Определение напряжения в наиболее опасном сечении фланца.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 5Следующая ⇒

Фланец считают по наиболее опасным сечениям, таковым является сечение АС для фланцев с овальной и восьмигранной прокладкой (рис. 1).

Рисунок 1. Фланцевое соединение

Для расчета фланец представляется в виде консольной балки с заделкой в указанных сечениях и рассматривается изгиб от силы Р. Уравнение моментов

Момент сопротивления опасного сечения

Напряжение в опасном сечении

Допустимое напряжение [σ ] определяется по пределу текучести материала фланца при запасе прочности 2, 5.

Изложенный выше метод расчета является приближенным, так как не учитывает податливость деталей фланцевых соединений при их нагружении, деформации изгиба шпилек и др. А это имеет значение при больших давлениях. Для этого в институте АЗИНМаш (г. Баку) разработан уточненный метод расчета соединения, работающего при втором варианте уплотнения.

Расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры (второй вариант)

Определение толщины тарелки фланца.

где: F - сумма расчетных коэффициентов;

δ ₁ - расчетная толщина прокладки;

n_ф - коэффициент запаса прочности фланца, принимается 2, 5;

D_в - диаметр проходного отверстия фланца;

σ _Тф - предел текучести материала фланца;

ψ ΄, ψ ΄ ΄ - коэффициенты, зависящие от a_р, принимаются по графику (рис. 1).

Коэффициент a_р определяется по формуле

где D_нр - расчетный диаметр фланца, определяется по формуле

где: D_н - наружный диаметр фланца;

z - число шпилек;

d - диаметр отверстия под шпильки.

Сумма расчетных коэффициентов F определяется по формуле

последующие члены (А₃, А₄ и т.д.) суммы бесконечно малы и поэтому не учитываются.

где: b - толщина прокладки;

D_нп - внешний диаметр прокладки;

Расчет шпилек на прочность.

Внутренний диаметр резьбы шпильки определяют с учетом изгибающих напряжений и упругопластических деформаций по формуле

где: n - коэффициент запаса прочности шпильки, принимается 3¸ 5;

F₀ - площадь круга диаметром D_нп.

Полученный размер округляют до ближайшего из приложения 1, без снижения коэффициента запаса прочности.

Рисунок 2. График функций

Расчет запорных устройств.

Пробковые краны

Наибольшее усилие среды, действующее на пробку крана,

Qср = р · Fупл

где р – рабочее давление.

Площадь уплотнительной поверхности Fупл » Dк · Н,

где Н – высота рабочей части пробки, Dк – средний диаметр пробки крана.

Если D₁ – максимальный, а D₂ – минимальный диаметр пробки в уплотнении, то

Dк » 0, 5 (D₁+ D₂).

Усилие среды прижимает пробку к корпусу и создает силу трения

Т_к = f_к · Qср , где f_к - коэффициент трения пробки о корпус, равный 0, 1.

Момент, необходимый для поворота пробки крана,

М_к = М_п+ М_с.

Здесь М_п – момент трения пробки в корпусе,

М_п= 0, 5Т_кDк = 0, 5 f_к · Qср Dк.

Момент трения в сальнике М_сможет быть определен по формуле

М_с= 0, 5 р p d²_ch_м m

где h_м – высота манжеты; m - коэффициент трения манжеты о шпиндель,

m » (0, 05 + 0, 08).

Прямоточные задвижки.

Если уплотняемая среда находится слева, то левый шибер не нагружен, усилие Q₁ на шпиндель передается лишь через правый шибер. С учетом выталкивающей силы Р_о усилие на штоке задвижки будет

Q_{1 =}Q_срf + Р_о

где f – коэффициент трения, равный 0, 1

Q_ср= 0, 25 p Dк²р

Р_о= 0, 25 p р d_с²

где Dк – средний диаметр уплотнения шибера задвижки, Dк = 0, 5(D_в + D_н), D_в – диаметр уплотнения внутренний, D_н – диаметр уплотнения наружный, d_с – диаметр шпинделя.

