Колонная головка

                                                                                        ,                                               (2.1)

мұнда, D_орт - тығыздауыш сақинаның орташа диаметрі; мұнда, , мұндағы D_ішк - тығыздауыш сақинаның ішкі диаметрі;  

  мм.                                                                                              

b_тиім – төсемнің тиімді ені;  

, мұндағы b - төсемнің ені.

  мм.

q – рұқсат етілген қысым (мысалы, жұмақ болаттар үшін q=127МПа, ал  1Х18Н9 маркалы қатты болаттар үшін q=172МПа);

 

МПа.

 

b_тиім – төсемнің тиімді ені; q – рұқсат етілген қысым (мысалы, жұмақ болаттар үшін q=127МПа, ал  1Х18Н9 маркалы қатты болаттар үшін q=172МПа);

    Пайдалану кезінде Р_пайд  күш ескеріледі: қысым Р_қыс фланецті ашатын; тартудың қалдықты қысымы ∆Р_тар, қосылысты тартуға жеткілікті болуы керек; температураның әсері Р_t .

    Бірінші екіншісі Р_пайд тең болады

                                          ,                    (2.2)

 

  МПа,

 МПа

 МПа.

мұнда, р – тізбек басындағы қысым; т – төсемдік коэффицент, төсемнің материалына байланысты коэффицент (жұмсақ материалдар үшін т=5,5, қатты материалдар үшін т=6,5).  Тізбек басының газды және қоспалармен жұмысістегенде 2т коэффицентін енгізеді.

    Ұңғымаға жылуапарғышты  (мысалы, бу) немесе қабаттағы сұйықтықтың температурасы жоғары болғанда, тізбек басының металы өткізу жерінде және төсемдер қызады. Шпилькалардың температурасы төмен болады, себебі олардың суытылу жақсырақ. Осының әсерінен тізбек басының бөлшектері мен төсемдер температурасы шпиьлкалардың температурасынан жоғары болғандықтан, олар қосымша  Р_t күшпен жүктеледі.

    Бөлшектердің фланецті  қосылысын қатты деп, ал шпилька  мен төсемдерді серпімді деп  алсақ, пайда болатын күштерді анықтаймыз

                                      ,                    (2.3)

мұнда, ∆t – фланец пен шпильканың температуралық айырмашылығы; h_шп –шпильканың  созылатын бөлігінің ұзындығы; – фланец материалының жылулық кеңею  коэффиенті, 1/⁰С; h_жұм – төсемнің тірелу мен қосылу фланцінің арасындағы биіктік; Е_шп, Е_төс– шпилька мен төсемнің серпімділік модулі; f_шп, f_төс – шпилька мен төсемнің көлденең қимасының ауданы.

    Егер будың температурасы 300 ⁰С болса, онда шпилька мен фланецтің температуралық айырмашылығы басында 20 ⁰С тең болса, ал орнатылған тәртіпте 10 ⁰С тең болады. Температураның кішкене айырмашылығына қарамастан, оның әсерінен болатын күш (2.2) формуласымен өлшемдестік болады.

    Төсемнің жұмыс  биіктігі

                                                   ,                             (2.4)

 

 МПа

     h_шп, ₁, R₀ белгіленуі 15, 16 сур. көрсетілген.

    Жүктелген  шпильканың күші

                                                              ,                                           (2.5)

 

 МПа

    Тығыздау сақинасының бір жақты түйісу күшін анықтау (2.1, в-сурет). Екінші нұсқада келтірілген сопақ сақиналы тығыздағыш қосылу осі және радиус бойынша тартылады. Егерде радиус бойынша тартылу күшін алсақ, онда күш сақинаның сыртқы беті бойынша бөлінеді, онда сақинаны қалың қабырғалы цилиндр қарастырамыз, шарты қысыммен сыртынан тартылады. Бұл жағдайда үлкен эквивалентті күш _экв сопақ сақинаның ішкі бетінд пайда болады. Ол шеңбер бойынша ( ) және осьтік кернеу арқылы табылады:

                                                              ,                                        (2.6)

                                                              ,                                            (2.7)

мұнда, р₀ – төсемнің цилиндріндегі шартты қысым; r_c және r_і – төсемнің сыртқы және ішкі радиусы; Р_z – төсемге әсер ететін осьтік күш; f_төс – төсемнің көлденең қимасы, оның осіне перпендикуляр болады.

    Сопақ сақинаның ішкі  бетіндегі радиалды  күш тарқан кезде нольге тең болады, бұл тізбек басының және арматуралардың ішінде артық қысымның болмауы.

