Практична робота №3 Розрахунок втрат напору в фонтанній арматурі

Мета і задачі заняття: познайомитися з призначенням, основними параметрами фонтанних арматур, набути практичних навичок розрахунку втрат напору у фонтанній арматурі.

Втрати напору в фонтанній арматурі пов'язані з опорами, що виникають по її довжині, місцевими опорами у фланцевих з'єднаннях, в засувках, на поворотах, при звуженнях і розширеннях потоку, в штуцерах. Регулюючий або швидкозмінний штуцер з ступінчастим регулюванням тиску в свердловині має цільове призначення – зменшення тиску до значень, прийнятих для внутрішньопромислових шлейфів.

Розраховуємо швидкість потоку продукта в різних перетинах, м/с:

(3.1)

В перетині діаметром, що дорівнює внутрішньому діаметру НКТ, м²:

(3.2)

В перетині діаметром, що дорівнює діаметру стволової частини фонтанної ялинки:

В перетині діаметром, що дорівнює діаметру бічних струн фонтанної арматури:

Втрати тиску при раптовому звуженні перетину з діаметром d₁ до діаметра d₂:

(3.3)

(3.4)

Втрати тиску в стовбурі арматури довжиною l1 і діаметром d₂:

(3.5)

(3.6)

Втрати тиску у фланцевому з'єднанні, м:

(3.7)

Втрати тиску в затворах засувок, м:

(3.8)

Втрати напору в коліні на поверхні, м:

(3.9)

Втрати напору при раптовому звуженні діаметру з d₁ до діаметра d₂, м:

(3.10)

(3.11)

Таким чином загальні втрати складають, м:

(3.12)

Такі втрати напору спостерігаються у фонтанній арматурі до штуцера.

Висновок: на цій практичній роботі ми набули практичних навиків розрахунку втрат напору у фонтанній арматурі.

Практична робота №4 Розрахунок шибера засувки

При відкритті засувки на маховику розвивається крутний момент, що визначається за формулою, Н·м

М = М_р+М_п+М_у (4.1)

М=_,193,7·10³+44,8·10³+70,9·10³ =309,4·10³.

де М_р,М_п,М_у - відповідно моменти тертя в різьбленні, в підшипниках і ущільненнях шпинделя відповідно. Для визначення цих моментів по формулах необхідно знати максимальне зусилля, діюче уздовж осі шпинделя в початковий момент відкриття засувки.

Зусилля, необхідне для переміщення шибера, діє уподовж осішпинделя,

складається з зусилля, з яким сідло прижате до шибера зі сторони входу (Q_вх, та зі сторони виходу Q_вих. Воно максимальне в початковий момент відкриття і визначається за формулою, кН

Q_о=( Q_вх+ Q_вих)μ=0,35·10³⁺0,21·10³·0,1=56·10³, (4.2)

де μ - коефіцієнт тертя, μ=0,1

Q_вх =(р_рπ/4)(D₁²-D²)=45·3,14/4·(0,127²-0,1²)=0,21·10³ (4.3)

де р_р - робочий тиск; D – діаметр прохідного отвору;

D₁- діаметр поверхні сідла, яка ущільнена.

Q_вх= р_рπD²/4=45·0,1²·3,14/4=0,35·10³ (4.4)

Момент тертя в різьбі Мр, Н·м:

^М_Р=Q₀L_ρ,= 56·0,00346=193,7 (4.5)

де L_р =0,346 см — умовне плече моменту в трапецеїдальному різьбленні. Трапецеїдальне різьблення 36X6 прийнято в конструкції засувки як основне ходове різьблення, що нарізається на шпинделі і втулці підшипників. Це різьблення служить для переміщення шибера, тобто для відкриття і закриття засувки.

Момент тертя в підшипниках визначають за формулою, Н·м:

^М_n=2Q₀ L_n =2·56·10³·0,0004=44,8 (4.6)

L_n - умовне плече моменту в підшипниках, м:

L_n=0.5D_cpƒ_mp =0,5·0,088·0,01=0,0004 (4.7)

де D_cp- середній діаметр підшипника приймаємо 8 см;

ƒ_mp ⁼ 0.01 - приведений умовний коефіцієнт тертя ковзання, визначуваний експериментально.

Момент тертя визначають для двох вузлів ущільнень, один вузол ущільнює шпиндель засувки, інший — контр-шток.

L_y = 3.5/2=1.75см . умовне плече моменту в ущільненні, визначуване

як половина діаметра шпинделя, що підлягає ущільненню.

Силу тертя у вузлі ущільнення визначають за формулою, кН :

T_y=ψd_BSp_p =0,36·0,025·0,01·45=4,05 (4.8)

де S=(d₃-d_B)/2=(0,045-0,025)/2=0,01 (4.9)

- ширина кільця ущільнення; (d₃.d_B - відповідно зовнішній і внутрішній діаметр ущільнення.

ψ- коефіцієнт, залежний від відношення h/s= , h - висота вузла ущільнення, мм

h=h₁n_cp.=0,008·4,5=0,036 (4.10)

Де h₁ - висота однієї манжети, h₁ = 8мм,

п_ср - середнє число манжет у вузлі ущільнення.

п_ср=( п₁+ п₂)1/2=(5+4)*0,5=4,5 (4.11)

де п₁=5 - число манжет у вузлі ущільнення шпинделя;

п₂ =4 - число манжет у вузлі ущільнення контрштока

ψ=0.1h/s=0,1·0,036/0,01=0,36 (4.12)

В початковий період відкриття засувки у вузлі ущільнення між поверхнею шпинделя і поверхнею манжет найбільше тертя. Момент тертя в двох вузлах ущільнення, Н·м:

M_y=T_yL_y =4,05·0,0175=70,9 (4.13)

Шибер засувки переміщується по вертикальній осі за допомогою шпинделя. Шпиндель з шибером з'єднуються за допомогою Т-подібного паза.

Визначаємо напруження від ексцентричного розтягування в перетині А-А, м:

де k=0,5 - коефіцієнт, який залежить від обробки робочих поверхонь Т-подібного паза

F_A-A = 0,5 ·(L-L₁)B=0,5·(0,133-0,069)·0,04=0,00128 (4.14)

Плече зусилля визначаємо за формулою, м

x_A-A=((L+l)/4)-((L₁+l₁)/4)=(0,133+0,069)/4-(0,069+0,052)/4=0,02 (4.15)

Момент опору перетину, м³ :

W_A-A=BH²/6 =0,04·0,034²/6=7,7·10^-6 (4.16)

Визначаємо напруження зминання в Т-подібному з'єднанні, МПа

Q_зм=kQ₀/F₃ =0,5·56·10³/0,00034=82,3·10⁶ (4.17)

Напруга зрізу в Т-подібному з'єднанні визначають за формулою, м³ :

F₃=0.5(L₁-l₁)B=0,5(0,069-0,052)·0,04=0,00034 (4.18)

Напругу згинання за формулою, MПа:

τ=kQ₀/Bh=0,5·56·10³/0,04·0,02=35 (4.19)

Плече діючого зусилля, м:

x=1/2- ((L₁+l₁) /4)=0,5-(0,069+0,052)/4=0,47 (4.20)

Момент опору, м³:

W=Bh²/6=0,04·0,02²/6=2,67·10^-6 (4.21)

σ_A=(kQ₀/F_A-A)+(kQ₀x_A-A/W_A-A) (4.22)

σ_A=(0,5·56·10³/0,00128)+(0,5·56·10³·0,02/7,7·10^-6)=94,6 (4.23)

За розрахунковий розмір шибера приймають діаметр прохідного отвору засувки, рахуємо, що шибер (пластина) по цьому діаметру затиснений і сприймає розподілене навантаження, рівне робочому тиску.

Розрахунок ведеться за формулою, м:

ƒ^I=ƒ[1+3.33(h/a)²]=11,1(1+3,33(0,02/0,039)²)=20,8 (4.24)

де ƒ - стріла прогину за формулою теорії тонких пластин;

h - товщина пластини;

а=3,9 радіус кривизни пластинки в см.

ƒ=0.17 р_рa⁴/Eh³ (4.25)

ƒ=0,17·( 45·0,039⁴·10⁶/2·10⁵· 0,02³)=11,1

де Е = 2·10 ⁵ MПа

Напруження в центрі пласти визначається за формулою, МПа:

σ_r=0.49 р_р(h/a)²=0,49·45·10⁶(0,039/0,02)²=83,8 (4.26)

Напруження біля контуру пластини, МПа:

σ_r= -0,75(a/h)² р_р=-0,75·(0,039/0,02)²·45·10⁶=-128,3 (4 .27)

σ_T=μσ_r=0,1·128,3=12,83

Таким чином перевірка шибера на міцність показує, що він має достатній запас, а отримана стріла прогину показує, що практично відсутні деформації шибера від дії робочого тиску. Практика виготовлення засувок на даний робочий тиск підтверджує дані, отримані розрахунком.

Висновок: на цій практичній роботі ми познайомилися із призначенням, основними параметрами засувок, набули практичних навичок розрахунку зусиль на маховику засувки та розрахунку шибера засувки.