Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 104
Скачиваний: 6
Относительную величину зазора езаз для резьбы, свинченной без натяга, можно определить, как разность между абсолютными
значениями относительных деформаций трубы и |
муфты |
|
||||
= е, |
— |
\i — K |
Кы |
(li — К — К м ) |
(III. 13) |
|
|
|
|
|
|||
где езаз = — |
; z ■— величина |
диаметрального |
зазора. |
|
||
Осевое напряжение, требуемое для создания |
диаметрального |
|||||
зазора г, по резьбе в опасном сечении равно |
|
|
|
|||
(III. 14)
ир - К - К ы
Поскольку P = a 0ndcbc, то осевая нагрузка при этом |
будет |
|||
р — |
zndc6cE |
^ |
глёсЕ |
^j j j |
|
D(|i- * - * „ |
) |
v i - K - K u |
|
Для резьбы, свинченной с натягом, сползание витков, т. е. образование зазора по посадочным поверхностям резьбы, начнется только после полной разгрузки муфты от натяга при приложении определенной растягивающей нагрузки, так как муфта за счет упругой деформации от натяга будет следовать за трубой, умень шающейся от растяжения в поперечном направлении.
При полной разгрузке муфты, а следовательно, и трубы от на тяга, последняя в свободной от резьбы части (если площадь по перечного сечения в этой части трубы будет равна площади опас ного сечения) должна сократиться в поперечных размерах на ве личину общего диаметрального натяга
Д = Дм -j- Дт,
где Дм — диаметральная деформация муфты от натяга в опасном сечении; Дт — диаметральная деформация трубы от натяга в опас ном сечении.
Следует отметить, что при этом в зоне последних ниток, нахо дящихся в зацеплении, диаметр трубы уменьшится только на величину деформации муфты от натяга Дм.
Осевое напряжение в опасном сечении трубы а 0.н> при котором начнется образование зазоров по посадочным поверхностям резьбы, свинченной с натягом,
|
<у0 |
£н§_ |
(III. 16) |
|
» |
||
где |
относительная диаметральная деформация |
от на |
|
тяга.
Осевое напряжение, требуемое для создания диаметрального зазора г, в опасном сечении резьбы трубы, свинченной с натягом,
138
можно определить как сумму осевых напряжений, требуемых для разгрузки резьбы от натяга и для создания зазора в резьбе, свин ченной без натяга [см. уравнения (III.14) и (III.16)]
А2
|
— Е |
|
— Е |
|
0л -- |
D |
. |
D |
(III. 17) |
0 |
|Х |
|
|
|
Осевая нагрузка при этом |
|
|
|
|
Р = л8 Е ( |
А + |
2 |
V |
(III. 18) |
сV р p - k - K hJ
Для соединения обсадных труб с трапецеидальной резьбой типа
ОТТМ1 выход резьбы из зацепления может происходить |
||
за пределами упругой области материала трубы. |
Принимая |
во |
внимание большие диаметральные деформации, |
требуемые |
для |
образования зазоров, равных удвоенной величине рабочей высоты профиля, можно без практически заметного влияния на точность определения вырывающей нагрузки пренебречь деформациями муфты, которые вплоть до выхода резьбы из зацепления остаются е упругой области, а также упругими деформациями трубы.
Поскольку все напряжения о 0, ат и ои действующие в опас ном сечении трубы, являются растягивающими, то состояние теку
чести в |
опасном сечении наступает при |
осевом |
напряжении |
|
(То (наибольшем из остальных |
напряжений), |
равном пределу те |
||
кучести |
от. |
|
|
|
Анализ зависимости между |
напряжениями и деформациями |
|||
в пластической области, проведенный для многих |
плавок мате |
|||
риала труб, показал, что с достаточной точностью |
для расчетов |
|||
можно воспользоваться упрощенной диаграммой растяжения для жестко упрочняющегося тела с линейным упрочнением, т. е. с по стоянным модулем упрочнения Е\ для различных участков пла стического деформирования. Используя формулу (III.17) с при веденными выше допущениями, определим осевое напряжение, тре буемое для вырыва трапецеидальной резьбы, т. е. для создания диаметрального зазора, равного удвоенной величине рабочей вы соты профиля /г2
д |
|
2а : |
|
т |
■£l |
|
(III. 1 9 ) |
*0ВЫР = ° т + — |
------- + |
- 5 ------- , |
|
|
I1! |
И х - К |
|
где pi — коэффициент Пуассона для пластической области, прини маемый равным 0,5.
Вырывающая нагрузка Р в будет равна
Д 2h
принимая D x d c, |
|
|
|
|
= ябс ^CTTi |
Aft |
2hEx |
\ |
(III.21) |
P* = |
Pi |
Pi - K |
) |
|
|
|
Разрушение соединений с трапецеидальной резьбой вследствие вырыва резьбы может происходить при условии, что вырывающая нагрузка меньше, чем разрушающая по телу трубы в опасном се чении. Используя выражение (III.3), условие вырыва резьбы можно записать
|
/ |
_Д_ |
2/i2 |
\ |
|
^ |
(or, + |
Ц! |
Pi — К |
< 0В. |
(III.22) |
Ь |
\ |
/ |
|
||
Вырыв резьбы сопровождается относительными деформациями |
|||||
в продольном направлении от растяжения |
|
|
|||
|
|
_А___ |
2h |
|
(III.23) |
|
|
Dpi |
D (pi — К) |
||
|
|
|
|||
Для соединений с трапецеидальной резьбой при вырыве резьбы |
|||||
ео находится в пределах 3,5—5% |
в зависимости от диаметра об |
||||
садных труб. Величину модуля упрочнения определяли |
путем из |
||||
мерения удлинения образцов, взятых из плавок различных групп прочности.
