Расчет затяжки шпилечного соединения

При значительных затяжках шпильки воспринимают большие осевые нагрузки, особенно в период, когда оборудование находится под действием скважинного давления. Расчетная схема представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Схема расчета шпилечного соединения

D₀ – Наружный диаметр опорного бурта гайки; S – шаг резьбы;

Β₀ – угол подъёма резьбы;

d₁ – диаметр шпильки

Определим усилие на одну шпильку Р_ш, кН

где z – число шпилек, z = 12

Определим напряжение в шпильке s_ш, МПа,

где d₁ – диаметр шпильки, d₁ = 0,048 м по ГОСТ 22042-76 (исполнение 1)

Определим допускаемое напряжениее в материале шпильки [s_ш]:

где σ_Т – предел текучести материала шпильки, МПа. Материал шпильки сталь 40ХН, σ_Т = 785 МПа;

n_ш – коэффициент запаса прочности, n_ш = 3

Условие прочности выполняется.

Определим необходимый момент крепления шпилек М_ш, Н×м

где f – коэффициент трения гайки о фланец, f = 0,2;

D₀ – наружный диаметр опорного бурта гайки, м;

Β₀ – угол подъёма резьбы, град;

S – шаг резьбы, S = 0,003 м;

ρ – угол трения в резьбе, град;

f₁ – коэффициент трения в резьбе, f₁ = 0,2

.

Расчет фланцев

Фланцевые соединения изготавливают по ОСТ 26-16-1609-79. Корпусные фланцы отливаются вместе с корпусом детали (превентор, крестовина, задвижка) устьевого оборудования. Фланцевые соединения группируют в зависимости от давлений и проходных сечений.

Фланец рассчитывают по наиболее опасному сечению АС. При расчете фланца его можно представить в виде консольной балки с заделкой в сечении АС.

Схема фланцевого соединения изображена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема фланцевого соединения превентора

D – наружный диаметр;

D_ш – диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки;

D₃ – диаметр перехода фланца;

D_нп – наружный диаметр прокладки;

h – высота тарелки фланца;

f – глубина канавки;

R₀ – радиус округления граней прокладки;

b – ширина канавки;

b_эф – эффективная ширина прокладки.

Определим в опасном сечении АС изгибающий момент М_ас, кН×м,

где D₃ – диаметр перехода фланца, D₃ = 0,369 м;

D_ш – диаметр делительной окружности центров отверстий подшпильки, D_ш = 0,483 м;

D_нп – наружный диаметр прокладки, D_нп = 0,33215 м.

Момент сопротивления изгибу W_ac, м²

где h – высота тарелки фланца, h = 0,119 м;

f – глубина канавки, f = 0,011 м;

D_рас – расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения, м

Напряжение изгиба σ_ф, МПа

,

Определим допустимый предел текучести для материала фланца [s_ф]_, МПа

где σ_Т – предел текучести для материала фланца, сталь 40Х; σ_Т = 320 МПа;

n_ф – запас прочности для материала фланца, n_ф = 3

Условие прочности выполняется.