§ 6. Расчет замковых соединений

Размеры замковых соединений выбираются на основе данных длительного опыта эксплуатации. Расчеты ведутся главным образом с целью определения допустимых или требуемых моментов Затяжки резьбы при креплении замков. Возникающие напряжения зависят от натяга и от момента затяжки.

Натягом замкового соединения с конической резьбой называется расстояние между торцом ниппеля и муфты, соединенных вручную.

Сопряжение конических резьб может осуществляться с различ­ными натягами.

1. Натяг положительный; при свинчивании вручную натяг Н ^> 0, сопряжение резьбы происходит по обеим сторонам профиля.

5 Заказ 1015. 05

2. Натяг нулевой; при свинчивании соединения от руки натяг Н = 0, сопряжение резьб происходит по обеим сторонам профиля.

3. Натяг отрицательный; при свинчивании соединения от руки натяг Н = 0, но сопряжение резьбы происходит по одной стороне профиля, а по другой имеется зазор.

Величина натяга, установленная стандартом для замков труб диаметром 80 — 146 мм, составляет 0,65 мм и 1 мм для замков боль­ших диаметров.

В процессе работы на замковое соединение действуют те же внешние нагрузки, что и на бурильные трубы, но в соединениях возникают дополнительные напряжения от свинчивания с различ­ными натягами. При затяжке ключами замкового соединения вдоль оси резьбы возникает усилие, воспринимаемое одной стороной про­филя витка. Под действием этого усилия резьбовая часть муфты сжимается, а ниппеля растягивается.

Крутящий момент затяжки соединения

где М_т — крутящий момент, вызываемый силами трения на торце.

Здесь Q — усилие растяжения ниппеля, создаваемое весом ко­лонны и силами сжатия торцов замка для создания уплотнения;

/ — коэффициент трения при смазке, равный 0, 08 н- 0,1;

D и d_u — наружный и внутренний диаметры соприкасающихся

плоскостей упорных уступов ниппеля и торца муфты;

Л/р — крутящий момент, вызываемый силами трения

в резьбе. В конической резьбе с переменными диа-

метром и углом подъема витка, как показали иссле-

дования, почти всю осевую нагрузку воспринимают

витки, расположенные на половине длины резьбы

большого диаметра.

Приближенную величину момента М_р определяют из формулы

где d_e — средний диаметр резьбы;

Y₀ —угол подъема среднего витка резьбы; ф— угол уклона резьбы.

Нормальные напряжения от радиальных сил при свинчивании без натяга (# = 0)

^, (П-22)

где р—угол давления, р = 90°—-^\ а—угол профиля;

06

ф —угол уклона резьбы;

ti — поправочный коэффициент.

Нормальные напряжения, возникающие при действии радиаль­ных сил во время свинчивания, с натягом (Л">0),

, (П-23)

где ^ — внутренний диаметр ниппеля;

q — среднее радиальное давление от натяга,

t — рабочая высота профиля (знак « — » для муфты и знак «— »

для ниппеля замка или конца бурильной трубы). Результирующее напряжение в сечении замка или муфты

где ст_х и т —нормальное напряжение растяжения и кручения.

Влияние внутреннего давления прокачиваемой жидкости на напряжение о~₂ не учитывают, так как оно уменьшает напряжение в теле ниппеля и наибольшие напряжения будут возникать в периоды прекращения прокачивания жидкости.