Для стали группы прочности Д с наименьшими допускаемыми прочностными характеристиками: сгт= 38004-4000 кгс/см2, пв= = 6500-4-7000 кгс/см2, т. е. при разности между пределами проч ности и текучести 25004-3000 кгс/см2, значение модуля упрочнения Е\ при е0 = 3,5% 4-5% находилось в пределах 45000—60 000 кгс/см2. Следует отметить, что для стали той же группы прочности, но при ав= 75004-8000 кгс/см2, когда разность между пределами прочно сти и текучести составляла 35004-4000 кгс/см2, модуль упрочне
ния повышался до 65004-7000 кгс/см2. |
Для |
стали группы |
прочности К и Е модуль упрочнения при |
наименьших допускае |
|
мых прочностных характеристиках ат и ав |
(при |
е0 = 3,5—5% ) со |
ставлял 30 000—40 000 кг/см2.
Для стали группы прочности Л и М с наименьшими допускае
мыми от и ов, при е о = 3,5— 5% |
модуль упрочнения находился |
|
в пределах 20 0004-30 000 кгс/см2. |
|
путем |
Значение угла трения ср определяли экспериментальным |
||
на натурных образцах резьбовых |
соединений обсадных |
труб, |
изготовленных с различными углами наклона р стороны профиля, воспринимающей растягивающую нагрузку. По наружной поверх ности гладкой части трубы производили обточку с тем, чтобы тол щина стенки за последними нитками резьбы, находящимися в за цеплении, была равна толщине стенки в опасном сечениии 6С-
140
Тип соедине* ния
ГУГТЛЛ1
ОТТМ1
ОТТМ1
|
Толщина стенки, мм |
S |
s |
|
|
Диаметр, мм |
S |
|||
tT |
о |
|||
|
|
сд |
||
|
|
* |
u |
|
|
|
* |
||
|
9,15 |
41,0 |
90,0 |
|
140 |
9,25 |
41,0 |
90,0 |
|
9,0 |
41,1 |
77,8 |
||
|
||||
|
10,0 |
41,0 |
90,0 |
|
|
9,45 |
49,4 |
84,0 |
|
|
8,85 |
47,8 |
81,9 |
|
168 |
9,80 |
49,2 |
84,9 |
|
9,70 |
63,0 |
83,3 |
||
|
||||
|
9,50 |
73,6 |
86,3 |
|
|
8,60 |
81,7 |
94,0 |
|
|
7,65 |
40,0 |
68,7 |
|
245 |
7,50 |
37,5 |
69,3 |
|
11,25 |
82,2 |
97,0 |
||
|
Фактические разрушаю щие нагрузки, тс
290
310
245
324
345
338
380
350
355
359
315
299
>700
Т а б л и ц а 38
Отношение фактиче ской разрушающей
нагрузки к расчет |
|
|
ной в сечении |
Разрушение |
|
|
|
|
опасном |
по телу |
|
трубы |
|
|
|
|
|
0,98 |
0,86 |
По опасному |
1,04 |
0,91 |
|
0,98 |
0,86 |
сечению |
0,99 |
0,89 |
|
1,00 |
0,87 |
По опасному |
1,07 |
0,93 |
сечению |
1,04 |
0,92 |
Вырыв |
0,99 |
0,87 |
резьбы |
По опасному |
||
0,99 |
0,87 |
сечению |
1,02 |
0,89 |
|
0,94 |
0,80 |
Вырыв резь- |
0,92 |
0,79 |
бы |
>0,98 |
>0,88 |
Не разруше- |
|
|
шено |
|
|
Диаметр тру- |
|
|
бы умень- |
шился на 4 мм
|
|
11,9 |
42,0 |
78,0 |
220 |
1,12 |
0,49 |
|
о п |
168 |
11,4 |
41,5 |
79,0 |
218 |
1,07 |
0,49 |
По муфтовой |
|
|
11,9 |
42,0 |
79,8 |
218 |
1,10 |
0,47 |
части |
о п |
168 |
9,2 |
52,0 |
84,0 |
230 |
1,06 |
0,59 |
|
|
|
9,6 |
48,2 |
80,0 |
200 |
1,00 |
0,52 |
По ниппель- |
|
|
9,6 |
48,2 |
80,0 |
195 |
0,98 |
0,51 |
ной части |
|
|
9,5 |
48,2 |
80,0 |
194 |
0,98 |
0,51 |
|
В случае р= ф в резьбе отсутствуют радиальные составляющие от растягивающей нагрузки, диаметральные деформации в гладкой части и в опасном сечении резьбовой части должны быть равны.
Образцы, свинченные на |
смазке Р-2, подвергали |
растя |
жению в стендовых условиях. |
В процессе нагружения с |
помо |
щью датчиков измеряли деформации трубы. Результаты испытаний показали, что при (3 = 11° диаметральные деформации в гладкой части трубы и под последними нитками резьбы, находящимися в зацеплении, одинаковы, и, следовательно, при сползании витков угол трения равен приблизительно 11°.
Значение угла трения зависит от применяемых смазок, шеро ховатости резьбовой поверхности. Погрешность в определении уг
141