Расчет вертлюгов на прочность и долговечность

Ствол вертлюга

В случае прихватов буриль­ных колонн на ствол вертлюга могут действовать пиковые нагрузки, намного превос­ходящие вес колонны. Эти нагрузки следует рассматривать как статические.

Статическая нагрузка Р_ВС рассчитывается по формуле

, (7.1)

где Р_Т – разрушающая нагрузка бурильных труб, Н;

k_З – ко­эффициент запаса (>1,3).

Динамическую нагрузку Р_ВД, в процессе бурения при вращении колонны, можно определить по формуле

(7.2)

где ρ_р и ρ_т –плотности бурового раствора и материала труб;

q_i – вес 1 м труб с учетом выса­женной части и замков, Н;

ι – длина труб одинакового веса, м;

G_ki – вес прочих элементов бурильной ко­лонны, Н;

Р_д – вероятная расчетная нагрузка на долото, Н

Р_р – расчетное давление жидкости, Па;

f – площадь сече­ния отверстия ствола вертлюга, м².

Напряжения при статической нагрузке σ_э (в Па) в стенках ствола вертлюга определяют по формуле для расчета толсто­стенных сосудов, подверженных действию растягивающей на­грузки,

(7.3)

где σ_Э – растягивающее напряжение в минимальном сечении от действия расчетной нагрузки Р_Рi Па;

σ_t – напряжение на внутренней поверхности отверстия, Па;

ν – отношение предела текучести материала при растяжении к пределу текучести при сжатии;

σ_r = р_рi – напряжение от давления жидкости, Па.

Напряжение на внутренней поверхности отверстия

(7.4)

где k = r/R — отношение внутреннего радиуса r отверстия ствола вертлюга к его наружному радиусу R = D/2; (D – наименьший наружный диаметр ствола, м).

Эквивалентное напряжение σ_эi (в Па)

. (7.5)

Коэффициент запаса статической прочности по пределу те­кучести S = σ_т /σ_э должен быть > 1,65.

Коэффициент запаса прочности по выносливости

(7.6)

где σ_-1огр – ограниченный предел выносливости материала ствола при работе в агрессивной среде, Па (для поковок из легированной среднеуглеродистой стали σ_-1огр = 0,28·σ_в);

σ_а – средняя амплитуда цикла;

K_σд – коэф­фициент, учитывающий влияние всех факторов на предел вынос­ливости;

ψ_σ – коэффициент, характери­зующий влияние асимметрии цикла на предел выносливости;

σ_m – среднее напряжение цикла, Па

Коэффициент запаса прочности по выносливости n_a выбира­ется в пределах 1,3÷1,5.

Коэффициент долговечности ствола вертлюга

(7.7)

где L_р — расчетная наработка ствола;

L_К – суммарное число циклов нагрузки или суммарное число оборо­тов бурильной колонны за период бурения;

Z_С – число типовых скважин, ко­торое должно быть пробурено вертлюгом.

2). Цапфы корпуса

Воспринимают такую же наибольшую ста­тическую нагрузку, что и ствол. Цапфа рассчитывается на из­гиб и смятие как консольная или 2-х опорная балка, равно­мерно загруженная по длине. При этом принимается, что на каждую цапфу действует половина общей нагрузки.

3). Штроп вертлюга

Рассчитывается по наибольшей действую­щей статической нагрузке как брус с криволинейной осью. Верхнее сечение штропа и проушина рассчитываются как тол­стостенное кольцо по формуле Ляме.

4). Корпус вертлюга

Точному расчету на прочность не подда­ется ввиду сложной конфигурации. Приближенно его можно рассчитать как 2-х опорную балку фигурного сечения. Толщину стенок и ребер выбирают равными не менее 12— 15 мм. 5). Напорный сальник вертлюга.

При самоуплотняющихся ман­жетах, расположенных в отдельных камерах, наибольшее кон­тактное давление приходится на 1-ую манжету со стороны высокого давления. Контактное давление между манжетой и напорной втулкой определяется расчетным давлением.

6). Поджимная гайка сальника

Должна рассчитываться на осе­вую нагрузку, создаваемую давлением, и силу сжатия саль­ника.

7). Напорная труба и корпус сальника

Рассчитывают на прочность по максимальному испытательному давлению как тонкостенные сосуды. Толщина стенки

(7.8)

где k_З – коэффициент запаса, равный 1,2÷1,5;

D – наружный диаметр, м;

Р_рп – внутреннее расчетное давление, Па;

σ_т — пре­дел текучести материала напорной трубы, Па.

Кроме того, напорная труба должна быть проверена на де­формацию по наружному диаметру с таким расчетом, чтобы оставался минимальный зазор между трубой и дистанцион­ными кольцами сальника.

ЛЕКЦИЯ № 8

1. Выбор двигателей и расчёт силовых передач

1). При индивидуальном приводе м ощность двигателяопределяется

, (8.1)

где N_д – мощность двигателя,

N – мощность приводимой машины,

η – общий к.п.д.

2) При групповом приводе мощность двигателя определяется

, (8.2)

где N₁ + N₂ +… + N_К - мощности одновременно приводимых машин,

z – количество двигателей,

η – общий к.п.д. передач,

к – число одновременно приводимых машин,

при последовательном расположении передач общий к.п.д.

, (8.3)

η₁, η₂ , …, η_n - к.п.д. 1-ой, 2-ой, n-ой передач,

n – число двигателей

при параллельном расположении общий к.п.д.

, (8.5)

Если несколько двигателей с параллельным расположением передач приводят в действие одну машину, то

, (8.6)

3) Номинальная мощность электропривода лебёдки определяется

, (8.7)

где N_Л – расчётная мощность лебёдки,

К =1,3÷1,5 – коэффициент перегрузки электродвигателей.

4) Мощность электропривода бурового насоса определяется

, (8.8)

где N_БН – расчётная мощность насоса,

η_н – к.п.д. привода насоса.

5). Мощность электропривода ротора определяется

, (8.9)

где – N_Р – расчётная мощность ротора,

η_Р – к.п.д. привода ротора.

6). Мощность на валах силовых передач, кинематически связанных с валом двигателя определяется

, (8.10)

где N_i, N_Д – мощность, передаваемая i-м валом,

η_i – к.п.д. силовой передачи.

При этом

, (8.11)

где - М_i, М_Д – соответственно моменты на i-ом валу, на валу двигателя,

ω_i, ω_Д – соответственно угловые скорости вращения i-го вала, вала двигателя,

Откуда момент на i-ом валу определяется по формуле

, (8.12)

где i_i - передаточное отношение от двигателя до i-го вала.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: