Расчет замковых соединений
В процессе проектировочного расчета КБТ проводится расчет замковых соединений с целью проверки допустимости нагрузок, действующих на бурильную колонну, для замковых соединений. Иными словами, действующая осевая нагрузка должна быть меньше допускаемой на замковое соединение (QP<Pmax).
Допустимая осевая нагрузка на замковое соединение может быть определена по таблице 13:
Таблица 13
Рекомендуемые методы затяжки МЭТ и допустимые
осевые растягивающие нагрузки Рmax на бурильные замки
| Тип замка | Наружный диаметр замка, мм | Момент затяжки, кГс·м | Максимальная допускаемая растягивающая нагрузка, Тс | ||
| μ=0,10 | μ=0,13 | μ=0,10 | μ=0,13 | ||
| Коэффициент запаса n=1,4 | |||||
| ЗШ-146 | 146,0 | 187,4 | 189,5 | ||
| ЗУК-146 | 146,0 | 203,5 | 205,5 | ||
| ЗШ-178 ЗШК-178 | 178,0 | 282,9 | 285,8 | ||
| ЗУ-155 ЗУК-155 | 155,0 | 206,7 | 208,9 | ||
| ЗУ-185 | 185,0 | 276,6 | 279,6 | ||
| ЗЛ-140 | 140,0 | 188,4 | 190,8 | ||
| ЗЛ-152 | 152,0 | 205,9 | 208,4 | ||
| ЗЛ-172 | 172,0 | 205,9 | 208,8 | ||
| ЗП-159-83 ЗП-159-76 | 158,8 | 222,3 266,0 | 224,5 268,5 | ||
| ЗП-162-95 ЗП-162-89 | 161,9 | 229,4 279,2 | 231,8 282,0 | ||
| ЗП-178-102 ЗП-178-95 | 177,8 | 319,3 372,2 | 322,5 375,8 | ||
| Коэффициент запаса n=1,5 | |||||
| ЗШ-146 | 146,0 | 172,2 | 174,1 | ||
| ЗУК-146 | 146,0 | 187,3 | 189,1 | ||
| ЗШ-178 ЗШК-178 | 178,0 | 260,0 | 262,5 | ||
| ЗУ-155 ЗУК-155 | 155,0 | 190,1 | 192,1 | ||
| ЗУ-185 | 185,0 | 254,6 | 257,4 | ||
| ЗЛ-140 | 140,0 | 173,9 | 176,1 | ||
| ЗЛ-152 | 152,0 | 190,1 | 192,4 | ||
| ЗЛ-172 | 172,0 | 188,7 | 191,3 | ||
| ЗП-159-83 ЗП-159-76 | 158,8 | 204,0 244,7 | 206,0 247,0 | ||
| ЗП-162-95 ЗП-162-89 | 161,9 | 210,6 257,0 | 212,9 259,7 | ||
| ЗП-178-102 ЗП-178-95 | 177,8 | 293,8 343,2 | 296,8 346,6 |
Возможно также значение допустимой нагрузки определять по формуле (56):
, (56)
где QТ1 - осевое усилие, вызывающее в опасном сечении ниппеля на расстояния 24 мм от упорного устья напряжения, равные пределу текучести материала (при этом учитывают как осевые, так и окружные напряжения), Тс (табл. 14);
n1 - коэффициент запаса прочности ниппеля;
n - коэффициент запаса герметичности соединения;
R - минимальное значение усилия сжатия торца муфты и упорного уступа ниппеля, обеспечивающего герметичность соединения, Тс (табл. 14).
Таблица 13.14
Прочностные характеристики бурильных замков
| Тип замка | Наружный диаметр Dз, мм | Внутренний диаметр dз, мм | Относительная жесткость ниппеля α1 | Относительная жесткость муфты α2 | Усилие сжатия торцов R, Тс | Предельное усилие на торце муфты Qт2, Тс | Предельное усилие на ниппеле Qт1, Тс | |
| μ'=0,10 | μ'=0,13 | |||||||
| ЗШ-146 | 146,0 | 80,0 | 0,506 | 0,494 | 14,40 | 352,8 | 290,6 | 293,5 |
| ЗУК-146 | 146,0 | 82,0 | 0,525 | 0,475 | 13,70 | 345,5 | 311,8 | 314,5 |
| ЗШ-178 ЗШК-178 | 178,0 | 101,0 | 0,502 | 0,498 | 21,67 | 541,0 | 438,5 | 442,5 |
| ЗУ-155 ЗУК-155 | 155,0 | 95,0 | 0,535 | 0,465 | 14,45 | 343,2 | 317,7 | 320,7 |
| ЗУ-185 | 185,0 | 120,0 | 0,549 | 0,451 | 18,11 | 435,6 | 422,7 | 426,9 |
| ЗЛ-140 | 140,0 | 80,0 | 0,583 | 0,417 | 9,84 | 247,4 | 283,0 | 286,3 |
| ЗЛ-152 | 152,0 | 95,0 | 0,586 | 0,414 | 10,93 | 273,0 | 309,7 | 313,2 |
| ЗЛ-172 | 172,0 | 110,0 | 0,513 | 0,487 | 18,22 | 408,4 | 324,0 | 328,0 |
| ЗП-159-83 | 158,8 | 82,6 | 0,404 | 0,596 | 18,44 | 647,0 | 347,4 | 350,5 |
| ЗП-159-76 | 158,8 | 76,2 | 0,438 | 0,562 | 18,44 | 647,0 | 408,5 | 412,0 |
| ЗП-162-95 | 161,9 | 95,3 | 0,459 | 0,541 | 18,13 | 535,0 | 356,7 | 360,1 |
| ЗП-162-89 | 161,9 | 88,9 | 0,499 | 0,503 | 18,13 | 535,0 | 426,4 | 430,4 |
| ЗП-178-102 | 177,8 | 101,6 | 0,501 | 0,499 | 21,78 | 608,4 | 489,8 | 494,2 |
| ЗП-178-95 | 177,8 | 95,3 | 0,531 | 0,469 | 21,78 | 608,4 | 563,8 | 568,9 |
При проектировочных расчетах коэффициенты n1 и n можно принять равными нормативному запасу прочности n для бурильных труб (табл. 9), т.е.
