Вопрос 9 напряжение в штангах
Колонна штанг работает в очень тяжелых условиях она подвергается действию циклически изменяющейся нагрузки: в верхней части пульсирующая, в нижней – знакопеременная
1)растягивающие напряжения (возникают при подъеме за счет веса колонны и веса столбажидкости)
2)напряжения в поверхностном слое материала
3)напряжения, возникающие в результате изгиба
(возникают в муфтах, резьбах)
Вопрос 10 конструкция колонны насосных штанг
Для передачи возвратно-поступательного движения от привода к плунжеру скважинного насоса используется колонна насосных штанг. Она собирается из отдельных штанг, соединяемых муфтами.
Насосные штанги представляют собой стержень круглого поперечного сечения с высаженными концами, на которых располагается участок квадратного сечения и резьба. Резьба служит для соединения штанг с муфтами, а участок квадратного сечения используется для захвата штанги ключом при свинчивании и развинчивании резьбового соединения
Вопрос 11 крутящий момент на валу редуктора станка качалки
Вопрос 12 выбор станка качалки
Выбор станка-качалки сводится к расчету максимального крутящего момента на валу редуктора и выбору типоразмера станка-качалки.
Максимальный крутящий момент на кривошипном валу редуктора можно рассчитать по эмпирической формуле Р.А. Рамазанова:
Станок-качалку подбирают таким образом, чтобы его паспортные характеристики по максимальным нагрузкам в точке подвеса штанг, крутящему моменту на кривошипном валу редуктора и скорости откачки превышали расчетные значения соответствующих показателей для планируемого режима или возможного диапазона режимов эксплуатации скважины.
Источник
Расчетные ситуации и сочетания нагрузок при расчете колонн. Учимся анализировать.
Колонны в основном рассчитываются как внецентренно сжатые элементы. Что это значит? Если на колонну действует просто вертикальная сила, причем эта сила приложена ровно в центре колонны, то такая колонна фактически работает лишь на сжатие. Сжимающее усилие железобетон выдерживает очень хорошо. Мы знаем, что расчетное сопротивление бетона класса В25 осевому сжатию Rb = 148 кг/см2. Что это значит? Что каждый квадратный сантиметр бетона колонны (или другого сжатого элемента из бетона кл. В25) может выдержать нагрузку в 148 кг. Если колонна у нас сечением 300х300 мм, то ее площадь равна 30∙30 = 900 см2, и такая колонна может выдержать 148∙900 = 133200 кг = 133,2 т вертикальной силы. Число внушает уважение. Но это лишь при условии строго вертикальной нагрузки, расположенной четко по оси колонны (в геометрическом центре сечения). В реальности картина обычно далека от идеала, и даже в запроектированной с центральной нагрузкой колонне может произойти смещение этой нагрузки в любую сторону на какую-то случайную величину. Эту величину принято называть случайным эксцентриситетом. А если нагрузка приложена с эксцентриситетом, т.е. не посередине, то колонну будет гнуть в ту сторону, в которую смещена нагрузка. То есть, в колонне возникает изгибающий момент. А на изгиб железобетон работает гораздо хуже, чем на сжатие. И арматура, которая получается в результате расчета колонны, не мало увеличена именно за счет действия изгибающих моментов в колонне.
Какие бывают расчетные ситуации для колонн?
Ситуация А. Когда на колонну действует только вертикальная сила.
В этой ситуации можно выделить несколько случаев.
Случай 1. Вертикальная сила приложена четко по оси колонны (в геометрическом центре сечения).
Как на самом деле эта сила учитывается в расчете?
Помимо самой силы N в расчет еще включаются две величины: изгибающие моменты, которые могут возникнуть в результате смещения силы N в ту или иную сторону на величину случайного эксцентриситета. Да, этот эксцентриситет невелик, он определяется по конкретным формулам, но нагрузку на колонну он увеличивает.
В итоге вместо одной силы N мы получаем N + М1 + М2, и, конечно, это отразится на армировании.
Случай 2. Вертикальная сила, действующая на колонну сбита вдоль вертикальной оси, но находится на горизонтальной оси.
В этом случае вертикальная сила создает конкретный изгибающий момент М = N∙e1. Этот изгибающий момент вызывает в колонне определенные деформации – часть сечения колонны оказывается сжатой, а часть – растянутой.
При небольшом моменте и маленьком эксцентриситете растяжения может не возникнуть вообще, просто колонна будет сжата не равномерно – где-то больше, а где-то меньше.
Если в колонне есть растянутая зона, армирования следует ждать большого – бетон не работает на растяжение, все растягивающие усилия примет на себя арматура.