Момент для открывания и закрывания задвижки определяют как сумму:

М_кр = М₁+ М₂+ М₃

где М₁ – момент трения в резьбе гайки;

М₁ = 0, 5 Q₁d_ср tg (a + r )

где d_ср – средний диаметр резьбы; r - угол трения в резьбе, равный arctg f₁, ( f₁ -коэффициент трения в резьбе, f₁» 0, 15 );

a - угол подъема резьбы, a = arctg (в/p d_ср), ( в – шаг резьбы)

М₂- » 0

М₃ – момент трения в сальнике. Для манжетного сальника, независимо от числа манжет

М₃= 0, 5 p р d_с² h_м m

где h_м – высота манжеты; m - коэффициент трения манжеты о шпиндель,

m » (0, 05 + 0, 08).

Задание №1

Расчет насосно- компрессорных труб на прочность.

Расчеты на прочность определяют допустимость использования данных труб по следующим параметрам: нагрузке, вызывающей страгивание резьбового соединения; эквивалентному напряжению, возникающему в опасном сечении трубы с учетом давления среды и осевой нагрузки; циклической переменной нагрузке; усилиям, вызывающим продольный изгиб трубы.

1. Подобрать и рассчитать колонну НКТ d _н по ГОСТ 633, необходимую для спуска технологического оборудования массой М на глубину L = Н _скв (глубина скважины).

- жидкость в скважине отсутствует;

- действует наружное избыточное давление Р_н;

- действует внутреннее избыточное давление жидкости Р_в.

- действуют циклические нагрузки с амплитудой напряжений симметричного цикла ( s_а)

2. Определить, возможно ли зависание труб в скважине при установке пакера на глубине Н_уст.

- определить прочность изогнутого участка в наиболее опасном сечении трубы.

3. Исходные данные к заданию приведены в таблице № 2 и приложении 1.

Дано: номера по журналу

Таблица №2

Вариант

№ Наименование параметра

Глубина скважины Нскв, м, индивидуально

Диаметр обсадной колонны, D, мм 146х8 146х8 146х8 146х8 146х8 146х9

Начальный диаметр НКТ, dн мм

Масса спускаемого оборудования, М, кг

Группа прочности стали Д Д Д Д Д Е

Глубина установки пакера, Нуст, м (% от Нскв)

Усилие, необходимое для установки пакера, Руст, кН

Модуль упругости стали, Е 105 МПа 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1

Коэффициент запаса устойчивости, nуст 3, 5 3, 4 3, 3 3, 2 3, 1

Коэф. запаса прочности, nпр 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35

Избыточное наружное давление, Рн, МПа

Избыточное внутреннее давление, Рв, МПа

Продолжение таблицы №2

Вариант

№

146х9 146х9 146х9 146х9 168х8 168х8 168х8 168х8 168х8 168х9 168х9 168х9

Е Е Е Е К К К К К Д Д Д

2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1

3, 1 3, 2 3, 3 3, 4 3, 9 3, 8 3, 7 3, 6 3, 75 3, 65 3, 55

1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35

Продолжение таблицы №2

Вариант

№

168х9 168х9 168х10 168х10 168х10 168х10 168х10 146х9 168х8 146х8 146х9 146х9

Д Д Е Е Е Е Е Е К Д Е Е

2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1 2, 1

3, 45 3, 35 3, 25 3, 2 3, 15 3, 1 3, 05 3, 4 3, 1 3, 1

1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35 1, 35

Расчетные схемы задания №1

D

D

М

М

dн

dн

Рн

Hскв

Hскв

Сухая скважина Избыточное Рн

D

D

М

Рв

Hуст

М

Hскв

Hскв

dн

dн

Избыточное Рв Установка пакера

Задание № 2

Расчет пакеров.

Пакеры служат для разобщения частей ствола скважины по вертикали и герметизации нарушенных участков обсадной колонны, для разобщения зон затрубного пространства, расположенных выше и ниже пакеров. Применяют в обсадной (эксплуатационной) колонне нефтяных, газовых и нагнетательных скважинах при их эксплуатации, ремонте.