 

 

 

 

 

 

 

    2.2-сурет. Фланец пен төсемнің түціскендегі күштердің бөлінуі

 

 

    Эквивалентті күш беріктіктің  төртінші күші бойынша анықталады:

                                                       ,                                 (2.8)

    σ_τ  және σ_z (2.8), (2.6) және (2.7) орнына қойып табамыз

                                                ,               (2.9)

 

    Сол уақыттада шартты сыртқы қысым р₀ осьтік күшпен Р _z байланысты, сопақ сақинамен қосымша тіркелген, келесі байланыста (2.2-сурет):

                                                              ,                            (2.10)

мұнда, D_п – цилиндрдің диаметрі, фланец пен төсемнің түйіскен жерінен өткізілген,

                                                      ,                       (2.11)

 

Бұрыштарды қолданып, төсемнің жұмыс биіктігі - h_жұм  

.

 

    Осындай үлгіде (2.10), (2.11) формуларынан Р_z табуға болады. Бұл кезде р₀ берілген өлшем σ_экв=σ_т аспау керек, есептеу кезінде σ_т белгіленген беріктік қорын қолдануға болады. Төсем үшін бұл беріктік қоры фланецке қараған аздау болады. Егер фланецті есепетеу кезінде беріктік қоры п=2,5, төсем үшін п=2,25 болады.

.

    Алайда Р_z фланецті тартуға кеткен күшке тең емес, өйткені күштің бір бөлігі фланец пен төсемнің қосылған жеріндегі үйкеліс күшіне кетеді.

    Кейбір жағдайда үйкеліс  күшін ескеру қажет. Бұл жағдайда  тарту күші (2.2- сурет) осындай болады

               ,        (2.12)

    Арықшаның кедір-бүдірлігі аз шамада деп алсақ, құрастыру алдында арықшаны және төсемді майлау материалымен майлайды.Үлкен бұрыштар  α

(2.2-сурет.)  болғанда, осьтік күштерді ескермеуге болады. Сонда тарту күші келесідей түрде болады:

                                    ,                     (2.13)

мұнда

    Тізбек жұмыс  уақытында шпилькалардың қабалдайтын  күші келесідей болады

                               МПа      (2.14)

                                           

 

    (2.14) формула төсем тартылғанда екі жақты түйісу болғанда алынған.    (2.14) формуладан келесі тәуелділіктер анықтаған, үйкеліс коэффициенті 0,16 (φ=9⁰) болғанда 16%  жоғарлағанда.

 

 

  

2.3 Фланецті қосылған бөлшектерді беріктікке есептеу

 

    Тізбек басын  беріктікке есептегенде фланецті, шпилькаларды, төсемдерді  тексерсек  жеткілікті.

    Фланецті септеу. Фланецті  ең қауіпті АС  (2.1-cурет) қимасын есептейміз. Фланецті есептегенде оны АС қимасындағы  консольді балка деп алсақ болады.

    2.1-суретке сәйкесінше балка иілу моментін келесідей жазсақ болады:

                                                              ,                                                   (2.16)

мұнда МПа

    Қауіпті қиманың моментік кедергісі

                              ,             (2.17)

    

    Қауіпті қиманың  кернеуі

                                                    ,                              (2.18)

    Мүмкіндік кернеуіy [σ] материалдың ағу шегі бойынша беріктік қоры 2,5 болғанда.

   Шпилькалар мен төсемдерді  беріктікке есептеу. Шпилькалардың  ішкі диаметрлерін келесі формула  бойынша тексереді

                                                              ,                                           (2.19)

мұнда, п=3 – 5 – шпилькалардың беріктік қор коэффициенті.

   

   

 

 

 

 

 

 

 

    3 Арнайы бөлім

 

    3.1 Папенттік зерттеу

 

    Әмбебап тізбек басы «СУРГУТ».

 

    Патенттік  номері  RU 21229205 C1

    Мұнай және газ ұңғымаларында шегендеу тізбектерін байлау үшін әмбебап тізбек басын қолданады. Бұл әмбебап тізбек басы – сыртқы және ішкі тізбек бастарынан, сақиналы кеңістікті тығыздайтын элементтерден, отырғызылатын конустан, ерітіндінің циркуляциясы үшін саңылаулардан және патрубоктардан тұрады. «Сургут» әмбебап тізбек басы  элементтермен жабдықталған, жіберу патрубкасын бұрап алу кезінде ішкі тізбек басының сыртқы тізбек басынан сырғанап өтіп кетпеуі үшін. Ішкі тізбек басының сыртқы бетінде отырғызу конусының төменгі жағында бағыттаушы сақиналы төмпешік бар. Төмпешіктің үстінде көлденеңнен кіші модульді тістер бар. Сыртқы  тізбек басында қосым- ша бетте тістер бар. Қосымша бет саңылаудың қабырғасында орналасу себебі, радиалды кері қайту және көлденең орынауыстыру үшін.