n1 = n= n, (57)
Момент затяжки замкового соединения, обеспечивающим наибольшую допустимую нагрузку Рmах определяется по формуле (56) или из табл. 13.
Мэт = (А1 + А2) Qзт , (58)
где А1 и А2 - параметры резьбы, торца муфты, находящегося в контакте с упорным уступом ниппеля, и замкового соединения к целом, зависящая от геометрических размеров и коэффициентов трении в резьбе (табл. 15).
Таблица 13.15
Геометрические характеристики бурильных замков
| Тип замка | Расчетные геометрические параметры, мм | |||||
| А1 | А2 | λ | ||||
| μ'=0,10 | μ'=0,13 | μ'=0,10 | μ'=0,13 | μ'=0,10 | μ'=0,13 | |
| ЗШ-146 | 6,44 | 8,14 | 5,74 | 7,47 | 0,42 | 0,42 |
| ЗУК-146 | 6,80 | 8,53 | 5,76 | 7,49 | 0,87 | 0,97 |
| ЗШ-178 ЗШК-178 | 8,02 | 10,12 | 6,96 | 9,05 | 0,56 | 0,58 |
| ЗУ-155 ЗУК-155 | 7,32 | 9,22 | 6,20 | 8,06 | 1,03 | 0,17 |
| ЗУ-185 | 8,72 | 11,03 | 7,47 | 9,71 | 1,43 | 1,69 |
| ЗЛ-140 | 6,44 | 8,14 | 5,65 | 7,35 | 1,40 | 1,68 |
| ЗЛ-152 | 7,32 | 9,28 | 6,17 | 8,02 | 1,73 | 2,08 |
| ЗП-159-83 | 6,80 | 8,53 | 5,87 | 7,63 | -0,75 | -1,09 |
| ЗП-159-76 | 6,80 | 8,53 | 5,87 | 7,63 | -0,32 | -0,54 |
| ЗП-162-95 | 7,32 | 9,22 | 6,28 | 8,16 | -0,04 | -0,19 |
| ЗП-162-89 | 7,32 | 9,22 | 6,28 | 8,16 | 0,48 | 0,47 |
| ЗП-178-102 | 8,02 | 10,13 | 6,96 | 9,05 | 0,54 | 0,55 |
| ЗП-178-95 | 8,02 | 10,13 | 6,96 | 9,05 | 1,00 | 1,14 |
QЗТ - усилие затяжки, Тс.
Коэффициент трения в резьбе для отечественных замковых соединений по данным ВНИИБТ составляют μ´= 0,10 (смазка с металлическими наполнителями) и μ´= 0,13 (графитовая смазка).
Усилие затяжки определяется по формуле
, (59)
гдеα1, α2 - относительные жесткости на растяжение-сжатие ниппеля и муфты или коэффициенты распределения внешней нагрузки (табл. 14).
После определения допустимой нагрузки Рmах (и если при атом выполняется условие Рmах≥Qр) определяется допустимый крутящий момент, обеспечивающий прочность ниппеля (М1к) и прочность муфты (M2к) по формуле (60):
, (60)
, (61)
, (62)
где QТ2 - предельное, соответствующее пределу текучести, значение усилия сжатия торцевой части муфты, Тс (табл. 14);
n2 - коэффициент запаса прочности муфты, n2 = n (табл. 9).
В дальнейшем учитывается меньшее значениеиз М1к и М2к.
Если крутящий момент Мк. и осе вое усилие Qр таковы, что:
Мк < Мзт + λ QР, (63)
то влияние Мк на прочность и несущую способность замкового соединения можно не учитывать. Соединение рассчитывается только на осевую нагрузку, при этом Qр ≤ Рmах.
Если при нагружении замкового соединения моментом Мки усилием Qр окажется, что
Мк > Мзт + λ QР, (64)
то произойдет «довинчивание» соединения до уровня:
М 'зт = Мк - λ QР, (65)
При М 'зт > М зт допустимая нагрузка Р'max будет меньше Р'max и находится по формуле
, (66)
Необходимо, чтобы при этом соблюдалось условие Р'max ≤ Qр .
Если Qр > Рmax или Qр > Р'max, или крутящий момент, приложенный к колонне бурильных труб дольше допускаемого для замкового соединения, то следует:
1) сформировать рассчитываемую секцию КВТ из тех же труб, но более прочными замками;
2) уменьшить длину секции КБТ;
3) заменить рассматриваемые трубы бурильные трубы другого типоразмера с более прочными замковыми соединениями.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 3914;