Розрахунок ствола вертлюга232323

Розрахунок стовбура вертлюга.

Розрахувати ствол вертлюга на міцність, якщо максимальне навантаження на гаку становить QKp = 300 тс, матеріал для ствола - сталь 40ХН. Ствол вертлюга виготовлений з високолегованого і термообробленого сталевого поковки високої якості і є основною деталлю, що обертається, що сприймає на себе вагу колони бурильних труб під час буріння свердловини. Для проходу рідини стовбур має внутрішнє розточування. Зовні стовбура знаходиться грибоподібний фланець, яким він спирається на основний наполегливий підшипник, що сприймає навантаження від ваги бурильної колони. На нижньому кінці ствола виконано внутрішнє конічне різьблення (ліве). Для з'єднання вертлюга з колоною бурильних труб на нижньому кінці ствола встановлено перекладач. Стовбур вертлюга розраховується на міцність при деформації розтягування, вигину та зрізу. Для розрахунку стовбура вертлюга маємо такі дані (рис.2).

Мал. 1 Стовбур вертлюга.

Розглянемо перетин 1-1. У цьому перерізі стовбур вертлюга розраховуємо на міцність при розтягуванні. Розрахунок ведемо за формулою

деQkp-максимальне навантаження на гаку,

Визначаємо межу витривалості на розтяг при пульсуючому циклі навантажень.

Межа міцності для сталі 40ХН.

Коефіцієнт запасу міцності

де Міз - максимальний момент вигину,

Розглянемо перетин 2-2. У цьому перерізі стовбур вертлюга піддається напругам вигину та зрізу. Визначаємо напругу вигину за формулою

де W - осьовий момент опору

Межа витривалості на вигин при пульсуючому циклі навантажень

Коефіцієнтзапасу міцності на вигин

що більше допустимого.

Визначаємо напругу зрізу

де F – площа зрізу

Межа витривалості на зріз

Коефіцієнт запасу міцності на зріз

Розглянувши перетин 3-3, у цьому перерізі стовбур вертлюга піддається напругам розтягування

Де

внутрішній діаметр різьблення в площині торця.

Дійсний коефіцієнт запасу міцності по відношенню до межі витривалості при пульсуючому циклі навантажень складе

Що достатньо.

Мал. 2 Штроп вертлюга.

Розрахувати штроп вертлюга на міцність, якщо максимальне навантаження на гаку становить

, матеріал штропу - сталь 35Л, межа міцності якої Розв'язання. Нехай, згідно з рис. 3 Найбільш небезпечними є перерізи 1-1 та 2-2, які і будемо розраховувати на міцність.

Розглянемо перетин 1-1. У цьому перерізі штроп вертлюга піддається напругам вигину від сили N і розтягуванню від сили Т. Напруга вигину, визначаємо за формулою

де-момент вигину

Де

;

Маємо всі значення, визначаємо

де

Таким чином

Результуюча напруга у цьому перерізі

Визначаємо межу втоми при розтягуванні та згинанні

Оскільки межа втоми при розтягуванні

менша межі втоми при вигині,то для визначення коефіцієнта запасу міцності До беремо до уваги.

що цілком допустимо.

Розглянемо перетин 2-2. Цей перетин розраховуємо за формулою Ляме. Максимальна розтягуюча напруга на внутрішнійповерхні штропу дорівнює

Де q – інтенсивність тиску

Коефіцієнт запасу міцності дорівнює

що цілком припустимо

Максимальну напругу, що розтягує, на зовнішній поверхні визначаємо за формулою

Розглядаємо вушко штропу. Розраховуємо вушко штропу також за формулою Ляме

Тут

-діаметр вуха,=177мм, і-ширина вуха,=154мм;

Розрахунок пальця штропу.

Мал. 3 Розрахункова схема пальця штропу

Палець штропу працює на деформацію вигину та зрізу. Небезпечнішою є деформація вигину. Розраховуємо палець штропу на міцність при деформації вигину. Дані для розрахунку

Реакції Ra і RB неоднакові, оскільки

. Визначаємо реакції RA та RB. Взявши суму моментів усіх сил щодо опори А, визначаємо реакцію RB.

Визначаємо максимальний згинальний момент

Знаходимо напругу вигину

Визначаємо коефіцієнт запасу міцності

що цілком достатньо.

Розрахунок внутрішньої труби вертлюга.

Мал. 4 Внутрішня труба

Внутрішня труба розраховується на міцність при розтягуванні тиску глинистого розчину, який проходить через неї.

де Р-максимальний тиск, що розвивається буровим насосом; - внутрішній діаметр труби, - зовнішній діаметр труби в найбільш небезпечному перерізі.

Визначаємо межу втоми на розтяг при пульсуючому циклі навантаження.

Справжній коефіцієнт запасу міцності дорівнює

Розрахунок завзятого підшипника.

Мал. 5 Завзятий підшипник.

Розрахуємо завзятий підшипник з конічними роликами вертлюга на міцність, якщо максимальне навантаження (осьове), яке сприймаєтьсяїм, становить

. Згідно рис. 6 маємо: - Середній діаметр ролика; - Число тіл кочення (роликів).

Визначаємо зусилля, що діє на один ролик.

Максимальну контактну напругу в місцях торкання кільця з роликами можна визначити за формулою

Допустима контактна напруга.

Отже, 13210 2 ), тобто. максимальні контактні

---