Еще хочется добавить, что если вертикальная сила сбита только в одном направлении, и эксцентриситет сбивки нам известен, то в перпендикулярном направлении при расчете нам может потребоваться задать случайный эксцентриситет, чтобы учесть неучтенные неблагоприятные факторы. В итоге на колонну в одном направлении будет действовать изгибающий момент М1, возникший из-за смещения силы N на расстояние e1 относительно оси колонны; а в другом направлении – изгибающий момент М2, возникший из-за возможного смещения силы N на величину случайного эксцентриситета еа.
Расчет такой колонны происходит в два этапа: сначала рассчитывается колонна в плоскости изгиба (N + М1), затем из плоскости изгиба (N + М2). По результатам каждого расчета находится площадь арматуры для двух противоположных граней колонны.
Потом эту арматуру нужно будет пересчитать в конкретные арматурные стержни и законструировать сечение колонны.
Примером для такого случая будет шарнирное опирание на колонну сборной балки (например, опирание на консоль). Балка никак не может передать нагрузку ровно по центру, эта нагрузка всегда будет смещена в сторону от оси колонны. Расстояние смещения и есть эксцентриситет е1. А вот случайный эксцентриситет еа для такого случая может быть вызван тем, что монтажники случайно установили балку не ровно по оси колонны, а со сбивкой на пару сантиметров в сторону. Бывает? Бывает. Вот всякие такие случайности и учитывает случайный эксцентриситет (простите за тавтологию).
Случай 3. Бывает, что сила N сбита относительно обеих осей (или же вертикальных сил две и более, и каждая из них сбита в какую-то сторону). Тогда и М1, и М2 определяются умножением соответствующей силы N на соответствующий эксцентриситет – расстояние от оси колонны до точки приложения нагрузки.
Этот случай самый сложный. Он дает значительный изгиб колонны сразу в двух направлениях. И если в случае 2 сжатая зона колонны находилась у одной грани, а растянутая – у противоположной, то в случае 3 грань между сжатой и растянутой зоной проходит по косой, и максимально растянутым выходит один угол колонны, а максимально сжатым – противоположный. То есть, растянутыми будут две соседние грани колонны, а сжатыми – две противоположные им соседние грани.
Такая колонна рассчитывается на косое внецентренное сжатие. Армируется она, в итоге, симметрично, но самое главное – сделать расчет правильно, чтобы самые перенапряженные растяжением стержни выдержали.
Обычно расчет (ручной) на косое внецентренное сжатие производится в виде проверки: сначала задается армирование конкретными стержнями с конкретной привязкой, а затем выполняется проверочный расчет, определяющий, выдержит ли арматура нагрузку.
Если вы хотите глубже понять воздействие вертикальной силы и изгибающего момента на арматуру колонны, можете еще ознакомиться со статьей «Как армирование колонны зависит от нагрузки».
А мы продолжим рассматривать расчетные ситуации для колонн.
Ситуация Б. На колонну действует вертикальная сила N и один или более изгибающий момент М.
В рамах это очень распространенная ситуация. Ведь жестко соединенное с колонной перекрытие передает изгибающие моменты на колонну, и при расчете рамы мы все эти моменты определяем как нагрузку на нашу колонну.
В данной ситуации мы можем выделить два случая.
Случай 1. Когда изгибающий момент (или сумма всех изгибающих моментов) приложен к колонне в одной плоскости.
Такая колонна рассчитывается как внецентренно сжатая. По сути, нагрузка на нее подобна нагрузке по случаю 2 ситуации А, только к моменту от силы N прибавляется еще и момент от перекрытия. Из плоскости колонны также действует момент от силы N, приложенной со случайным эксцентриситетом.
Случай 2. Когда изгибающие моменты (или сумма моментов) действуют на колонну в двух плоскостях.
Эта компоновка сил подобна случаю 3 ситуации А, расчет колонны ведется на косое внецентренное сжатие.
В чем особенность наличия изгибающих моментов в колонне (то ли от сбитой от центра вертикальной силы, то ли непосредственно моментов от перекрытия)? Как я уже писала выше, моменты вызывают изгиб колонны, а изгиб может привести к возникновению растяжения в части сечения колонны. И как только появляется растяжение, сразу сильно возрастает армирование. Что можно сделать в ситуациях с перегруженными изгибающим моментом колоннами, вы можете узнать из статьи «Изгибающие моменты в колонне. Что можно сделать?»
