Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь  


Проверочный прочностной расчет




Проверочный расчет фонтанной арматуры сводится к расчетам на прочность узлов и деталей по известным размерам арматуры и величине рабочего давления среды. Исходными данными являются размеры и материал фланцев, шпилек, прокладок.
Наиболее распространенным является расчет по допускаемым напряжениям. Расчет по допускаемым напряжениям состоит из двух следующих этапов:
- определение усилий, действующих во фланцевом соединении;
- прочностной расчет деталей (шпилек, фланцев, прокладок) [4, 5].
Определение величин усилий, действующих во фланцевом соединении, зависит от способа установки металлического кольца (прокладки).
1) Определение усилий, действующих во фланцевом соединении, при установки прокладки с двойным касанием [4, 5]
Суммарное эксплуатационное усилие Рэ, воспринимаемое шпильками, учитывает усилия от действия давления среды Рд, разжимающее фланцы,усилие Рг, необходимое для поддержания герметичности соединения в эксплуатационных условиях, влияние веса отводящих манифольдов Рман и влияние температуры отводящей среды Рт:

(1.1)

Условие от действия давления среды определяется по формуле



(1.2)

где Dср - средний диаметр уплотнения;
Рр - рабочее давление среды.
Усилие Рг,необходимое для поддержания герметичности соединения в эксплуатационных условиях, определяется по формуле
(1.3)

где bэф - эффективная ширина прокладки, т.е. суммарная ширина уп лотняющего пояска у кольца, для овальной прокладки bэф = 0,125•b, где b - ширина прокладки;
m - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки (для мягкой стали m = 5,5 , для более твердой легированной стали m=6,5).
При работе арматуры с газом или со смесью жидкости и газа в формулу (1.3) вводят коэффициент 2•m.
Усилие от веса отводящих манифольдов определяется по формуле

(1.4)

где Мизг - изгибающий момент, равный произведению расстояния от центра
тяжести отвода до оси арматуры устья на силу тяжести отвода;
Dб - диаметр окружности, проведенный через оси болтов.

Рисунок 5 - Расчетная схема тарелки фланца

Изгибающий момент увеличивает нагрузку на часть шпилек, наиболее удаленных от манифольда. Получается рычаг, к которому приложен вес отводов. Рычаг имеет опору о прокладку фланца и растягивает часть шпилек. Так как расстояние до центра тяжести отвода от оси арматуры измеряется метрами, а от опоры фланца до шпилек - сантиметрами, то существенный вес манифольда создает большие дополнительные нагрузки на шпильки. Поскольку это усилие воспринимается только частью шпилек, условно принимают, что нагрузка Рман передается 1/3 всех шпилек соединения. Например, при шести шпильках две, расположенные ближе к отводу, будут разгружены, на двух средних нагрузка не изменится, а у двух шпилек нагрузка увеличится.
Таким образом, в формуле (1.1) для расчета суммарного эксплуатационного усилия Рэ, воспринимаемое шпильками, вес манифольда необходимо утроить.
При подаче в скважину теплоносителя (например, пара) или отборе пластовой жидкости с высокой температурой металл арматуры около проходного сечения и прокладка нагреваются. Температура шпилек будет ниже, т.к. условия их охлаждения лучше. В результате температурное расширение деталей арматуры и прокладки становится больше, чем шпилек, и они нагружаются дополнительным усилием Рт. Считая для упрощения фланцевые окончания жесткими, а шпильку и прокладку упругими, усилие от перепада температур Ртопределяют по формуле

 

(1.5)

где Δt - разность температур фланца и шпилек. Δt составляет примерно 7% от температуры рабочей среды;
h - длина растягиваемой части шпильки, h=2•Hфл+(4÷ 5)мм,
где Hфл - толщина фланца;
α - коэффициент теплового расширения материала фланца (α≈ 1,2 • 10-5 1/°С);
hраб - высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы;
Е, Епр - модули упругости шпилек и прокладки соответственно;
f, fпр - площади горизонтального сечения шпильки и прокладки соответственно.
Рабочая высота прокладки hраб находится из выражения

(1.6) где H - высота прокладки;
α - угол наклона канавки фланца;
Ro - радиус закругления углов прокладки (Ro = 1,6 мм).

2) Расчет усилий при уплотнении с односторонним контактом прокладки [4, 5]
При затяжке соединения с овальным кольцом (см. рисунок 4, б) последнее сжимается по оси соединения и по радиусу. Если условно принять силу, действующую по радиусу, равномерно распределенной по внешней поверхности кольца, то кольцо можно рассматривать как толстостенный цилиндр (отношение толщины цилиндра к его диаметру близко или более 1/10), сжимаемый внешним условным давлением.
Усилие предварительной затяжки Рзат в этом случае определяется по следующей формуле

(1.7)

где Dп - диаметр окружности, проведенный через место касания прокладки и фланцев;
hраб - рабочая высота прокладки,hраб = H - 0,22• Ro;
к - коэффициент, определяемый отношением внутреннего к наружному диаметру прокладки;
σт - предел текучести материала прокладки;
α1 - угол наклона внешней поверхности канавки фланца к его торцу;

(1.8)

где rн - наружный радиус прокладки.
Усилие Рэ, действующее на шпильки фланцевого соединения во время работы арматуры, определяется по формулам

(1.9)

(1.10)

Усилие для поддержания герметичности ΔРзат определяется по формуле

(1.11)

(1.12)

(1.13)

где µ - коэффициент трения.
Выражение для определения эксплуатационного усилия Рэ получено для случая, когда прокладка при затяжке доводится до двухстороннего касания с канавкой фланца. За расчетное усилие принимается большая из двух величин Рзат или Рэ.




Читайте также:



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1177)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.015 сек.)