Оборудование устья нефтяных и газовых скважин
Подождите немного. Документ загружается.
21
МПа4,63
1035,2
109,14
4
3
рас
Определяется запас прочности шпильки n, который принимается равным
3-5, но не менее 3:
373,4
4,63
300
n
рас
Tшп
Запас прочности шпилек учитывает неравномерность усилий при
затяжке шпилек фланцевых соединений в промысловых условиях. Если в
результате расчета n<3, то по табл. 2.2 необходимо подобрать сталь по
свойствам, удовлетворяющую запасу прочности шпильки.
Для шпилек АФК1-65х21 из Ст 20Х с термообработкой Н запас
прочности достаточен.
2.1.3. Расчет фланца арматуры на прочность
Расчет сводится к проверке прочности фланца на изгиб. Напряжение
изгиба во фланцах определяется по наиболее опасному сечению, с учетом
ослабления тарелки фланца канавкой (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Расчетная схема тарелки фланца
Для упрощения расчета фланец рассматривают как консольную балку с
заделкой в сечении АГ и приложенной сосредоточенной силой, в качестве
которой принимается Р
рас
. Определяем изгибающий момент в сечении АГ по
формуле:
М
АГ
= Р
рас
·l (2.6)
где, l – плечо изгиба, определяемое из выражения, м:
2
расб
DD
l
(2.7)
где, D
б
– диаметр делительной окружности центров отверстий под
шпильки, м;
D
pac
– расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения АГ, м.
22
2
.ксрп
рас
DD
D
(2.8)
где, D
n
– диаметр перехода фланца, м;
D
cр.к
– средний диаметр канавки, м.
мl 0294,0
2
1013,016,0
мН105,30294,0102,119М
33
АГ
Момент сопротивления изгибу в опасном сечении определяется:
(2.9)
где, Н
фл
– толщина тарелки фланца, м;
е – глубина канавки, м.
36
2
АГ
м103,15
6
)01,0027,0(1013,014,3
W
Расчетное напряжение в опасном сечении определяется по формуле:
фл
Тфл
АГ
АГ
АГ
nW
М
(2.10)
где, σ
тфл
– предел текучести материала фланца, Па;
n
фл
– запас прочности фланца, принимается не менее 2,5.
МПа229
103,15
105,3
6
3
АГ
АГ
Тфл
фл
n
5,23,1
229
300
n
фл
При изготовлении фланца АФК1-65х14 из стали 20Х с термообработкой
Н запас прочности не достаточен, поэтому необходимо рекомендовать
изготавливать его из более прочной стали, например из 20Х с
термообработкой М59. По табл. 2.2 σ
тфл
= 630 МПа.
75,2
229
630
n
фл
мD
рас
1013,0
2
0925,011,0
6
)(
2
еНD
W
флрас
АГ
23
2.1.4. Проверка прочности цилиндрических частей арматуры
Проверка цилиндрической части сводится к определению толщины стен-
ки цилиндра:
1
][
][
2
p
p
в
P
P
D
S
(2.11)
где D
в
= D
усл
– внутренний диаметр цилиндрической части (проходное
отверстие), м;
[
р
] – допускаемое напряжение на растяжение материала арматуры,
Па:
n
TФЛ
= ] [
Р
; n=2,5...3. (2.12)
МПа120
5,2
300
=] [
Р
;
м0166,01
10)14120(
10)14120(
2
065,0
S
6
6
Толщину корпусной детали можно рассчитать по формуле:
C
P][230
DP
S
pР
вp
(2.13)
где С – поправочный коэффициент на коррозию равный 2-5 мм в
зависимости от агрессивности среды. Для арматур обычного (не
коррозионного) исполнения – С=2 мм, для К1 – С=3 мм, К2 – С=4 мм, К3 –
С=5 мм.
м1003,2002,0
101410120230
065,01014
S
3
66
6
2.2.5. Проверка прочности прокладки
Определяется устойчивость формы прокладки при действии на нее
осевых сил, по параметру:
ср
p
Rb
h
l
285,1
, (2.14)
где b – ширина прокладки, м;
R
ср
– средний радиус прокладки, м.
2
вн
ср
rr
R
, (2.15)
24
где r
н
и r
в
– наружный и внутренний радиусы прокладки, м.
Если
1l
, то расчет считается законченным, если
1l
, то необходимо
внести изменения, упрочняющие прокладку, как правило, изменить материал
прокладки.
м0508,0
2
04525,00,05635
R
ср
,
1956,0
0508,0009,0
0159,0285,1
l
.
Т.к. условие ≤1 выполнено то прокладка будет устойчивой.
Вывод: Теоретический расчѐт на прочность АФК1-65х14показал, что
запас прочности шпилек из Ст 20Х с термообработкой Н вполне достаточен. У
фланцев из Ст 20Х с термообработкой Н запас прочности не достаточен,
поэтому необходимо рекомендовать применять фланцы для Р
раб
=140 атм из
более прочных легированных сталей, например из 20Х с термообработкой
М59.
l
25
Контрольные вопросы.
1. Назначение фонтанной арматуры.
2. Расскажите устройство фонтанной арматуры.
3. Назначение колонной и трубной головок фонтанной арматуры.
4. Область применения основных типов ФА.
5. Отличие арматуры с тройниковой и крестовой елкой. Преимущества и
недостатки.
6. Условное обозначение фонтанной арматуры.
7. Классификация и типовые схемы ФА.
8. Назначение крестовика и тройника.
9. Назначение буфера.
10. Назначение запорных устройств.
11. Назначение лубрикатора.
12. Какие запорные и регулирующие устройства применяются в
фонтанной арматуре.
13. Условное обозначение задвижек.
14. Условное обозначение кранов.
15. В чем отличие одно и двухшиберной задвижек. Преимущества и
недостатки.
16. Назначение регулирующих устройств. Условное обозначение.
17. Материалы изготовления узлов и деталей фонтанной арматуры.
26
ЛИТЕРАТУРА
1. Нефтегазопромысловое оборудование. Под общ. Ред. В.Н.
Ивановского. Учеб. для ВУЗов. – М.: «ЦентрЛитНефтеГаз», 2006. – 720 с.
2. Нефтепромысловое оборудование: Справочник/Под ред. Е.И.
Бухаленко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1999. – 559 с.
3. Дашевский А.В., Кагарманов И.И., Зейгман Ю.В., Шамаев Г.А.
Справочник инженера по добыче нефти. – ЮКОС, 2002. – 300 с.
4. Технология и техника добычи нефти: Учебник для ВУЗов/Под ред.
проф. А.Х. Мирзаджанзаде. – М.: Недра, 1986. – 282 с.
5. Лопухов А.Н. Справочник инженера по добыче нефти: в 2 ч. Ч. 1. –
Нижневартовск: ОАО «Самотлорнефтегаз», 2008. – 494 с.
6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. Т. 1.
– 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение,
2001. – 920 с.
8. ГОСТ 13846-89. Арматура фонтанная и нагнетательная.
Неживов Д.А. Фонтанная арматура. Пояснительная записка к
курсовому проекту по дисциплине «Машины и оборудование для добычи
и подготовки нефти и газа на суше». – Тюмень: ТюмГНГУ, 2007.