Расчет бурового вертлюга
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?отрено отверстие в нижней крышке корпуса. Уровень масла проверяется контрольной пробкой, навинченной в корпус вертлюга. Масляные отверстия закрываются резьбовыми пробками.
Разработаны различные конструкции устройств для соединения отвода со стволом. Быстросъёмное соединение отвода со стволом состоит из свободно плавающей напорной трубы, манжетных уплотнений для герметизации прокачиваемой жидкости и накидных гаек, навернутых на ствол и втулку, зажатую крепёжными болтами между отводом и фланцем крышки вертлюга. Свободно плавающая напорная труба позволяет обеспечить быструю замену уплотнений и самой трубы, изнашиваемых абразивными частицами, содержащимися в промывочной жидкости. Для этого необходимо отвернуть накидные гайки и, вытащив весь узел, заменить его новым или заблаговременно отремонтированным.
Каждая эластичная самоуплотняющаяся манжета, уплотняющая зазор между корпусом и трубой, размещается в индивидуальной камере, образуемой дистанционными кольцами. Камеры ограничивают деформации манжет под действием давления раствора. Верхняя манжета служит для удержания консистентной смазки, периодически закачиваемой ручным насосом через пресс-масленку в манжетные камеры для снижения трения и износа. Это уплотнение надежно работает при рабочих давлениях 35 МПа; испытательное давление 55 МПа. Практикой установлено, что оптимальным является наличие трёх рабочих манжет, так как применение большого числа манжет не увеличивает срок службы уплотнения, а ведет к перегреву вследствие плохого теплоотвода и чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее идёт износ, а надёжность не повышается. Манжеты изготовляются из маслостойких резин с твёрдостью по прибору ТИР 76-86, резиноасбестовых композиций или пластмасс полиуретановой группы. Для изготовления напорных труб используют бесшовные трубные заготовки из низколегированных цементуемых конструкционных сталей по ГОСТ 4543-81 (12ХН2А, 20ХН3А и др.). Напорные трубы подвергают термохимической обработке для создания по наружной поверхности износостойкого слоя твердостью 52-62 HRC на глубину 1,5-3,0 мм. В некоторых вертлюгах применяют трубы из конструкционных среднеуглеродистых сталей. Наружную поверхность напорных труб подвергают высокоточной механической обработке, для уменьшения шероховатости практикуется полирование или выглаживание роликами. Долговечность напорного сальника зависит от давления уплотняемого раствора, его плотности, концентрации, абразивных частиц в нём и от частоты вращения ствола. Экспериментально установлено, что долговечность при давлении 16 МПа и плотности раствора 1200 кг/м3 находится в пределах от 3тАв105 до 6тАв105 при частоте вращения ствола 70-200 об/мин. Сальники, удерживающие жидкую смазку в ванне корпуса вертлюга, имеют уплотняющие элементы - эластичные манжеты одностороннего действия. Уплотнительные кольца изготавливают из маслотеплостойких резин или пластмасс. Для повышения усилия обжатия применяют уплотняющие кольца с тороидальными пружинами. Между манжетами иногда устанавливают металлическое дистанционное кольцо для улучшения теплоотвода. Масляные сальники вертлюгов работают в относительно благоприятных условиях - при давлении, практически равном атмосферному. Скорость скольжения до уплотняемой поверхности обычно не превышает 3 м/с.
3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Расчет ствола
Исходные данные для расчета вертлюга:
Материал ствола прототипа вертлюга 34ХН1М ?В = 655 МПа,
нагрузка от наибольшего веса бурильной колонны Q = 310 тонн
Рисунок 3.1- К расчету ствола вертлюга
В сечении 1 - 1 грибовидный фланец ствола подвергается деформации изгиба. Напряжение изгиба в этом сечении
где Мизг - изгибающий момент в сечении:
Мизг = Qp тАв lц ,
p - расчетная осевая нагрузка на ствол:
вертлюг скважина бурение смазка
Qp = kд тАв Q тАв g ,
- расстояние от центра основной опоры до опасного сечения:
,
- осевой момент сопротивления кольцевого сечения,
,
где h - высота грибовидного фланца, h = 110 мм;
кд = 1,25 - коэффициент динамичности приложения нагрузки [9];
Q - нагрузка на ствол, Q = 310 тонн.
p = 1,25 тАв 310000 тАв 9,8 =3920 кН.
Мизг = 3920 тАв 0,06 = 235,2 кН тАв м.
Коэффициент запаса прочности
Сечение 2 - 2 проходит по впадине первой полной нитки резьбы муфты, входящей в зацепление с резьбой ниппеля. В этом сечении возникают напряжения растяжения
гдеkm - коэффициент концентрации напряжения в резьбе при простых расчетах, km = 3 [9];
F - площадь поперечного сечения ствола в сечении 2 - 2:
гдеD - диаметр сечения, D = 0,197 м,
d4 = d + 2 тАв P = 0,075 + 2 тАв 0,003175 = 0,08135 м, [4],
Коэффициент запаса прочности меняем материал ствола вертлюга на более прочный 40ХН ?В = 820 МПа.
Коэффициент запаса прочности в сечении 1 - 1
Коэффициент запаса прочности в сечении 2 - 2
.2 Расчет штропа
Материал штропа вертлюга Сталь 35, ?в = 530 МПа
Расчет штропа вертлюга производят на растяжение и условный изгиб по сечениям I - IV.
В сечении I - I возникают напряжения от половины расчетной нагрузки, приходящейся на одну из двух ветвей штропа.
Где Qp - расчетная нагрузка, кН,
d1 - диаметр штропа, 0,15 м,
Рисунок 3.2- Схема к расчету штропа
В сечении II - II штроп рассчитывают на усло