Расчет корпусных деталей фонтанной арматуры

Для скважины с содержанием песка и механических примесей выбираем арматуру АФК3 65х21. Корпус данного типа арматуры изготавливают из стали марки Ст20ХГСФЛ

Исходные данные:

Внутренний диаметр цилиндрической части арматуры: D_вн=65 мм

Давление:

Предел прочности для стали марки Ст20ХГСФЛ: =1600 МПа

Уменьшение толщины стенки от коррозии в год: = 0,78 мм

Срок службы арматуры: t= 3 года

Толщину стенок цилиндрических частей элементов фонтанной арматуры рассчитывают по зависимости

(1.1)

где D_вн – внутренний диаметр цилиндрической части арматуры; р - рабочее давление; [σ_р]- допустимое напряжение на растяжение материала арматуры; ΔS- увеличение толщины, учитывающее коррозию металла за время эксплуатации фонтанной арматуры.

(1.2)

где ΔS_t - уменьшение толщины стенки от коррозии в год; t- срок службы арматуры.

(1.3)

где - предел прочности при растяжении, МПа

- коэффициент запаса прочности (принимаем )

По формулам (1.1-1.3) производим расчет толщины корпуса арматуры:







Расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры

Расчетная нагрузка на фланцевое соединение складывается из усилия на шпильки при их предварительной затяжке и усилий, возникающих в процессе эксплуатации арматуры. Также учитываются изгибающий момент от массы боковых отводов и влияние разности температур между проходящей жидкостью или газом и окружающей средой.

---

1. 
   Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки:
   

где:

D_ср- средний диаметр прокладки фланцевого соединения;

b_о- расчетная толщина прокладки;

- удельное давление смятия прокладки, зависит от материала прокладки, принимается по табл. 1;

Для материала прокладки Сталь ОХ13 (ГОСТ 5632-61) принимаем



Эксплуатационная нагрузка складывается из следующих величин:

2. 
   Сила давления перекачиваемой среды
   

где р - рабочее давление

3. 
   Сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения (остаточное усилие затяжки)
   

где m- эмпирический прокладочный коэффициент, учитывающий материал уплотненных элементов, физические свойства рабочей среды.

Для жидкостей при материале прокладки Сталь ОХ13 (ГОСТ 5632-61) принимаем . Тогда:

4. 
   Сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры
   

где М - изгибающий момент от массы отвода и линий, идущих к манифольду; D_ш- диаметр окружности центров отверстий под шпильки.

5. 
   Усилие от температурных деформаций возникает из-за того, что при повышенной разнице в температуре перекачиваемой (пластовый флюид и др.) и окружающей среды внутренние и наружные элементы фонтанной арматуры подвержены разным деформациям, что создает дополнительные нагрузки.
   

---

где:

Δt- превышение температуры прокладки и фланцев по сравнению с температурой шпилек. При расчетах полагают, что фланцы, приваренные встык нагреваются до температуры среды в трубопроводе, а температура шпилек составляет около 0,95 температуры фланца для неизолированных фланцев и 0,97 - для изолированных;

l_ш- рабочая высота шпильки (расстояние между серединами высот гаек);

α - коэффициент линейного расширения (принимается для фланцев и шпилек одинаковым);

Е_ш, Е_пр - модули упругости шпилек и прокладки;

F_ш, F_пр - площади поперечного сечения шпилек (на участке без резьбы) и прокладки;

H- конструктивная высота прокладки;

D - внешний диаметр прокладки;

D₁ - диаметр фаски прокладки;

γ - угол наклона стенки канавки под прокладку (γ=67º).

6. 
   В итоге эксплуатационная нагрузка равна
   

В качестве расчетной нагрузки (Р) на шпильки принимаем наибольшее из двух значений Р_ш1, Р_ш2. Тогда

7) По величине расчетного усилия Р определяется число шпилек фланцевого соединения.



где q_ш - допускаемая нагрузка на одну шпильку, равная





где:

d_o- внутренний диаметр резьбы шпилек;

σ_доп - допускаемое напряжение, определяется через предел текучести материала шпилек, при коэффициенте запаса n_ш=3,5





Полученное число шпилек округляется до числа, кратного 4. Отсюда принимаем

---

Для создания расчетного удельного контактного давления на уплотняющей поверхности прокладки необходимо, чтобы шаг между осями шпилек был равен t≤5d, где d – наружный диаметр шпильки. При больших давлениях шпильки ставят с шагом t=(32,5)d.

Определение напряжения в наиболее опасном сечении фланца.

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



рис. 1. Фланцевое соединение

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

8. 
   Уравнение моментов:
   

Момент сопротивления опасного сечения





Напряжение в опасном сечении



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





Таким образом, условие прочности для фланцев выполнено

4.3. Расчет задвижки.

Для фонтанной арматуры АФК3 65х21 применяют соответственно задвижки типа ЗМ 65х21, которые имеют следующие характеристики:

Условный проход, мм 65

Рабочее давление, МПа

Габаритные размеры, мм 350х320х650

Диаметры уплотняющих колец, мм = 190; = 108

Диаметр шпинделя, мм

---

Средний диаметр резьбы, мм

Для прямоточных задвижек производят расчет на максимальные усилия и моменты, действующие в них:


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

(1.1)

где f – коэффициент трения, равный 0,1

(1.2)

(1.3)

где – средний диаметр уплотнения шибера задвижки,

, (1.4)

– диаметр уплотнения внутренний, – диаметр уплотнения наружный, – диаметр шпинделя.

Исходя из формул (1.1-1.4) вычислим усилие :

;







2) Момент для открывания и закрывания задвижки определяют как сумму:

(1.5)

где – момент трения в резьбе гайки; М₃ – момент трения в сальнике.

(1.6)



где

---

Смотрите также файлы

• Вопрос Отмена крепостного права в России предпосылки, подготовка, ход и последствия реформы. Её влияние на российский вариант модернизации государства и общества. Ответ.docx

• 1. При каких заболеваниях назначается диета 5 Ответ острый и хронический гепатиты, холециститы, цирроз печени.rtf

• 2 Верно Текст вопроса Счет 41 означает Выберите один ответ Расчеты с разными дебиторами и кредиторами Расчеты с покупателями и заказчиками Резервы по сомнительным долгам Товары Вопрос 3.docx

• Памятка руководителю вкр.pdf

• 1 Исходные данные Место строительства г.docx