3.2 Расчёт узлов и деталей превентора

3.2.1 Расчёт штока превентора

Расчёт штока ведётся, как проверочный расчёт сжатого стержня на устойчивость. Схема расчета штока представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Расчетная схема штока превентора

p – поршневая полость;

F – площадь сечения штока;

d_ш – диаметр штока; l – длина штока

Площадь сечения штока F, м²

где - диаметр штока, = 0,1 м

Момент инерции J, м⁴

Радиус инерции i, м

Приведённая длина l_пр, м

где ν- приведенный коэффициент длины, ν = 0,7;

l – длина штока, l = 0,4 м

Гибкость штока λ

По рекомендациям примем = 0,45, тогда

где - предел прочности,

Расчетное значение прочности σ, МПа

где P – сила, развиваемая гидроцилиндром, P=309250 Н.

.

Так как условие прочности , то устойчивость штока обладает высоким запасом прочности.

3.2.2 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

3.2.3 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.

3.2.4 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.