2.3.3 Перевірочний розрахунок деталей фланцевого з’єднання на статичну міцність

При розрахунку на міцність деталей арматури достатньо перевірити міцність шпильок, фланця, прокладки і циліндричної частини деталей арматури.

Перевірочний розрахунок фланця на статичну міцність проводиться у небезпечному перерізі А-А (рис. 2.19). Для розрахунку фланця його можна представити у вигляді консольної балки зафіксованої в перерізі А-А При цьому напруження згину

_∙ σ_у , (2.26)

де σ_у – границя плинності матеріалу фланця, Па;

- згинальний момент, Н^.м.

, (2.27)

де - зусилля затягування з’єднання, Н;

- плече згину, м

, (2.28)

де - ділильний діаметр кола центрів отворів під шпильки,м;

- середній діаметр небезпечного перерізу, м,

, (2.29)

де - більший діаметр шийки;

- момент опору фланця в небезпечному перерізі, м³

, (2.30)

де - ширина торця прокладки, м;

- повна висота тарілки фланця, м;

- глибина канавки, м.

а – розрахункова схема фланцевого з’єднання; б – механізм ущільнення фланцевого з’єднання першого типу; в - механізм ущільнення фланцевого з’єднання другого типу

Рисунок 2.19– Схема фланцевого з’єднання

2.3.4 Перевірка шпильки на міцність

Внутрішній діаметр шпильки по впадині різьби

визначається за формулою

, (2.31)

де σ_у - границя плинності матеріалу шпильки, Па;

z - число шпильок у фланцевому з’єднанні;

- коефіцієнт запасу міцності шпильки,

n₁ = від 3 до 5.

2.3.5 Розрахунок циліндричної частини елементів фонтанної арматури

Циліндричну частину ФА перевіряють, визначаючи товщину стінки циліндричної частини за формулою

, (2.32)

де d- внутрішній діаметр циліндричної частини, м;

- тиск всередині арматури, МПа;

- допустиме для даного матеріалу напруження на розтяг, МПа ;

- припуск на корозію, м; від 2 до 5 мм.

Припуск на корозію слід приймати у відповідності до умов експлуатації ФА.

Для визначення міцності прокладки перевіряють параметр β_І, який відображає стійкість форми прокладки при дії на неї осьових сил

β_І = 1,285h_роб / , (2.33)

де R₃ – середній радіус прокладки; R₃ = (r_з+ r_в) / 2.

Якщо β_І рівний або менший одиниці, то розрахунок вважається закінченим. Якщо більший, то потрібно зробити прокладку міцнішою, наприклад змінити матеріал прокладки і знайти нову ширину перерізу прокладки в із залежності

α₁ + , (2.34)

де - границя плинності матеріалу прокладки;

п₁ – запас міцності прокладки, який приймається дещо меншим, ніж у фланця.

Якщо у фланця запас міцності п_ф=2,5, то за рекомендаціями Азербайджанського науково-дослідного інституту нафтового машинобудування (АзІНмаш), п₁ = 2,25;

- кут нахилу зовнішньої поверхні канавки на фланці до його торця (65 - 75⁰).

2.3.6 Випробування фонтанних арматур

У процесі виготовлення корпусні деталі трубних головок, засувок і дроселів фонтанних арматур, а також трійники і хрестовини випробовуються на міцність і щільність матеріалу пробним тиском р_пр згідно табл. 2.1.

Таблиця 2.1 – Значення пробного тиску для випробування корпусних деталей фонтанних арматур

Робочий тиск рр, МПа	14	21	35	70	105	140
Пробний тиск рпр, МПа	2∙рр			1,5∙рр

Складові частини фонтанних арматур (засувки, дроселі, трубні головки) випробовуються підприємством-виробником на герметичність на робочий тиск.

Перед монтажем на свердловині фонтанна арматура загалом і її складові частини випробовуються на герметичність на робочий тиск.

Засувки, як правило, випробовуються в два етапи:

- на першому етапі засувку випробовують у привідкритому положенні на герметичність місць з’єднань і ущільнень;

- на другому етапі проводяться випробування на герметичність затвора засувки (при закритому шибері).

В обох випадках падіння тиску не допускається.

Випробування засувок на герметичність затвора проводиться обов’язково з двох сторін. Час витримки засувки під тиском складає 5 -15 хвилин.

Після монтажу на усті свердловини фонтанна арматура та її маніфольдні лінії випробовуються водою або повітрям на тиск не вище тиску опресування експлуатаційної колони і не вище робочого тиску передбаченого паспортом на фонтанну арматуру.