Перепады давления, воспринимаемые пакерами, находятся в интервале от 7 до 70 МПа. Температура окружающей среды при эксплуатации скважин может изменяться от 40 до 100 °С, а при тепловом воздействии на пласт достигает в некоторых случаях 300…400 °С.

По восприятию перепада давления пакеры подразделяются:

ПВ – усилие направлено от перепада давления вверх;

ПН – усилие направлено от перепада давления вниз;

ПД – двустороннего действия (усилие от перепада давления направлено как вверх, так и вниз).

По способности фиксироваться на месте установки пакеры подразделяют:

Я – фиксирующиеся якорем;

без обозначения – самостоятельно фиксирующиеся.

По способу посадки пакеры подразделяют:

Г – гидравлические;

М – механические;

ГМ – гидромеханические;

без обозначения – не требующие посадки.

По способу съёма пакеры подразделяют:

В – вращением;

Р – разбуриванием;

И – специальным инструментом;

без обозначения – натягом.

По исполнению:

Без обозначения – нормальное;

Коррозионностойкое:

К1 – углекислотостойкое (СО₂ не более 10% об.),

К2 – сероводородостойкое (Н₂S и СО₂ не более 10% об. каждого компонента),

К3 - сероводородостойкое (Н₂S и СО₂ свыше 10%, но не более 25% об. каждого компонента),

Т – термостойкое (для рабочих сред с температурой более 150^оС).

В скважину с определенным диаметром обсадной колонны D обс спускается и устанавливается механический пакер, рассчитанный на перепад давления DP и имеющий определенные конструктивные размеры.

1. Определить наименьшую величину осевой силы Q , обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины.

2. Определить наибольшую высоту уплотнительного элемента пакера.

3. Определить оптимальную длину хода штока пакера.

4. Проверить влияние плашечного захвата на прочность обсадной колонны. В конструкциях пакеров, где плашки перекрывают кольцевой зазор полностью ( или больше 70%), нагрузка на обсадную колонну распределена равномерно по всему периметру.

5. Проверить если Q пред < Q, то в конструкцию пакера внести необходимые изменения ( угла a, геометрических размеров уплотнений и плашек) и произвести расчет модернизированного пакера.

6. Представить конструкции пакеров различных типов и объяснить принципы их действия.

7. Исходные данные к заданию приведены в табл. № 3.

Дано: номера по журналу

Таблица № 3

Вариант

№ Наименование параметра

Глубина скважины Нскв, м, индивидуально

Диаметр обсадной колонны, D, мм 146х8 146х8 146х8 146х8 146х8 146х9

Группа прочности обсадной колонны Д К К Е Д Д

Диаметр хвостовика, d, мм

Модуль сдвига резины, G, МПа

Перепад давления на пакере, DP, МПа

Угол конуса плашки, a, ^о

Число плашек по радиусу, n, шт

Внутренний радиус резины, rш, мм 36, 5 36, 5 36, 5

Наружный радиус резины после деформации (равен внутреннему радиусу обсад. колонны), Rс, мм 63, 5

Высота плашек (длина по вертикали), lпл, мм

Длина хорды плашки, Lпл, мм

Стрела дуги поверхности плашки, fпл, мм

Продолжение таблицы №3

Вариант

№

146х9 146х9 146х9 146х9 168х8 168х8 168х8 168х8 168х8 168х9 168х9 168х9

К К Е Д Д К К Е Д Д К К

36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5

63, 5 63, 5 63, 5

Продолжение таблицы №3

Вариант

№

168х9 168х9 168х10 168х10 168х10 168х10 168х10 146х9 168х8 146х8 146х9 146х9

Е Д Д К К Е Д Д К К Е Д

36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5 36, 5

63, 5 63, 5

Расчетная схема задания № 2

Задание №3

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒
Поделиться:

Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 1284; Нарушение авторского права страницы