Дипломная (вкр): Разработка конструкции устройства для исследования скважин

Лубрикатор скважинный применяется для герметизации устья скважины при спуске приборов для проведения гидродинамических геофизических исследований нефтяных и газовых скважин. Лубрикатор оборудован устройством для контроля давления и слива продукта. В лубрикаторе применено как одноступенчатое, так и двухступенчатое сальниковое уплотнение с возможностью замены рабочего сальника под давлением. Технические характеристики

Рабочее давление, МПа от 21 до 70 МПа Диаметр скребковой проволоки ,мм от 1,8 до 2,5, а также под кабель от ø6,3 мм Сальниковое уплотнение 2-х ступенчатое Высота, мм по заказу потребителя Возможно изготовление лубрикаторов из двух составных частей - предназначенные для более удобной транспортировки.

Корпус, состоящий из проушины - 1, бобышки - 2 , втулки - 3, цилиндрического стакана - 4 и фланца - 5, находится под действием избыточного внутреннего газа р равно 21 МПа.

Таблица 3.1 - Технические характеристики

Коэффициент запаса прочности выбираем равным 3,8. Тогда допускаемое напряжение для стали 35 при расчете данного корпуса будет равно Диаметр цилиндрического стакана Dв равен 72мм, длина равна 2000мм. Рабочая температура в корпусе превышает 100.

Определить толщину стенки корпуса. Предел прочности при растяжении в для стали 35 по данным таблицы 3.2 принимаем равным 500 МПа.

Таблица 3.2 - Пределы прочности при растяжении тонколистовой и горячекатаной толстолистовой сталей

Таблица 3.3 - Коэффициенты запаса прочности для труб

Толщину стенок корпуса лубрикатора находят по формуле

 =  + с , ( 3.1 )

 =  = 0,0047 м.

где  - внутреннее давление газа в корпусе;

 - внутренний диаметр цилиндрического стакана;

[] - допускаемое напряжение при растяжении для материала стенки корпуса;

 - коэффициент прочности;

с - прибавка на коррозию к толщине стенки корпуса.

Толщина стенки корпуса по формуле (3.1) будет равна (без учета прибавки на коррозию)

Принимаем ее равной 5мм.

Таблица 3.4 - Значения модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона для некоторых материалов (при температуре ±40)

Для стали по таблице 1.8 принимаем модуль продольной упругости Е=2 Па, коэффициент Пуассона  = 0,3.

Наружное давление, при котором теряется устойчивость корпуса лубрикатора, называют критическим. Оно зависит от геометрической формы, размеров и от физических свойств материала корпуса .

Стакан корпуса подразделяется на длинные и короткие. В качестве критерия для сравнения служит критическая длина стакана корпуса, рассчитываемая по формуле

кр = 4,644, (3.2 )кр = 4,644= 12,7 м.

где  - радиус стакана корпуса;

 - толщина стенки оболочки;

 - коэффициент Пуассона материала стакана корпуса.

Критическая длина сосуда по формуле (2) равна

В упругой стадии критическое давление зависит не от прочности материала, а от модуля упругости и коэффициента Пуассона, критическое давление находим по формуле

= 1 + , ( 3.3 )= 1 + = 21МПа;

 кр =  + , ( 3.4 )

 кр = +  = 49603 +

+ 457876,43 = 19738271 Па = 19,74 МПа;

Рабочее давление принимают в несколько раз меньше критического

 = , ( 3.5)

 =  = 20,88МПа21 МПа;

где  - коэффициент, называемый запасом устойчивости.

При запасе устойчивости  =  = 0,91 находим

Отсюда заключаем, что выбранная толщина стенки корпуса удовлетворяет условиям работы.

.2 Расчет и конструирование фланцевых соединений

Рассчитать фланцевое соединение крышки с корпусом лубрикатора. Внутренний диаметр корпуса равен 72мм. Давление в корпусе не превышает р равно 21 МПа, а температура не более 200.Толщина стенки фланца 26 мм. Исходя из справочных данных ГОСТ12820 - 80, ориентировочно принимаем: внутренний диаметр фланца 80мм; наружный диаметр привалочной поверхности 124мм; диаметр болтовой окружностиб равен 190мм; толщину фланца  принимаем 50мм; размер выступа привалочной поверхности 20мм; толщину прокладки п 10 мм; диаметр болта  равным 30мм.

Таблица 3.5 - Параметры и характеристики прокладок

Фланцевые соединения при рабочих параметрах давления и температуры должны позволять быструю и многократную разборку и сборку. Поверхность фланца, предназначенная для соприкосновения с прокладкой, называется привалочной. Она обычно выступает над плоскостью фланца.

Значение прокладки заключается в том, чтобы уплотнить зазор между привалочными поверхностями и воспрепятствовать утечке жидкости или газа через этот зазор.Прокладка должна быть достаточно эластичной, чтобы при минимальном сжатии надежно уплотнять соединение и сохранять герметичность при деформации привалочных поверхностей, вызываемой затягом болтов; не изменять своей эластичности во время эксплуатации; не портить привалочные поверхности.

В результате сжатия в прокладках возникает напряжение, минимально необходимая величина, которого называется посадочным напряжением (принимается по таблице 3.5)

Расчет фланцевого соединения включает расчет количества болтов с учетом их прочности и расчет толщины фланцев, которые проводят на условное давление (принимается в зависимости от заданного рабочего давления). Для проведения расчета количества болтов требуется конструктивный выбор формы и материала прокладки.

Из этих данных находим геометрическую ширину прокладки

b = 0,5

Принимаем привалочные поверхности плоскими с двумя рисками. Приведенная и эффективная ширина прокладки соответственно будут равны

bʹ = 0,5  b0= 2,48

Расчетный диаметр прокладки , таким образом , будет равен

 = 12428,225 .

В качестве прокладочного материала выбираем мягкую резину (выше 75 по Шору) из таблицы 1.9,находим коэффициент удельного давления ( = 1) и посадочное напряжение (1,35МПа).

Нагрузка на болты от давления определяем по формуле (3.6)

Нагрузка на болты от затяжки определяем по формуле (3.7)

Болты будем изготовлять из стали 30. При значении предела прочности

болтов, равного примерно 450МПа, допускаемое напряжение будет равно

[] =   69 МПа.

Допускаемая нагрузка на один болт определяем по формуле (3.8)

Количество болтов определяем по формуле (3.9)

 =  = 8