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

Определяем напряжения в ниппеле

первым витком на расстоянии 24 мм от упорного уступа; /р— ра­ бочая длина резьбы; а/2 — половина угла профиля резьбы; ср — угол трения, изменяющийся в зависимости от коэффициента тре­

Радиальное напряжение в резьбе определяется формулой

Таким же путем определяются напряжения в муфтовой части резьбового соединения.

57

Расчет витков резьбы на прочность

В некоторых случаях (малое число витков резьбы, разница в прочности материала ниппеля, муфты соединения и др.) . необхо­ димо проверять прочность витков резьбы на срез.

где тс — напряжение среза; dc ■— внутренний диаметр резьбы нип­ пеля — диаметр окружности конуса в плоскости приведения, определяемый по формуле [27]

конуса; d\ — меньший диаметр конуса; d — больший диаметр ко­ нуса на расстоянии 24 мм от упорного уступа ниппеля.

бы с конусностью 1 : 4 и 1 :6 составляет 0,5— 1,2%. Этот диаметр

При определении напряжений среза, смятия и изгиба витков резьбы муфты диаметры d0 и d c в формулах (11.74), (11.76), (11.77) заменяются на наружный и внутренний диаметры резьбы муфты в тех же расчетных сечениях (z — число витков).

При выводе формул сделаны допущения:

1)нагрузка между витками распределяется равномерно;

2)витки резьбы подвергаются только срезу.

Однако, вследствие зазора по вершинам резьбы и боковым сторонам (ввиду неточности изготовления) появляется еще неко­ торый изгиб витков. Поэтому необходимо помнить, что напряже­ ния, определенные по формулам (11.74), (П .76), (11.77), являются средними величинами. Формула (II.77) выведена для определе­

58

ния средних напряжений смятия. Площади среза, смятия и из­ гиба конической резьбы усреднялись (приравнивались) с соответ­ ствующими площадями цилиндрической резьбы. Конус заменялся цилиндром.

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИИ В ЗАМКОВОМ РЕЗЬБОВОМ СОЕДИНЕНИИ

Вопросы исследования напряженного состояния колонны бу­ рильных труб и их соединений освещаются в работах Г. М. Сар­

ра [51], А. Цендре, Ф. Рата и Ж- Дюре [63, 64, 65], А. Е. Гормлея

[50], Л. Тришмана [45].

А. П. Фарр [46] на основании сочетания теоретических и опытных данных определил необходимые для замкового соедине­ ния крутящие моменты свинчивания. В лабораторных условиях им получены коэффициенты трения резьбы при сухих поверхно­ стях, равные 0,133, и при обычно применяемых смазках с метал­ лическими наполнителями — 0,08. Получен предел выносливости (при 1 млн. циклов) свинченного от руки замкового резьбового соединения (для обычно применяемых материалов твердостью НВ 2854-321), который оказался равным 9,1 кгс/мм2.

В правильно подобранном резьбовом соединении утяжеленных

(в конце последнего витка резьбы, находящегося в сопряжении). Хорошо подобранное соединение утяжеленных бурильных труб имеет площадь опасного сечения муфты приблизительно в 2,5 ра­

Причем замки из стали 34 СгМо4 были изготовлены с пределом текучести 64 кгс/мм2, а из стали 36CrNiMo4 — 100 кгс/мм2. Воз­ никающие деформации измерялись с помощью проволочных тен­

Замки испытывали на установке, обеспечивающей максималь­ ный крутящий момент свинчивания до 3000 кгс-м.

59

Продольные и окружные напряжения в ниппеле и муфте пред­ ставлены на рис. 20, а и б.

В результате исследований установлено, что максимальные осевые напряжения на внутренней поверхности ниппеля возни­ кают на расстоянии приблизительно 55 мм от конца, затем резко падают по направлению к упору. Такой характер распределения осевых напряжений объясняется тем, что преобладающая часть крутящего момента свинчивания воспринимается первой третью резьбы, а также тем, что в результате свинчивания появляется дополнительный изгибающий момент. Вблизи упора муфты напря­ жения сжатия максимальные, вызывающие развинчивание муфты при увеличении крутящего момента свинчивания. Окружные на­ пряжения в ниппеле достигают своего максимума на расстоянии примерно 25 мм от малого диаметра.

В. Хаук, X. Хиллеман и X. Колер для установления предель­ ных нагрузок замковых соединений 27/в и З'/г" IF подвергали их испытанию при кручении и растяжении. Для проведения экспери­ ментов была создана опытная установка (рис. 21), которая дава­ ла возможность нагружать замковое соединение статически и ди­ намически с максимальным крутящим моментом 4000 кгс-м и осе­ вой силой до 200 тс.

Крутящий момент создают весом пластин (около 75 кгс каж­ дая) через плечо длиною 1 м. При помощи эксцентрика подни­ мают и опускают грузы, создавая таким образом переменные крутящие моменты.

Осевое растяжение (сжатие) создается гидравлической на­ грузкой. Продольные и окружные напряжения на внутренней по­ верхности ниппеля и наружной поверхности муфты определяют с помощью тензодатчиков на длине первых пяти витков резьбы. На наружной поверхности муфты датчики наклеивают, начиная с

10мм от упорного уступа.

Врезультате испытаний установлено.

1. Максимальные осевые напряжения возникают на внутрен­ ней поверхности ниппеля, примерно на третьем витке резьбы, находящемся в сопряжении с резьбой муфты, несмотря на то, что разрушение ниппеля при динамических нагрузках происходило по первому сопряженному витку.

с максимальным, оптимальным и минимальным крутящими мо­ ментами, переменной осевой нагрузкой растяжения, разрушение зависит только от амплитуды напряжения, а не от общего напря­ жения (пока не будет достигнут предел текучести материала замка).

Обширные исследования замков бурильных труб на знако­ переменный изгиб проведены Л. Тришманом [45] и Т. Альтманом [47]. Л. Тришман исследовал влияние обкатки впадин резьбы и

60