    Қосымша бет  тығынның  осімен байланысқан.  Тығын резьбалық құйрықпен жабдықталған. Тығын резьбалық төлкеде орналасқан, ол өз алдына сыртқы тіз-  бек басының қабырғасында саңылаусыздынып орналасады. «Сургут» әмбебап тізбек басын пайдаланғанда көптеген функционалды мүмкіншіліктер артады, жіберу патрубкасын бұрап алу кезінде пайдалану тізбегінің құрырларының өздігінен бұралуынан сақтайды, яғни оның пайдалану мүмкіншіліктері артады.

    Шегендеу құбырларын  ұңғыма сағасында орналастыру  құрылғысы, кондук- тордың үстінде  тізбек басының тұрқысы жүйелі  және центрлес орналасуы ке- рек. 

    Барлық тізбек  басының  жетіспеушіліктеріде  бар, олар үлкен металсыйым- дылығы, өлшемдерінің үлкендігі, монтаждалуының қиындығы, пайдалану кезіндегі сенімділігінің аздығы және функционалды мүмкіншілігінің аздығын- да.

    Белгілі құрылғының  жетіспеушіліктері жіберу патрубкасын  бұрап алу кезінде белгілі  болады, бұл бұрап алу кезінде  болатын кедергі шегендеу тізбегінің резь- балық қосылыстардағы болатын кедергіден көп болғанда құбырлардың тізбек басы тұрқысынан шешілуі және құбырлардың өз резьбаларынынан шешілуі бо- лады. Бұл қосылыстардың асңылаусыздануына алып келеді.

    Кейбір пайдалану  ұңғымаларда шегендеу тізбектерінің өздігінен шешілуі құ-

бырлардың гидротермодинамикалық  мінездемесіне байланысты, сұйықтық, қысымы жоғары газ қосылыстар арасынан өтіп ұңғыманы бұзады. Бұндай же- тіспеушіліктер барлық жерлерде болады.

    Функционалды  мүмкіншілігінің аздығы капиталды және пайдалану шығын-

дарын көбейтеді, тізбек басын монтаждау және демонтаждау  кезінде өңделмей- тін уақытын  көбееді.

    Техникалық  мақсаты шешу үшін, «Сургут» әмбебап тізбек басы ішкі тізбек басының сыртқы бетінде отырғызу конусының төменгі жағында бағыттаушы сақиналы төмпешік бар,  төмпешіктің шетінде айнала  тесіктер бар, ол тесіктер арқылы ерітіндінің циркуляциясы жүреді, төмпешіктің үстінде көлденеңнен кіші модульді тістер бар. Сыртқы  тізбек басында қосымша бетте тістер бар. Қосымша бет саңылаудың қабырғасында орналасу себебі, радиалды кері қайту және көлденең орынауыстыру үшін.

 «Сургут» әмбебап тізбек басының жалпы көрінісі қосымша бетте (қосымша А) көрсетілген. Әмбебап тізбек басы сыртқы тұрқыдан 1, ішкі басынан 2, тізбек бастары арасындағы саңылауды тығыздығыш элементтерден 3, отырғызу конусынан 4,  ерітіндінің циркуляциясы үшін  сақиналы төмпешікте 5  жасалған тесіктер, кіші модулді тістер бар төмпешік 6,  тістері бар қосымша бет 7, тығын осі 8, резьбалы төлке 9, тығынның резьбалы аяғы 10, кілт үшін арналған аяқ 11.

    «Сургут» әмбебап тізбек басының элементтері келесідей орналастырылады. Тығын осінде 8 қосымша бетті кесілген серіппелі стопорлы сақиналы шайбамен бекітеді. Резьбалы төлкелі тығынмен 9 қосымша бетті 7 сыртқы тізбек басының қабырғасына орнатады, бұл резьбалы қосылыстардың саңылаусыздынуын қамтамасыз етеді.

    Сыртқы 1 және  ішкі 2 тізбек бастарын жинап болып,  оларды қондыру кону- сымен қосқаннан  кейін, арасындағы  саңылауларды  тығыздығыш элементтер- мен 3 тығыздайды, 7, 10, 11  элементтері тістермен 6 ішкі тізбек басына 2 бекітіледі.     

    Ішкі тізбек  басының жіберу патрубкасын шешу  кезінде, пайдалану тізбегімен  резьбалық қосылған, кіші модульді  тістер 6 арқылы бекітіледі.

    Проколга сәйкес №17-04-93 11.02.1997 ж. «Сургут» әмбебап тізбек басының төрт тәжірибелі үлгілерін алып кәсіптік тәжирибелер өткізді.

    Келтірілген  әмбебап тізбек басы  жаңа техникалық  шешімдер арқасында патрубокты  шешу кезінде пайдалану тізбегін  бақыланбайтын шешілуден сақ-  тайды және де өзінің технико – экономикалық көрсеткіштері бойынша барлық аналогтардан кем түспейді.

    Ойлап табу формуласы.