Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Otchyot_po_zadacham.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
1.39 Mб
Скачать

Задача 9.

Сконструировать тонкостенный сосуд, работающий под давлением, по заданному рабочему объему и избыточному внутреннему давлению. Срок службы всех сосудов принять равным 25 лет.

Решение:

В начале необходимо рассчитать примерные размеры сосуда (диаметр и высоту), исходя из необходимого объема. Для этого необходимо составить формулу определения объема в зависимости от диаметра сосуда, а затем выразить из нее диаметр. Сосуд будет состоять из трех частей: полусферического верха, цилиндрической средней части и конического днища.

Длину цилиндрической части взять как 2.5­..3.5 диаметра сосуда. Высота конического днища будет равна радиусу цилиндрической части сосуда.

Дано:

L = 3*D– длина цилиндрической части, м

V= 4 – примерный объём сосуда, м^3

p = 3*10^6 – давление флюида внутри сосуда, Па

υкор = 0.15*10^*-3 – скорость коррозии в год, м/год

φ = 0.95 – коэффициент прочность сварного шва

π = 3.14

h = D/2

t = 25 – срок службы, лет

σm = 550*10^6 – предел текучести материала сосуда, Па

Рассмотрим основы расчета сосудов, работающих под давлением. В обобщенном виде промысловые сосуды имеют следующие составные элементы, подлежащие расчету: сферический верх, цилиндрическую часть и конусное днище.

Для начала расчитаем диаметр Dиз уравнения объема V:

Выражаем диаметр Dср, подставляем все величины и решаем уравнение. В итоге получаем:

2) Толщина стенки цилиндрической части, м:

где p- давление внутри сосуда, Па, D- средний диаметр сосуда, м, σm - предел текучести материала сосуда, Па, φ - коэффициент прочности сварного шва (примем равным 0.95), υкор- скорость коррозии в год, м/год, t­ - срок службы сосуда, лет.

3) Толщина стенки сферической части, м:

4) Толщина стенки конического днища определяется из следующего выражения, м:

где - угол наклона конуса к вертикали:

Чертеж сконструированного сосуда. Материал подбирался из “Краткий справочник инженера-механика”.

Чертеж сосуда

Задача 10.

Установка для освоения и капитального ремонта скважин УПА-60 (высота мачты от земли до кронблока 22 м) выполняет цикл подъема и спуска колонны НКТ в скважину. Необходимо найти а) коэффициент запаса выносливости подъемного вала лебедки и сравнить с допускаемым 1.2; б) максимальный прогиб подъемного вала в мм.

Дано:

Длина одной трубы НКТ в среднем 10 м; диаметр барабана установки 0.6 м; диаметр опасного сечения подъемного вала установки 70 мм; расстояние между подшипниковыми опорами подъемного вала установки 1.1 м; масса подвижных элементов талевой системы 2 т.

H = 1920 м – длина колонны НКТ

Типоразмер колонны = 73

Используемая оснастка 3х4

Материал подъемного вала установки, тип термообработки35ХМЗакалка до НВ 270

При нагружении вращающегося подъемного вала лебедки возникают переменные напряжения. Наибольшее значение с точки зрения прочности имеют переменные нормальные напряжения, которые изменяются по синусоидальному закону в нестационарном симметричном цикле.

Для расчета на прочность при нестационарном симметричном цикле нагружения необходимо воспользоваться зависимостью:

где - эквивалентное напряжение цикла, Па; - максимальное напряжение цикла, Па (соответствует максимальному напряжению при максимальной нагрузке на крюке); - максимальное напряжение цикла для i-го участка работы с постоянной нагрузкой на крюке, т.е. максимальное напряжение при подъеме колонны НКТ определенной длины, Па; - количество циклов нагружения на i-ом участке работы с постоянной нагрузкой на крюке, т.е. количество оборотов подъемного вала, необходимых для подъема одной трубы НКТ; m- показатель наклона кривой усталости, принимается равным 9 по результатам экспериментальных исследований; - базовое число циклов нагружения, принимается равным 107 по результатам экспериментальных исследований.

