Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf

Масштабы абсциссы и ординаты приняты одинаковыми <а кгс/мм2. По оси ординат откладываем предел текучести мате­

точку их пересечения соединить с началом координат, то эта ли­ ния, проходящая под углом 45° к осям, является линией средних напряжений а т. Параллельно линии среднего напряжения прово­

оптимальным напряжением затяжки всегда выше 9,1 кгс/мм2, если

наиболее неблагоприятных условий работы резьбового соедине­ ния, т. е. когда отсутствует затяжка, ниппель соединения растя­ гивается от 0 до 70 кгс/мм2. Практически затяжка соединения повышает предел выносливости, так как муфта тоже восприни­

мает /ИизгНа линиях, параллельных оси ординат, наносят нагрузку на

крюке (действительный вес колонны). Максимально допустимый вес колонны для замков различных типов определяют

Р — о F

1 шах — '"'т/ н

( FH— площадь сечения ниппеля на расстоянии 24 мм от упор­ ного уступа, табл. 3).

На линиях, параллельных оси абсцисс, наносят крутящие мо­ менты свинчивания замковых соединений в кгс-м. Крутящие мо­

дится линия, которая является предельной при построении рабо­ чего треугольника А ВС замкового соединения.

Минимальная сила затяжки Q3aT. mm и минимальный крутящий момент свинчивания Мкр. min определяют с учетом предела вынос­ ливости Ог=9,1 кгс/мм2. Если затянуть резьбовое соединение с осе­

под действием знакопеременного изгиба.

Для определения допустимых нагрузок на замок соответствую­ щего типа подсчитывается оптимальный крутящий момент свин­ чивания с учетом колебания коэффициента трения в резьбе. На­ пример, для соединения ЗШ-178 MKV—Qa при коэффициенте тре­ ния ц/=0,1 и напряжении затяжки а,п=0,5сгт, где ат=

52

= 0,085. В случае уменьшения коэффициента трения в резьбе дол­ жен быть изменен крутящий момент свинчивания.

При сохранении силы затяжки Q

■^кр.шах = Q.Q-t

а

■^Kp.min = Qax,

■^Kp.min = ^ к р . т а х (fli/fl),

если обозначить a J a — k 'И1, то

На линии крутящих моментов наносится отрезок ab, соответ­ ствующий минимальному а и максимальному b Л4кр. От линии крутящих моментов из точки а проводим вертикальную линию до ее пересечения с линией среднего напряжения ат (точка А) и строим треугольник резьбы АВС. Причем линия АВ до пересече­ ния с предельной линией K L проводится под углом а.

Так как Cd — P H, a dB = P Mи Ad = Cd, то

линией рекомендованного минимального крутящего момента свин­ чивания (точка D ). Точка пересечения линии DE с линией сред­ него напряжения ат, проведенная с наклоном tgot, является верх­ ним пределом переменного напряжения, воспринимаемого ниппе­ лем а '. Таким же образом строится треугольник А'В'С' рекомен­

дуемого максимального крутящего момента.

Для определения напряжения сжатия муфты необходимо про­

мальным крутящим моментом, превышает более чем в два раза амплитудное напряжение ниппеля, определенное без учета влия­ ния жесткости муфты. Изменение напряжений ста можно условно графически представить пунктирными линиями kM, kM', k'N, k'N'. Причем aa достигает максимального значения при оптимальном напряжении amя* 0,5 сгт (рис. 18). Подобные треугольники резьбы можно построить для всех замков, представленных линиями кру­ тящих моментов свинчивания.

53

Определение крутящего момента свинчивания с учетом действия изгибающего момента

Форма упругого равновесия бурильной колонны изогнутая [20], поэтому в бурильных трубах и их соединениях развиваются на­ пряжения изгиба. Величина этих напряжений в соединениях утя­ желенных бурильных труб большая, чем в замковых соединениях бурильных труб. Это обусловлено тем, что в колонне утяжелен­ ных бурильных труб конические резьбовые соединения представ­ ляют собой зоны меньшей жесткости и меньших моментов сопро­ тивления по сравнению с гладкой частью трубы.

В результате вращения колонны в ней могут возникнуть знако­ переменные напряжения изгиба. При достаточно прочном закреп­ лении конического резьбового соединения изгибающие напряже­ ния определяются как для сплошного сечения

Оиз = -^из/^О’

где — общий , осевой момент сопротивления замкового соеди­ нения.

ниппеля.

В этом случае должно быть соблюдено условие: сжимающее напряжение в сечении муфты на расстоянии 24 мм от упорного торца, возникшее в результатезатяжки резьбового соединения, должно быть больше напряжения изгиба в том же сечении, т. е.

54

гладкой части бурильных труб; L — длина полуволны изогнутой колонны, определяется по формуле Г. М. Саркисова [20]

г принимается положительной, для сжатой — отрицательной), от­ считывать следует от плоскости раздела сжатой и растянутой ча­

принимаемый в условиях динамических нагрузок от 1,5 до 4 [3].

откуда

a [1000L2H7o kuP + f M(E Jrf + 2500LWop)]

(11.62)

10Q0LWo

Изгибающий момент, возникающий в процессе бурения при вращении колонны бурильных труб, вызывает переменные напря­ жения, которые должны быть ниже предела выносливости. При изгибе уже закрепленного резьбового соединения напряжение растяжения в опасном сечении ниппеля на расстоянии 24 мм от упорного уступа

Наибольшие напряжения сжатия в сечении муфты на том же расстоянии

55

О'н --- ®н.р i ®н.из>

.сж ± (Тм.из•

Таким образом, при определении крутящего момента свинчи­ вания замковых соединений колонны бурильных труб необходимо учитывать действие осевых сил растяжения, изгибающего момен­ та и внутреннего давления промывочной жидкости в трубах.

При выполнении проверочных расчетов необходимо учитывать, что напряжение затяжки при изготовлении замковых соединений из легированной стали равно

аззт = (0,45 -г- 0,50) ат.

Указанное соотношение между напряжением затяжки и пре­ делом текучести материала обеспечивает эксплуатационную на­ дежность замкового резьбового соединения.

Напряженное состояние в замковом соединении

В замковом резьбовом соединении под действием силы затяж ­ ки Q33t и веса колонны бурильных труб Р в теле ниппеля в опас­ ном сечении возникают максимальные нормальные напряжения растяжения а0 и окружные напряжения сжатия <т4; в теле муф­ ты — нормальные напряжения сжатия а0 и окружные напряжения растяжения щ.

Врезьбе возникают также радиальные напряжения оги= — р, где р — радиальное давление.

Врезультате свинчивания крутящим моментом Мкр (смотри

формулу (II.5) в теле ниппеля возникают касательные напряжешия т.

Условие прочности можно записать

56