Произвести расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры по первому варианту сборки. Определить напряжения в наиболее опасном

Произвести расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры по первому варианту сборки. Определить напряжения в наиболее опасном сечении фланца. Произвести расчет фланцевых соединений фонтанной арматуры по второму варианту сборки: определить толщину тарелки фланца; рассчитать шпильки на прочность. Исходные данные к заданию приведены в таблице 4.1. Схема к расчету фланцевых соединений фонтанной арматуры приведена на рисунке 4.1. № Наименование параметра Вариант по порядковому номеру в ведомости 45 1 Глубина скважины Нскв, м, 2857 2 Диаметр обсадной колонны, D, мм 168х9 3 Буферное давление, Рбуф, МПа 40 4 Дебит скважины, Q, м3/сут 475 5 Температура продукции, t, К 410 6 Содержание песка в, % 2,3 7 Масса обвязки, м, кг 2000 8 Плечо до центра тяжести обвязки, l, м 1150

Из условия эксплуатации скважин (давление, дебит, содержание песка, температура и др.) выбираем схему арматуры, диаметр проходного отверстия, размер фланцев.
АФК6А-100х70 К2
Фланцевое соединение по ОСТ 26-16-1610-79 рисунок 4.1. Параметры фланцевого соединения приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Параметры фланцевого соединения по ОСТ 26-16-1610-79
Условный проход Dу Диаметр проходного отверстия d Наружный диаметр D Диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки D1 Диаметр проточки на привалочном торце D2 Средний диаметр канавки под прокладку D3 Большой диаметр шейки Диаметр отверстий под шпильки D4 Число отверстий под шпильки n Полная высота тарелки h Основная высота тарелки h1 Ширина канавки b Глубина канавки f Радиус скругления канавки R Диаметр шпильки Типоразмер прокладки
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
=700 кгс/см2
100 103 315 258,5 185 150,6 183 32 8 75 70 17,7 17,7 8,3 27 П155
По известным размерам фланца выбираем размер прокладки по ОСТ 26-16-1611-79. Параметры прокладки приведены в таблице 4.3 и на рисунке 4.2.
Таблица 4.3 – Геометрические параметры прокладки
Типоразмер прокладки Наружный диаметр Dн.пр, мм Наружный диаметр торца Dт, мм Высота H, мм Ширина bпр, мм Ширина торца bт, мм Диаметр отверстий d0, мм
П155 148 145,9 14,2 14,2 12,2 1,6
Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки определяем по формуле 6.15:
Рш1 = π Dср bпр qn = 3,14∙0,1506∙0,0142∙125∙106 = 839369 Н
Эксплуатационная нагрузка складывается из:
Сила давления перекачиваемой среды определяем по формуле 6.16:
Ро= π4Dср2р=3,1440,15062∙40∙106=712163 Н
Сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения (остаточное усилие затяжки) определяем по формуле 6.17:
Рост= 2π∙m∙р∙Dср∙bпр = 2∙3,14 ∙5,5∙40∙106∙0,1506∙0,0142 = 2954579 Н
Сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры определяем по формуле 6.18:
PM= 2MDср+Dш=2Мбо∙g∙LцтбоDср+Dш=2 ∙2000∙9,81∙1,150,1506+0,2585=110305 Н.
Усилие от температурных деформаций определяем по формулам:
Pt= Δtlшα lшEш∙ΣFш+lEпр∙Fпр=
=(1-0,95)∙410∙ 0,177∙ 12∙10-6 0,1772,06 ∙105 ∙8∙5,7∙10-4 +0,0118 2,06 ∙105 ∙6,71∙10-3=133125 Н.
где
l=H- D-D12tgγ= 0,0142 - 0,1648 - 0,16282tg67o= 0,0118 м ;
lш =2Нтр+Dшп = 2∙75+27=177 мм;
α =12∙10-6;
Еш, Епр = 2,06∙105 МПа;
Fш= π∙Dшп2 4=3,14∙0,0272 4=0,00057 м2;
Fпр= π∙D2-D-2∙bпр2 4=
=3,14∙0,16482-(0,1648-2*0,0142)2 4=0,00671 м2;
H =14,2 мм;
D= Dср +b = 150,6+14,2 = 164,8 мм;
D1 = Dср + b1 = 150,6+12,2 = 162,8 мм;
γ=90o-23o=67º.
В итоге эксплуатационная нагрузка определяем по формуле 6.21:
Pш2 = Pо + Pост + PМ + Pt =
712163 + 2954579 + 110305 + 133125 = 3910173 Н.
Поскольку Рш2>Рш1 за расчетную нагрузку принимаем Р=Рш2=3910173 Н
По величине расчетного усилия Р определяется число шпилек (болтов) фланцевого соединения определяем по формуле 6.22.
Zш= P qш= 3910173 502285 = 7,78
Полученное число шпилек округляется до числа, кратного 4, Zш = 8