При этом, максимальное напряжение для каждого из участков работы с постоянной нагрузкой можно найти по зависимости:

где - изгибающий момент на i-ом участке работы с постоянной нагрузкой на крюке; - диаметр опасного сечения подъемного вала, м;[ - момент сопротивления сечения вала при изгибе, м^3.

Затем необходимо сравнить коэффициент запаса усталостной прочности с нормативным значением:

где - предел выносливости материала вала (зависит от способа термообработки, см. в «Краткий справочник инженера механика»), Па; - нормативный коэффициент запаса прочности валов, равен 1.2.

Максимальный прогиб подъемного вала можно определить по зависимости:

где - максимальное усилие от ведущей ветви талевого каната, Н; - длина подъемного вала, м.

Расчетные данные приведены в таблице.

H

Mi

P

Pt

σmax

σi

Сумм

σэ

1920

35520

355200

67272,73

37000

1099329632

1099329632

3,18471E-06

584500957,7

1910

35335

353350

66922,35

36807,29

1093603957

3,0385E-06

1900

35150

351500

66571,97

36614,58

1087878281

2,89829E-06

1890

34965

349650

66221,59

36421,88

1082152606

2,76386E-06

1880

34780

347800

65871,21

36229,17

1076426931

2,635E-06

1870

34595

345950

65520,83

36036,46

1070701256

2,5115E-06

1860

34410

344100

65170,45

35843,75

1064975581

2,39318E-06

1850

34225

342250

64820,08

35651,04

1059249906

2,27984E-06

1840

34040

340400

64469,7

35458,33

1053524230

2,1713E-06

1830

33855

338550

64119,32

35265,63

1047798555

2,06737E-06

1820

33670

336700

63768,94

35072,92

1042072880

1,96789E-06

1810

33485

334850

63418,56

34880,21

1036347205

1,87269E-06

1800

33300

333000

63068,18

34687,5

1030621530

1,78161E-06

1790

33115

331150

62717,8

34494,79

1024895855

1,69448E-06

1780

32930

329300

62367,42

34302,08

1019170179

1,61116E-06

1770

32745

327450

62017,05

34109,38

1013444504

1,53151E-06

1760

32560

325600

61666,67

33916,67

1007718829

1,45537E-06

1750

32375

323750

61316,29

33723,96

1001993154

1,38262E-06

1740

32190

321900

60965,91

33531,25

996267479

1,31311E-06

1730

32005

320050

60615,53

33338,54

990541804

1,24674E-06

1720

31820

318200

60265,15

33145,83

984816128

1,18336E-06

1710

31635

316350

59914,77

32953,13

979090453

1,12286E-06

1700

31450

314500

59564,39

32760,42

973364778

1,06512E-06

1690

31265

312650

59214,02

32567,71

967639103

1,01004E-06

1680

31080

310800

58863,64

32375

961913428

9,57509E-07

1670

30895

308950

58513,26

32182,29

956187753

9,07418E-07

1660

30710

307100

58162,88

31989,58

950462077

8,59671E-07

1650

30525

305250

57812,5

31796,88

944736402

8,14169E-07

1640

30340

303400

57462,12

31604,17

939010727

7,70822E-07

1630

30155

301550

57111,74

31411,46

933285052

7,29538E-07

1620

29970

299700

56761,36

31218,75

927559377

6,90231E-07

1610

29785

297850

56410,98

31026,04

921833702

6,52818E-07

1600

29600

296000

56060,61

30833,33

916108026

6,17219E-07

1590

29415

294150

55710,23

30640,63

910382351

5,83356E-07

1580

29230

292300

55359,85

30447,92

904656676

5,51154E-07

1570

29045

290450

55009,47

30255,21

898931001

5,20542E-07

1560

28860

288600

54659,09

30062,5

893205326

4,91452E-07

1550

28675

286750

54308,71

29869,79

887479651

4,63815E-07

1540

28490

284900

53958,33

29677,08

881753975

4,37568E-07

1530

28305

283050

53607,95

29484,38

876028300

4,1265E-07

1520

28120

281200

53257,58

29291,67

870302625

3,89002E-07

1510

27935

279350

52907,2

29098,96

864576950

3,66566E-07

1500

27750

277500

52556,82

28906,25

858851275

3,45287E-07

1490

27565

275650

52206,44

28713,54

853125600

3,25114E-07

1480

27380

273800

51856,06

28520,83

847399924

3,05995E-07

1470

27195

271950

51505,68

28328,13

841674249

2,87883E-07

1460

27010

270100

51155,3

28135,42

835948574

2,70729E-07

1450

26825

268250

50804,92

27942,71

830222899

2,5449E-07

1440

26640

266400

50454,55

27750

824497224

2,39123E-07

1430

26455

264550

50104,17

27557,29

818771549

2,24586E-07

1420

26270

262700

49753,79

27364,58

813045873

2,10841E-07

1410

26085

260850

49403,41

27171,88

807320198

1,97848E-07

1400

25900

259000

49053,03

26979,17

801594523

1,85572E-07

1390

25715

257150

48702,65

26786,46

795868848

1,73977E-07

1380

25530

255300

48352,27

26593,75

790143173

1,63031E-07

1370

25345

253450

48001,89

26401,04

784417498

1,52702E-07

1360

25160

251600

47651,52

26208,33

778691822

1,42958E-07

1350

24975

249750

47301,14

26015,63

772966147

1,33771E-07

1340

24790

247900

46950,76

25822,92

767240472

1,25113E-07

1330

24605

246050

46600,38

25630,21

761514797

1,16956E-07

1320

24420

244200

46250

25437,5

755789122

1,09276E-07

1310

24235

242350

45899,62

25244,79

750063447

1,02047E-07

1300

24050

240500

45549,24

25052,08

744337772

9,52466E-08

1290

23865

238650

45198,86

24859,38

738612096

8,88519E-08

1280

23680

236800

44848,48

24666,67

732886421

8,28417E-08

1270

23495

234950

44498,11

24473,96

727160746

7,71956E-08

1260

23310

233100

44147,73

24281,25

721435071

7,18943E-08

1250

23125

231250

43797,35

24088,54

715709396

6,6919E-08

1240

22940

229400

43446,97

23895,83

709983721

6,22522E-08

1230

22755

227550

43096,59

23703,13

704258045

5,78769E-08

1220

22570

225700

42746,21

23510,42

698532370

5,37771E-08

1210

22385

223850

42395,83

23317,71

692806695

4,99376E-08

1200

22200

222000

42045,45

23125

687081020

4,63437E-08

1190

22015

220150

41695,08

22932,29

681355345

4,29815E-08

1180

21830

218300

41344,7

22739,58

675629670

3,9838E-08

1170

21645

216450

40994,32

22546,88

669903994

3,69005E-08

1160

21460

214600

40643,94

22354,17

664178319

3,41571E-08

1150

21275

212750

40293,56

22161,46

658452644

3,15966E-08

1140

21090

210900

39943,18

21968,75

652726969

2,92081E-08

1130

20905

209050

39592,8

21776,04

647001294

2,69814E-08

1120

20720

207200

39242,42

21583,33

641275619

2,4907E-08

1110

20535

205350

38892,05

21390,63

635549943

2,29756E-08

1100

20350

203500

38541,67

21197,92

629824268

2,11784E-08

1090

20165

201650

38191,29

21005,21

624098593

1,95073E-08

1080

19980

199800

37840,91

20812,5

618372918

1,79545E-08

1070

19795

197950

37490,53

20619,79

612647243

1,65125E-08

1060

19610

196100

37140,15

20427,08

606921568

1,51744E-08

1050

19425

194250

36789,77

20234,38

601195892

1,39336E-08

1040

19240

192400

36439,39

20041,67

595470217

1,27838E-08

1030

19055

190550

36089,02

19848,96

589744542

1,17191E-08

1020

18870

188700

35738,64

19656,25

584018867

1,0734E-08

1010

18685

186850

35388,26

19463,54

578293192

9,82317E-09

1000

18500

185000

35037,88

19270,83

572567517

8,98172E-09

990

18315

183150

34687,5

19078,13

566841841

8,20495E-09

980

18130

181300

34337,12

18885,42

561116166

7,48849E-09

970

17945

179450

33986,74

18692,71

555390491

6,82818E-09

960

17760

177600

33636,36

18500

549664816

6,22014E-09

950

17575

175750

33285,98

18307,29

543939141

5,66072E-09

940

17390

173900

32935,61

18114,58

538213466

5,14648E-09

930

17205

172050

32585,23

17921,88

532487790

4,67418E-09

920

17020

170200

32234,85

17729,17

526762115

4,24082E-09

910

16835

168350

31884,47

17536,46

521036440

3,84354E-09

900

16650

166500

31534,09

17343,75

515310765

3,4797E-09

890

16465

164650

31183,71

17151,04

509585090

3,1468E-09

880

16280

162800

30833,33

16958,33

503859415

2,84252E-09

870

16095

160950

30482,95

16765,63

498133739

2,56468E-09

860

15910

159100

30132,58

16572,92

492408064

2,31124E-09

850

15725

157250

29782,2

16380,21

486682389

2,08032E-09

840

15540

155400

29431,82

16187,5

480956714

1,87013E-09

830

15355

153550

29081,44

15994,79

475231039

1,67904E-09

820

15170

151700

28731,06

15802,08

469505364

1,50551E-09

810

14985

149850

28380,68

15609,38

463779688

1,34811E-09

800

14800

148000

28030,3

15416,67

458054013

1,20551E-09

790

14615

146150

27679,92

15223,96

452328338

1,07647E-09

780

14430

144300

27329,55

15031,25

446602663

9,59866E-10

770

14245

142450

26979,17

14838,54

440876988

8,54625E-10

760

14060

140600

26628,79

14645,83

435151313

7,59769E-10

750

13875

138750

26278,41

14453,13

429425637

6,74389E-10

740

13690

136900

25928,03

14260,42

423699962

5,97647E-10

730

13505

135050

25577,65

14067,71

417974287

5,28768E-10

720

13320

133200

25227,27

13875

412248612

4,67038E-10

710

13135

131350

24876,89

13682,29

406522937

4,11798E-10

700

12950

129500

24526,52

13489,58

400797262

3,62445E-10

690

12765

127650

24176,14

13296,88

395071586

3,18421E-10

680

12580

125800

23825,76

13104,17

389345911

2,79215E-10

670

12395

123950

23475,38

12911,46

383620236

2,44361E-10

660

12210

122100

23125

12718,75

377894561

2,1343E-10

650

12025

120250

22774,62

12526,04

372168886

1,86029E-10

640

11840

118400

22424,24

12333,33

366443211

1,618E-10

630

11655

116550

22073,86

12140,63

360717535

1,40418E-10

620

11470

114700

21723,48

11947,92

354991860

1,21586E-10

610

11285

112850

21373,11

11755,21

349266185

1,05033E-10

600

11100

111000

21022,73

11562,5

343540510

9,0515E-11

590

10915

109150

20672,35

11369,79

337814835

7,78086E-11

580

10730

107300

20321,97

11177,08

332089160

6,67131E-11

570

10545

105450

19971,59

10984,38

326363484

5,7047E-11

560

10360

103600

19621,21

10791,67

320637809

4,86465E-11

550

10175

101750

19270,83

10598,96

314912134

4,13641E-11

540

9990

99900

18920,45

10406,25

309186459

3,50674E-11

530

9805

98050

18570,08

10213,54

303460784

2,96375E-11

520

9620

96200

18219,7

10020,83

297735109

2,49683E-11

510

9435

94350

17869,32

9828,125

292009433

2,09648E-11

500

9250

92500

17518,94

9635,417

286283758

1,75424E-11

490

9065

90650

17168,56

9442,708

280558083

1,46259E-11

480

8880

88800

16818,18

9250

274832408

1,21487E-11

470

8695

86950

16467,8

9057,292

269106733

1,00517E-11

460

8510

85100

16117,42

8864,583

263381058

8,28285E-12

450

8325

83250

15767,05

8671,875

257655382

6,79629E-12

440

8140

81400

15416,67

8479,167

251929707

5,55179E-12

430

7955

79550

15066,29

8286,458

246204032

4,51414E-12

420

7770

77700

14715,91

8093,75

240478357

3,65261E-12

410

7585

75850

14365,53

7901,042

234752682

2,94045E-12

400

7400

74000

14015,15

7708,333

229027007

2,3545E-12

390

7215

72150

13664,77

7515,625

223301331

1,87474E-12

380

7030

70300

13314,39

7322,917

217575656

1,48392E-12

370

6845

68450

12964,02

7130,208

211849981

1,16728E-12

360

6660

66600

12613,64

6937,5

206124306

9,12183E-13

350

6475

64750

12263,26

6744,792

200398631

7,079E-13

340

6290

62900

11912,88

6552,083

194672956

5,45343E-13

330

6105

61050

11562,5

6359,375

188947280

4,16855E-13

320

5920

59200

11212,12

6166,667

183221605

3,16016E-13

310

5735

57350

10861,74

5973,958

177495930

2,37473E-13

300

5550

55500

10511,36

5781,25

171770255

1,76787E-13

290

5365

53650

10160,98

5588,542

166044580

1,30299E-13

280

5180

51800

9810,606

5395,833

160318905

9,50127E-14

270

4995

49950

9460,227

5203,125

154593229

6,84909E-14

260

4810

48100

9109,848

5010,417

148867554

4,87663E-14

250

4625

46250

8759,47

4817,708

143141879

3,42625E-14

240

4440

44400

8409,091

4625

137416204

2,3728E-14

230

4255

42550

8058,712

4432,292

131690529

1,61774E-14

220

4070

40700

7708,333

4239,583

125964854

1,08433E-14

210

3885

38850

7357,955

4046,875

120239178

7,134E-15

200

3700

37000

7007,576

3854,167

114513503

4,59864E-15

190

3515

35150

6657,197

3661,458

108787828

2,89829E-15

180

3330

33300

6306,818

3468,75

103062153

1,78161E-15

170

3145

31450

5956,439

3276,042

97336477,8

1,06512E-15

160

2960

29600

5606,061

3083,333

91610802,6

6,17219E-16

150

2775

27750

5255,682

2890,625

85885127,5

3,45287E-16

140

2590

25900

4905,303

2697,917

80159452,3

1,85572E-16

130

2405

24050

4554,924

2505,208

74433777,2

9,52466E-17

120

2220

22200

4204,545

2312,5

68708102

4,63437E-17

110

2035

20350

3854,167

2119,792

62982426,8

2,11784E-17

100

1850

18500

3503,788

1927,083

57256751,7

8,98172E-18

90

1665

16650

3153,409

1734,375

51531076,5

3,4797E-18

80

1480

14800

2803,03

1541,667

45805401,3

1,20551E-18

70

1295

12950

2452,652

1348,958

40079726,2

3,62445E-19

60

1110

11100

2102,273

1156,25

34354051

9,0515E-20

50

925

9250

1751,894

963,5417

28628375,8

1,75424E-20

40

740

7400

1401,515

770,8333

22902700,7

2,3545E-21

30

555

5550

1051,136

578,125

17177025,5

1,76787E-22

20

370

3700

700,7576

385,4167

11451350,3

4,59864E-24

10

185

1850

350,3788

192,7083

5725675,17

8,98172E-27

1,15301E-05

Wx

Ni

σ-1

n

dF

E

J

3,36569E-05

31,84713

800000000

1,368689

0,001979

2E+11

1,17799E-06

Вывод: так как n , то полученное значение σэподходит для данного материала.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]