Расчет гидроцилиндра превентора

Гидравлический цилиндр рассчитывают на прочность из условия заданного диаметра цилиндра. Диаметр гидравлического цилиндра определяется в зависимости от давления на поршень при закрытом превенторе, необходимого, чтобы преодолеть выталкивающее усилие. Расчетная схема гидроцилиндра представлена на рисунке 5.

Усилие, развиваемое гидроцилиндром P_у, кН

Рисунок 5 – Расчетная схема гидроцилиндра превентора

F – площадь сечения штока;

d_шт – диаметр штока;

l – длина штока;

D – диаметр гидроцилиндра

где d_ш - диаметр штока, d_ш = 0,1 м;

Р_С - давление в скважине, Р_С =35 МПа

Усилие на преодоление сил трения Q, Н

где Р_Г - давление в гидроцилиндре, Р_Г= 10 МПа;

h_o – высота контактного кольца, h_o= м² ;

f – коэффициент трения, f = 0,01÷0,07

Таким образом полное усилие в гидроцилиндре P¹_у, кН

Площадь поршня гидроцилиндра F, м²

Диаметр гидроцилиндра D, м

Расчет крышки гидроцилиндра превентора

Крышка гидроцилиндра испытывает нагрузки, создаваемые давлением внутри цилиндра и давлением в скважине, которое действует на шток поршня.

где D - диаметр гидроцилиндра, D = 0,185 м;

.

Крышка гидроцилиндра имеет прямоугольную форму и крепится к крышке корпуса превентора шпильками.

С учётом затяжки одна шпилька воспринимает усилие P_шп, Н

где 1,2 – коэффициент затяжки;

Z – число шпилек, Z = 12

.

Изгибающий момент в тарелке фланца под одной шпилькой М_и, Н·м

где l – плечо изгиба, l = 0,6 м

Момент сопротивления изгибающегося участка W, м³

где B – длина сечения, B = 0,14 м;

h – высота сечения, h = 0,63 м

Напряжение изгиба σ, МПа

Для углеродистой стали =160 МПа, следовательно, условие σ ≤ выполняется, отсюда следует, что крышка с креплением имеет достаточный запас прочности.

Расчёт плашки превентора

Вкладыши плашечного превентора воспринимают определенные нагрузки в зависимости от направления усилия: в одних случаях на изгиб наружу, в других на изгиб вовнутрь от веса бурильной колонны.

Рассчитываем вкладыш плашки по изгибающим моментам и

напряжениям. Нагрузка на поверхность полукруглой плиты распределяется равномерно. Схема к расчету плашек представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Расчет плашек

a – высота плиты;

S – толщина плиты

Изгибающее напряжение σ, МПа

где β – коэффициент, = 0,1383; β = 0,1383;

Р – давление в превенторе, Р = 35 МПа;

а – высота плиты, а = 0,4 м;

S – толщина плиты, S = 0,022 м

Условие прочности при = 160 МПа для углеродистой стали, выполняется, следовательно, вкладыши плашки по изгибающим напряжениям достаточно прочны и отвечают необходимым условиям.

Расчёт усилий затяжки фланцевых соединений

Расчетная схема усилий затяжки фланцевых соединений представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема усилий затяжки фланцевых соединений

D – средний диаметр уплотнения;

b_эф – эффективная ширина прокладки;

b – ширина прокладки

Определим расчётное усилие Р_расч., кН

где D – средний диаметр уплотнения, D = 0,3238 м;

Р – рабочее давление среды, P = 35 МПа;

b_эф – эффективная ширина прокладки, м.

где b – ширина прокладки, b = 0,0159 м

Определим усилие предварительной затяжки Р_зат, кН,

где g_п – удельное давление смятия прокладки для создания герметичности, МПа, для стали 40Х g_п = 127 МПа

За расчётное усилие принимается большее из Р_экс. и Р_зат., соответственно Р_расч. = 1027 кН.