9∙10^-3∙1,4 ∙10^-3∙6,5∙35∙10⁶=107909,7 Н,
Р_э =319875,2+107909,7=427784,9Н.

Усилие затяжки Р_зат, Н

Р_зат= π ∙D_п∙b_эф∙q_п, (2.6)

где

qп

-

удельное давление смятия прокладки для создания герметичности, qп =180 МПа [21]

Р_зат= 3,14 ∙107,9∙10^-3∙1,4 ∙10^-3∙180∙10⁶=85379,1 Н

За расчетное принимаем Р_рас = Р_э =427,8 кН.
2.1.3 Расчет гидроцилиндра кабельного превентора
Расчет ведется по методике, предложенной в списке использованных источников [23].

Усилие, развиваемое гидроцилиндром Р_у, кН

, (2.7)

где	Рс	-	давление в скважине,Рс =35 МПа;
	d	-	диаметр штока гидроцилиндра, d= 22∙10-3 м

Н.

Усилие на преодоление сил трения Q, Н

, (2.8)

где	Рг	-	давление в гидроцилиндре, Рг= 10 МПа;
	ho	-	высота контактного кольца, ho= 0,007 м;
	f	-	коэффициент трения,f = 0,01÷0,07

Н.

Таким образом, полное усилие в гидроцилиндре Р¹_у, кН

Р¹_у=Р_у+Q, (2.9)

Р¹_у=13297,9+241,8=13539,68 кН

Площадь поршня гидроцилиндра F, м²

, (2.10)

м².

Диаметр гидроцилиндра D, м

, (2.11)

=0,70 м.
2.2 Расчеты на прочность
2.2.1 Расчет шпилек переводного фланца
Расчет шпилек заключается в определении прочности отдельной шпильки от воздействия расчетного усилия.

Усилие, действующее на одну шпильку Р₁, Н

Р₁= Р_рас /z, (2.12)

где

z

-

количество шпилек во фланцевом соединении, z=8 [22]

Р₁= 427,8∙10³/8=53,5 кН.

Расчетное напряжение, возникающее в шпильке _рас, МПа

_рас=Р₁/F₁, (2.13)

где

F1

-

площадь поперечного сечения шпильки по резьбовой части, м2

F₁=0,785∙d₁², (2.14)

где

d1

-

диаметр шпильки, d1=24∙10-3 м [22]

F₁=0,785∙ (24∙10^-3)²=0,45∙10^-3 м²,

_рас =53,5∙10³/0,45∙10^-3=118,8 МПа.

Запас прочности шпильки n

n=_{т шп} /_рас, (2.15)

3

где

т шп

-

предел текучести материала шпильки, для стали 20Х, т шп =500 МПа

n=500/118,8=4,2.

Условие прочности выполняется.
2.2.2 Расчет прочности прокладки переводного фланца
Прочность прокладки проверяют параметром  _l ,

 _l =1,285∙h_раб/(b ∙ R_ср ), (2.16)

где

hраб

-

рабочая высота прокладки, м

h_раб=Н-0,22R_o, (2.17)

где	Н	-	высота прокладки, Н=16,0∙10-3 м;
	Rо	-	радиус скругления прокладки, Rо=0,5∙10-3 м

h_раб=16,0∙10^-3 - 0,22∙0,5∙10^-3=0,01589 м

где	b	-	ширина прокладки, b=11,1∙10-3 м;
	Rср	-	средний радиус прокладки, м

R_ср =0,5( R_н +R_в ), (2.18)

где	Rн	-	наружный радиус прокладки, Rн =53,95∙10-3 м;
	Rв	-	внутренний радиус прокладки, Rв =42,85∙10-3 м

R_ср =0,5∙ (53,95∙10^-3+42,85∙10^-3)=48,4∙10^-3м;

 _l =1,285∙15,86∙10^-3/( 11,1∙10^-3∙48,4∙10^-3) = 0,34.

Условие прочности прокладки выполняется, т.к.  l  1.0.
2.2.3 Расчет переводного фланца лубрикаторной установки на прочность
Прочность фланца проверяют под действием изгибающего момента в

наиболее опасном сечении, ослабленном проточкой и канавкой фланца. Фланец рассматривают как консольную балку с заделкой в опасном сечении А-С, нагруженную сосредоточенной силой Р_рас .

Схема к расчету фланца представлена на рисунке 2.3.

Изгибающий момент в опасном сечении М, кН∙м

М= Р_рас ∙ l_а, (2.19)

где

lа

-

плечо действия расчетной нагрузки, м

l_а = 0,5∙ ( D_пр – D_ср.к. ), (2.20)

где	Dпр	-	диаметр перехода фланца, Dпр = 135∙10-3 м;
	Dср.к.	-	средний диаметр канавки фланца, Dср.к.= 96∙10-3 м

l_а = 0,5∙ (135∙10^-3–96∙10^-3)=39∙10^-3м,

М=427,8∙10³∙39∙10^-3=16684,2 Н∙м.

Момент сопротивления опасного сечения изгибу W, м³

, (2.21)

м³

Расчетное напряжение в опасном сечении , МПа

 = М/ W, (2.22)

 =16,6842∙10³/146∙10^-6=114 МПа.

Условие прочности опасного сечения n

n=_{т ф} /, (2.23)

где

т ф

-

предел текучести материала фланца, для стали 20Х, т ф= 500 МПа

n=500/114=4,3.

Удовлетворяет значению допускаемых напряжений, так как 2<n<5.