63. Опишіть можливі причини недостатньої інформації про напружений стан конструкції. До яких наслідків це може привести?

До головних факторів, які обумовлюють відхилення реальних напружень і коефіцієнтів запасу міцності від розра-хункових слід віднести :

• складність геометричної форми деталі (корпусні і базо-ві деталі засувок, превенторів, гідравлічні коробки бурових насосів та ін.);

• відхилення розрахункової схеми навантаження від ре-альних умов навантаження;

• додаткові навантаження внаслідок неточності монтажу, виготовлення та складання конструкції;

• складність розрахунку значень окремих видів експлу-атаційних навантажень на конструкцію.

Проектуючи конструкцію в умовах недостатньої інформації про напружений стан несучих деталей, конст-руктор змушений йти по шляху підвищення коефіцієнтів запасу міцності, що приводять до збільшення маси виробу. Ефективним засобом в даній ситуації є використання експери-ментальних методів визначення напружень (тензометрич-ного, поляризаційно-оптичного, методу лакових плівок та ін.).

64. Дайте визначення коефіцієнта запасу міцності конструкції. Конкретизуйте суть його впливу на матеріаломісткість виробу.

Величина необхідного коефіцієнта запасу міцності залежить від ряду обставин (призначення деталі, умови роботи, точності визначення діючих навантажень і т.п.) і вибирається згідно із прийнятими нормами чи існуючим досвідом експлуатації деталі. Стандартизований для талевого канату, НКТ, обсадних труб, шпильок ФА)

Коефіцієнт запасу міцності дорівнює відношенню границі витривалості, визначеної для деталі , до номінального значення максимального напруження, що виникає в небезпечній точці деталі. Номінальним є значення напруження, що визначене методами опору матеріалів (без врахування концентрації і т.п.).

65. На якому фізичному принципі грунтується тензометричний спосіб визначення напружень в конструкції? В основу тензометричного методу покладений відомий фізичний принцип зміни електричного опору дроту при зміні його довжини. З цією метою на деталь наклеюють тензо-датчик (рис. 4.8), який являє собою смужку паперу, на якій укладений і закріплений дріт діаметром 0,015-0,030 мм. Тензодатчик наклеюють таким чином, щоб довжина петель дроту (база L тензодатчика) збігалась з напрямом очікуваної деформації деталі. Як правило, база датчиків 10-20тмм. Кінці дротини тензодатчика з’єднуються за відповідною схемою з підсилюючою і вимірювальною апаратурою.

Т ензометричний метод характеризується високою точ-ністю вимірювання (± 5%). Визначення величини напружень цим методом можливе лише в зоні пружних деформацій.

Рисунок 4.8 – Схема тензодатчика:

1 – деталь; 2 – тензодатчик

Наведіть приклади конструкцій нафтогазового машинобудування, для експериментального визначення напруженого стану яких доцільно використати метод лакових покрить.

Обгрунтуйте можливі раціональні геометричні форми поперечного перерізу балансира 3 (рис. 4.3). Зарисуйте їх.

68. Поясніть, чому використання зварювальних техноло-гій при виготовленні конструкцій машинобудування приво-дить до зменшення їх матеріаломісткості.

Використання зварних конструкцій . Характерним для бурового і нафтогазопромислового обладнання є наявність масивних і складних за формою корпусних та базових дета-лей. Це – станини і корпуси насосів, компресорів, редукторів, корпуси та базові деталі вертлюгів, превенторів, колонних головок тощо. Вказані деталі, як правило, сприймають великі експлуатаційні навантаження. Їх маса складає значну частку в загальній масі виробу. Тому зменшення маси певної номенклатури бурового нафтогазопромислового обладнання пов’язане перш за все із зменшенням маси корпусних і базових деталей.

Використання зварювальних технологій суттєво зменшує масу складних за формою деталей. Однак слід зауважити, що виготовлення зварних конструкцій супроводжується певними труднощами, пов’язаними з температурними деформаціями зварюваних деталей, із забезпеченням необхідної міцності та щільності зварних швів, з їх контролем та ін.

69. Поясніть суть наведеного далі правила: “Використання зміцнюючих технологій при виготовленні конструкцій суттєво зменшує їх матеріаломісткість”. Наведіть приклади таких технологій і приклади конструкцій, в яких вони реалізуються.

Використання зміцнюючих технологій. Зміцнення де-талей конструкцій, а отже і зменшення їх матеріаломісткості можна досягти шляхом використання зміцнюючих технологій, а особливо об’ємного гартування. Останнє суттєво підвищує меха-нічні показники конструкційних сталей. Наприклад, для сталі 45 в незміцненому стані (кована або катана) границя текучості σ_Т і границя міцності σ_В відповідно становлять 353 МПа і 598еМПа. Після гартування (температура нагріву 1100 ^оС, охолодження в маслі) вказані механічні показники відповідно зростають до 610-620 МПа і 920-950 МПа.

Ще один приклад. Границя міцності σ_В для кованої сталі 45Х становить 700 МПа. Після гартування і відпуску при температурі 600 ^оС границя міцності досягла 1000 МПа, а після гартування і відпуску при температурі 500 ^оС – до 1200гМПа.

70. Дайте визначення жорсткості конструкції. Наведіть приклади конструкцій бурового обладнання, для яких вимоги жорсткості окремих деталей є суттєвими. Жорсткість конструкції – це її здатність чинити опір дії зовнішніх сил з деформаціями, які забезпечують її праце-здатність. Підвищені деформації окремих деталей можуть порушити нормальну роботу конструкції задовго до появи в них небезпечних для міцності напружень. Наприклад, недостатня жорсткість корпусу виробу може стати причиною відмови окремих спряжених деталей і вузлів, змонтованих в ньому. Недостатня жорсткість вала редуктора не забезпечить необхідні умови зубчастого зачеплення, призведе до перед-часного спрацювання зубків.

71. Поясніть суть методу блокування деформацій для підвищення жорсткості конструкцій. Наведіть приклади таких конструкцій з номенклатури нафтопромислового обладнання.

Метод блокування деформацій. Цей метод викорис-товується широко в машинобудуванні, а особливо для підвищення жорсткості стержневих конструкцій. Його суть полягає в тому, що до складу конструкції включають деталь, яка блокує деформації в напрямку дії навантаження (рис.о4.12). При проектуванні стержневих конструкцій для

реалізації даного методу просторове розміщення блокуючої деталі повинно бути таким, щоб вона працювала на розтяг.

Рисунок 4.12 – Приклад використання методу блокування деформацій для підвищення жорсткості конструкції:

а – нежорстка конструкція; б – жорстка конструкція

Опишіть, яким чином можна підвищити жорсткість стояка 4 (рис. 4.3) без суттєвого збільшення його матеріаломісткості.