Источник
Напряжения, возникающие в бурильной колонне
Для расчета бурильной колонны на прочность необходимо знать нагрузки и возникающие в результате их действия напряжения в любом сечении бурильной колонны. Однако определить напряжения с достаточной точностью довольно трудно, так как бурильная колонна даже одного диаметра не является стержнем постоянного сечения, так как на трубах имеются высаженные концы, бурильные замки и переводники. Осложняется расчет напряжений необходимостью учета гидростатических и гидродинамических сил, сил трения, возникающих при осевом перемещении бурильной колонны и при ее вращении в скважине, и других трудно учитываемых сил. Поэтому рассчитывают напряжения приближенно, а неучтенные силы компенсируют коэффициентом запаса прочности, устанавливаемым на основании опыта эксплуатации бурильных колонн. Можно рассчитывать напряжения, принимая, что бурильная, колонна работает в воздушной среде.
Напряжение растяжения sрас (Па), имеющее максимальное значение при подвешенном состоянии бурильной колонны и при циркуляции промывочной жидкости, определяется по формуле (при расхаживании БК особенно в искривленной скважине силы взаимодействия труб со станками скважины могут оказаться значительными, поэтому sрас в этом случае следует вычислять с учетом дополнительной осевой силы определяемой опытным путем)
, (6.1)
где mУБТ — масса 1 м УБТ кг/м; lУБТ — длина УБТ м; m6т — масса 1 м бурильных труб кг/м; lбт — длина бурильных труб, м; mд, mзд — массы долота и забойного двигателя кг; g — ускорение свободного падения м/с 2 ; dв dн — внутренний и наружный диаметры бурильных труб, м; DРзд, DРд — перепады давления в забойном двигателе и долоте, Па.
Во время бурения, когда нагрузка на долото Рд создается весом сжатой части бурильной колонны напряжение растяжения sрас (Па) в растянутой части определяется по формуле
, (6.2)
где lУБТс — длина сжатой части УБТ, м.
В нижней сжатой части бурильной колонны напряжение сжатия sсж (Па) приближенно определяется по формуле
, (6.3)
где dУБТн, dУБТв — наружный и внутренний диаметры УБТ, м.
Потерявшая устойчивость от действия сжимающих сил бурильная колонна испытывает также изгибающие напряжения sиз, которые будучи максимальными у долота, постепенно уменьшаются в направлении к нижнему участку растянутой части бурильной колонны.
Бурильная колонна испытывает касательные напряжения t от действия реактивного момента забойного двигателя постепенно уменьшающиеся в направлении к вертлюгу и достигающие его только при коротких бурильных колоннах.
Расчеты показывают, что sиз в связи с ограничением изгиба колонны стенкой скважины не достигают опасных значении не велики и напряжения sсж и t. Поэтому при бурении с забойными двигателями бурильную колонну допустимо рассчитывать с учетом действия на нее только напряжений растяжения.
При роторном бурении кроме напряжений растяжения sрас и сжатия sсж возникают в бурильной колонне касательные напряжения t в результате передачи ею крутящего момента от ротора к долоту.
Возникают также изгибающие напряжения sиз вследствие действия на колонну осевых и центробежных сил.
Касательные напряжения t (Па) изменяющиеся по длине колонны от максимума в ее верхнем сечении до минимума у до лота определяют по формуле
, (6.4)
где Мкр — крутящий момент, передаваемый бурильной колонной, Н×м; Wp — момент сопротивления поперечного сечения труб при кручении, м 3
, (6.5)
где N – мощность, передаваемая бурильной колонной, Вт; w — угловая скорость бурильной колонны с -1 (w=np/30. n — частота вращения бурильной колонны об/мин).
. (6.6)
Крутящий момент имеет наибольшее значение в верхнем сечении БК, где на преодоление сил сопротивления вращению БК затрачивается наибольшая мощность
, (6.7)
где Nl и Nд — мощности, затрачиваемые соответственно на вращение бурильной колонны и разрушение породы.
Для вычисления N и Nд зависящих от многих факторов предложен ряд эмпирических формул дающих весьма приближенные результаты. Поэтому для практических расчетов за величину N следует принимать мощность, передаваемую ротору для вращения бурильной колонны.
Изгибающие напряжения определяются в основном центробежными силами при незначительном влиянии на их значение веса бурильной колонны. Влияние же крутящего момента на величину изгибающих напряжений незначительно и сводится главным образом к приданию бурильной колонне спиральной формы.
Если принять, что бурильная колонна деформирована в виде пространственной спирали, то изгибающие напряжения можно определить по формуле
, (6.8)
при этом 
,
,
где Р — вес колонны, Н; R — кажущийся радиус скважины, м; Dc, dн — диаметр скважины и наружный диаметр бурильной трубы (или УБТ), м; W — момент сопротивления поперечного сечения трубы при изгибе м 3 .
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник