2.2 Лекциялық сабақтардың конспекттері

Модуль№1 Конструкциялаудың мақсаттары, конструкциялардың сапалығын бағалаудың критерии. Пакерлерді есептеу және конструкциялау

Дәріс 1 Кіріспе. КОНСТРУКЦИЯЛАРДЫ ЖЕТІЛДІРУ ҮШІН КЕРЕКТІ НЕГІЗГІ БАСТАПҚЫ МӘЛІМЕТТЕР ЖӘНЕ КОНСТРУКЦИЯЛАРДЫҢ САПАЛЫҒЫН БАҒАЛАУДЫҢ НЕГІЗГІ КРИТЕРИЙЛЕРІ.

Машина жасау өнеркәсібінің негізгі мақсаты бұл жаңа жабдықтарды жасау немесе бар жабдықты модернизациялау. Мемлекеттің экономикалық дағдарысы машина жасау өнеркәсібіне тәуелді. Мұнай және газ өнеркәсібінің негізгі мақсаты мұнай және газды өндіру, ал ол үшін ең алдымен пайдаланатын жабдықтарды жасау керек.

Жабдықтарды жасаған кезде конструктор алдында біршама мақсаттар тұрады. Мысалыға әр түрлі көрсеткішті бір технологиялық процестер үшін машиналардың қатарын жасау. Сонымен бірге пайдалану және жөндеуді оңайлату үшін машиналар қатары тым көп болмауы тиіс. Машина және жабдықтар конструкциясы оптимальды болу керек, мүмкіндігінше ол келесі талаптарға сай болуы керек: құрама бөлшектер оңай жасалуы және реттелуі керек, жабдық тез сынбау керек және үлкен жүктемелерге төзімді болу керек, бөлшектер бір-бірімен оңай ауыстырылуы керек.

Сондықтан жабдықты конструкциялау кезінде машинаны жобалайтын адамның алдында бір емес бірнеше құрама мақсаттар тұрады.

Конструкцияларды жетілдіру үшін керекті бастапқы мәліметтер

Конструкцияларды жетілдіру үшін керекті бастапқы мәліметтер саны әдетте көп болады. Оларды басты көрсеткіштерге және қосымша мәліметтерге бөлуге болады.

Басты көрсеткіштер әдетте аз болады. Олар өз санымен жабдықтың негізгі мақсатын сипаттайды. Мысалыға сораптар үшін олар – белігілі уақытта берілетін сұйықтың көлемі, сораптың ішіндегі қысым; фонтанды арматура үшін олар - өткізуші каналдардағы қысым және осы каналдардың диаметрлері; іргелі және ағынды жөндеу үшін агрегаттар үшін олар – крюктың жүк көтергіштігі.

Сонымен бірге жабдықты жетілдіру кезінде басқа да қосымша мәліметтер керек, олар:

1. Жабдықтың габариті, массасы, орналастыру жағдайлары бойынша шектеулері;

2. Транспорттау, монтаждау жағдайлары; қондырығының жылжымалы, жартылай жылжымалы, қондырылатын немесе өзінен-өзі жылжитын болатының аңықтайтын жағдайлар;

3. Жабдықтың сенімділік көрсеткіштері;

4.Жабды жұмыс істейтін ортаның сипаттамасы:

5.Уақыт бойынша салмақтың түсу сипаттамасы (тұрақты, дискті айнымалы, белгілі заң бойынша өзгеретін)

6.Климаттық жағдайлар және жабдықтың орналасу категориясы;

7.Жасау және жөндеудің технологиялық ерекшеліктері;

8.Қоршаған ортаны қорғау жағдайлары және еңбек қорғауды қамтамасыз ету;

9.Экономикалық көрсеткіштер (бағасы, лимиттік бағасы, өз бағасын ақтау уақыты және т.б.)

Жасау және жөндеудің технологиялық ерекшеліктерімен, климаттық жағдайлар және жабдықтың орналасу категориясымен сипатталған жабдықтың конструкциясына қойылатын талаптарды қарастырайық.

Жабдықты жобалау кезінде бөлшектерді жасаудың және бөлшектердің беріктігін арттыру қазіргі заман әдістерін ескеру керек.

Бөлшектер өлшемдері ең қарапайым және сенімді жолмен тексерілуге тиіс.

Бөлшекті жасау уақытын, бағасын азайту үшін және өлшемдерінің, сапасын бақылауын оңайлату үшін бөлшек конфигурациясы максималды қарапайым болу керек.

Біртектес бөлшектер өзара алмастырмалы болу керек, бұл жабдықтың жинауын және жөндеуін оңайлатады. Жөндеуді оңайлату үшін тек қана бөлек бөлшектердің алмасуын ғана емес, сонымен бірге бүтін бірнеше бөлшектерден тұратын блоктардың алмасуын қамтамасыз ету керек. Мысалыға газмоторкомпрессордың лубрикаторлы майлау жүйесінде істен шыққан лубрикаторлы сорапты алмастыру.

Машинаны жобалау кезінде алмастырмалы және істен тез шығатын бөлшектердің, машинаның басқа бөлшектерін шешпей қолайлы шешілуін ойлау керек.

Барлық жобаланатын бөлшектер олардың белгілі климаттық және орналасу жағдайларында өзінің сипаттамаларын сақтау керек. Бөлшектің орындалуы белгілі макроклиматтық ауданға сәйкес келуі керек.

Климаттық аудандар МЕСТ 24482-80, 25650-83, 25870-83 бойынша ауданның орналасуына байланысты немесе жылдық орташа ауаның температуралық максимумдарымен минимумдарына, салыстырмалы ылғалдылыққа байланысты бөлінеді.

Бөлшектердің орындалуы келесі негізгі климаттық аудандармен сипатталады:

1.Қоңыржай климаты, бұл жерде ауаның температурасы +40-тан –45С-қа дейін өзгереді. Шифрдағы белгіленуі У;

2.Салқын климаты, бұл жерде ауаның температурасы –45С-тан төмендеуі мүмкін. Шифрдегі белгіленуі ХЛ;

3.Ылғалды тропикалық климаты, бұл жерде ауаның температурасы 20С, ал салыстырмалы ылғалдылық 80%-тен асады. Шифрдағы белгіленуі ТВ.

4.Құрғақ тропикалық климаты, бұл жерде ауаның орташа максималды температурасы 40С-тан жоғары және бұл аудандар ылғалды тропикалық аудандарға жатпайды. Шифрда белгіленуі ТС;

5.Тропикалық климаты, бұл кезде бұйым ылғалды және құрғақ тропикалық климаттардағы жағдайларға бейім болу керек. Шифрдағы белгіленуі Т;

6.Жоғарыда айтылған барлық климаттық аудандар, үшін жер бетінде белгіленуі О.

7.Қоңыржайлы салқын теңіз климаты (30 с.б. жоғары және 30 о.б. төмен), Шифрдағы белгіленуі М;

8.Тропикалық теңіз климаты (30 с.б және 30 о.б. арасында), Белгіленуі ТМ;

9.Жүзу ауданы шексіз кемелерде қондырылу үшін жасалынатын бұйымдар үшін белгілену ОМ;

10.Теңіздегі және жер бетіндегі барлық климаттық аудандарда қолдануға болатын бұйымдарда келесі белгі болады В.

Жабдықтардың қолдануы кезінде олардың орналасу орнына байланысты оларды келесі категориялар бойынша орындайды:

1.Ашық ауада жұмыс істеу үшін. Категория 1.

2.Сыртқы ауадан және ылғалдылықтан көп ерекшелігі жоқ және бұйымға күн радиациясының және атмосфералық жауын-шашынның тікелей әсері жоқ бөлемелерде жұмыс істеу үшін. Категория 2.

3.Табиғи вентиляциясы бар және температуралық өзгерулердің, ылғалдылықтың, шаңмен құмның әсері сыртқы ауладағы әсерден неғұрлым аз болатын бөлмелерде жұмыс істеу үшін. Категория 3.

4.Климаттық жағдайлары қолмен реттелетін бөлмелерде жұмыс істеу үшін. Категория 4.

5.Ылғалдылығы жоғары болатын бөлемелерде жұмыс істеу үшін. Бұл категорияға батырмалы және ішкі ұңғымалық жабдықтар жатады. Категория 5.

Сонымен Батыс Сібірде ашық ауада жұмыс істеуге арналған жабдықтың шифрі ХЛ1 болады. Ортадан тепкіш электросорап үшін батырмалы қозғалтқыш шифрда В5 белігісіне ие.

Жабдықты құрастыру кезінде бастапқы сипаттамаларды алу үшін құрастырылатын жабдықтың аналогтарының қолдануы бойынша статистикалық ақпарат қажет.

Жабдықтың сенімділігі

Машиналарды қолдану кезінде олардың сапасын бағалаудың маңызды критерии бұл жабдықтың сенімділігі. Сенімділіктің белгісі бұл жабдықтың керекті уақыт периоды ішінде өзінің қолдану көрсеткіштерін сақтай отырып берілген функцияларды орындау болып табылады.

Сенімділік – бұл құрамалы мағына, оның ішіне жабдықтың жұмыс істеу ұзақтылығы, жөндеуге қабілеттілігі, тоқтаусыз, сақталу мерзімі кіреді.

Жұмыс істеу ұзақтылығы – жабдықтың жұмыс істеу қабілеттілігінің сақталу мерзімінің ұзақтығы.

Жөндеуге қабілеттілігі – жабдықтың әр түрлі жағдайларда әр түрлі жөндеулерге тез әрі оңай дайын болуының қабілеттілігі.

Тоқтаусыз – жабдықтың белгілі бір уақыт аралығында жұмысқа қабілеттілігі.

Сақталу мерзімі – жабдықтың белгілі жағдайларда үзіліссіз жұмыс істеуге қабілетті жағдайын сақтау қабілеті.

Металл шығындығы және конструкция қатаңдығы

Әдетте металл шығындығы оның аналогы бойынша бағалайды. Бағалау критерийлері келесі болады:

Бұйымның массасы М – материал шығындығы көрсеткіші, бұйымның барлық бөлігінің массалырының қосындысын сипаттайды.

Бұйымның меншікті массасы М – жасалу массасы пайдалы эффектке байланысты Р жасалған бұйым бойынша тағайындалуы толық ресурс немесе көрсетілген уақытт бойынша

М = ;

Меншікті өндірістік материал шығындығы М – Дәл сол РТ шамаларының көбейтіндісінің бұйым жасауға кеткен материал шығының қатынасы,

М = ;

Меншікті пайдаланудағы материал шығындығы М – Дәл сол шамаларының көбейтіндісінің бұйым пайдалануына кеткен материал шығынының қатынасы,

М = ;

бұйымның меншікті материал шығындығы

М = М + М

Ұсынылған әдебиет 1[бет.3-45]

Бақылау сұрақтары

1. Құрастырудың негізгі мақсаттары қандай?

2. Әр түрлі типті машиналардың басты көрсеткіштерінің мысалдарын келтіріңдер?

3. Жабдықты құрастырған кезде басты көрсеткіштерден басқа бастапқы мәліметтерге қандай қосымша көрсеткіштер енгізіле алады?

4. Орналасу категориясына және климаттық жағдайларға байланысты бұйымдардың орындалу түрлерін атап шығыңдар?

5. Сенімділік теориясының негізгі терминдарына анықтама беріңдер?

6. Материал шығындықты бағалау қандай критерий бойынша жүргізіледі?

7. Металл шығындығын азайтудың қандай әдістері болады?

8. Бұйым және материал қатаңдығы дегеніміз не? Қатаңдықты көбейтудің әдістерін атаңыз?

Дәріс 2.ПАКЕРЛЕРДІ ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ КОНСТРУКЦИЯЛАУ

Пакер және оның элементтерінің функционалдық қызметі: ұңғы оқпаның герметизациялау және қабаттарын айыру; қондыру және қысым әсері кезінде остік жүктемелерді қабылдау; пакерді қондыру немесе шешу кезінде және оны ұңғыға түсірген кезде пакер элементтерін басқару; кейбір технологиялық функцияларын орындау. Бұл оның құрылымдық сүлбесін айқындайды, бұл құрылым келесі элементтерден тұрады: нығыздаушы элементтер, пакер тірегі, пакерді басқару жүйесі, технологиялық құрылғылар.

Пакердің кейбір элементтерін толықтырып қарастырайық.

Нығыздаушы элементтер остік жүктеме әсері кезінде шегендеуші құбырлар тізбегіне қысылып ұлғаяды. Резеңкеден жасалған элемент, 100С температурада жұмыс істеуге бейімделген. Элемент резеңкеленген және графиттелген асбесттен жасалған және температурасы 300-400С ортада жұмыс істеуге бейімделген.

Шегендеуші құбырлар тізбегінінің ішкі қуысында артық қысым болған кезде элемент шегендеуші құбырлар тізбегіне сығылып ұлғаяды. Оның резеңке элементі әрқашанда кордпен қабатталған.

Тығыздауыштары бар пакерлерде тығыздауыштар және шегендеуші құбырлар тізбегі арасындағы қуыс 10-20 мм тең.

Элементті ұңғыға созылуымен түсіреді. Ол да кордпен қабатталған резеңкеден жасалған. Тығыздаушы элементтер үшін келесі маркалы синтетикалық резеңке қолданылады 4326, 4327, 3825 (тығыздаушы элементінің деформациясы аз пакерлер үшін), 4004, 3826-С (дфеормациясы үлкен элементтер үшін).

Корд ретінде матаны, полимерлі немесе металды жіптерді қолданады. Пакерді құрастыру жаттығуында әдетте оның басты көрсеткіштері, қолдану жағдайлары беріледі.

Басты көрсеткіштерге пакерді түсіретін шегендеуші құбырлар тізбегінің ішкі диаметр диапазоны, қысым өзгеруі және пакерге арналған технологиялық процесстің ерекшеліктері жатады.

Сенімді тығыздауыш пакермен шегендеуші құбырлар тізбегінің диаметрлерінің айырмасы 15-20 мм кезінде жасалынуы мүмкін. Қысымның жұмысшы өзгерулері әдетте 10-100МПа-ға тең. Технологиялық процесстер әдетте пакерден кесуші-клапан, бір-бірімен байланыспаған каналдардың және кері клапанның болуын қажет етеді.

Басқа бастапқы мәліметтерге температура, қоршаған ортаның қаталдығы, пакердің көтерусіз жұмыс істеу мерзімі, сенімділік көрсеткіштері жатады.

Пакерді есептеген кезде герметизациялауға қажетті контактті қысымды, осы қысымды жасайтын остік күшті, тығыздаушы элементтің оптимальды биіктігін, пакер штогінің жүру ұзындығын, тығыздаушы элемент кордының көрсеткіштерін анықтайды.

Шегендеуші құбырлар тізбегі және тығыздаушы элементтер арасындағы контактті қысым мынағана тең

(1)

бұл жерде - контактті қысымдар.

Пакерлерде қолданатын резеңке Пуассон коэффициентіне ие.

контактті қысымын және ұңғы оқпанының герметикалық айырылуын қамтамасыз ететін Q остік күшін аңықтау үшін келесі теңдеу қолданылады:

(2)

(3)

бұл жерде F – тығыздаушы элементтің деформацияланған күйіндегі көлденең қимасының ауданы; G=5,1 – 1 МПа – резеңке жылжыуының модулі; R_п және R_с – резеңкенің деформацияға дейінгі және деформациядан кейінгі сыртқы радиусы; r_ш- резеңкенің ішкі радиусы; р - пакердегі қысымның өзгеруі.

Бос күйіндегі пакер элементінің биіктігі оның ауданың деформацияға дейін және деформациядан кейін тең болуы жағдайынан аңықталуы мүмкін. Кейбір авторлардың айтуы бойынша бұл жағдай резеңкенің пакермен шегендеуші құбырлар тізбегінің арасындағы қуысқа ағып кетуінен сақтайды.

Бұл жағдайды ескерсек біздің есептеуіміз тығыздаушы элементтің ең аз биіктігін береді

(4)

Бұл жерде – элементтің сығылған жағдайдағы биіктігі.

Пакерлерде осындай тығыздауыштардың бірнеше болуы жақсы.

Тығыздаушы элементтің ең үлкен биіктігі пакердің остік қысымының жүктемесі кезінде өзін-өзі орнықтыру шартынан табуға болады.

(5)

бұл жерде f – үйкеліс коэффициенті.

Пакердің құрылысында шток жүрісінің ұзындығы алдын-ала жобалану керек, ол тығыздаушы элементтің сығылуын және тығыздауыштың герметикалығын қамтамасыз етеді.

Шток жүрісінің үлкеюі тығыздауыш элементтердің зақымдауына әкелу мүмкін.

Шток жүрісінің оптимальды ұзындығын келесі формула бойынша аңықтауға болады:

(6)

Бұл жерде h – жүктелмеген, бос тығыздаушы элементтің биіктігі;

Диаметрлері 146 және 168 мм шегендеуші құбырлар тізбегі үшін арналған пакерлерге k_оп=1,13, 178 және 299 мм k_оп=1,09-1,07.

Гидравликалық пакерде цилиндр ұлғаю кезінде резеңкеде және кордта азғана күш салу пайда болады, негізі күштің қатаңдығы көбірек корд жіптерін қабылдайды.

Тығыздаушы элементтің беріктігін анықтайтын негізгі көрсеткіш корд қабатының қалыңдығы, ол корд материалының қабатының санымен анықталады:

, (7)

бұл жерде р– пакердегі қысымның өзгеруі; R_к- пакердің ұңғына жарларына сығылған кездегі кордтың орташа радиусы; [N] - жіп айырылуына мүмкін күш салу; t - корд матасының жіптерінің жүрісі;  - пакердің ұңғыма жарларына сығылған кездегі корд жіптерінің көтерілу бұрышы.

Корд жіптерінің көтерілу бұрышы келесі әдіспен анықталады:

, (8)

бұл жерде R_ко– пакер кордінің бос жағдайдағы орташа радиусы; _б- корд жіптерінің бастапқы көтерілу бұрышы. Соңғы теңдеуден табамыз:

cosβ (9)

Тығыздаушы элементтің бос жағының остік жылжуы

, (10)

бұл жерде l, l₀ - корд жіптерінің қабатының шегендеуші құбырлар тізбегіне сығылған кездегі және бос күйіндегі жіп оралу жүрісі; L – кордтың бос күйіндегі орамның жұмысшы биіктігі.

; (11)

Пакерді есептеген кезде плашкалы ұстаудың шегендеуші құбырлар тізбегінің беріктігіне әсерін тексеру керек.

Плашкалар сақиналы қуысты толығымен жабатын пакерлерде шегендеуші құбырларға түсетін жүктеме бүкіл периметр бойынша бірқалыпты үлестірілген. Осы кезде плашкалы ұстағышқа максимальды остік жүктеме мынаған тең:

Q (12)

Шегендеуші құбырлар тізбегінің периметрі бойынша плашкалардың шектелген контакті кезінде олардың арасындағы құбырлар аумақтары бұралуға жұмыс істейді. Онда

Q (13)

Бұл жерде _а– шегендеуші құбырлар тізбектер құбырлар материалының ағу шегі; n - плашка саны;  - плашка конусының бұрышы; D, d, h – шегендеуші тізбек құбырының сыртқы және ішкі диаметрі және қабырға қалыңдығы; l_пл- плашка биіктігі; L_пл - плашка хордасының ұзындығы; f_пл - плашка қабатының дөңес аталуы (стрела дуги).

(4.12) теңдеу есептеулері бойынша 114-219 мм диаметрлі шегендеуші құбырлар үшін беріктік қоры 1,15 ал диаметрі 219 мм-ден жоғары құбырлар үшін 1,52-ге тең деп алынады. Жанама күш салудың шегі деп алсақ (4.13) теңдеуі бойынша есептегенде беріктік қорын екі есе үлкен деп алады.

Пакер конструкциясын жобалау кезінде шекті жүктемені тығыздаушыны жасау (4.3) үшін керекті жүктемемен салыстырылады. Егер Q_шек<Q болса, онда пакер конструкциясына керекті өзгертулер енгізіледі.

Пакерді қисайған ұңғымаларда қолдану үшін жобалау кезінде пакердің оқпанның қисық жерлерінен өткенде деформациялану мүмкіндігін ескеру керек. Ұңғының қисатылған жерін өткен кездегі пакердің ұзындығы келесі теңдеу арқылы анықталады

. (14)

Бұл жерде R- ұңғы оқпанының қисаю радиусы; s - пакер және шегендеуші тізбек арасындағы қуыс.

Ұзындығы асып кетсе пакер қисайған жерде тұрып қалады немесе өзі қисаяды. Соңғысы оның деформациясына әкелу мүмкін.

Бұл есептеу қисайтылған ұңғыға түсірілетін жабыдқтардың бәріне де ортақ (сораптар, батырмалы қозғалтқыштар және т.б.).

Ұсынылған әдебиет 1[бет 45-52]