Прочностной расчет насосно-компрессорных труб (НКТ)

Расчет по страгивающей нагрузке.
Под страгиванием резьбового соединения понимают начало разъединения резьбы трубы и муфты. При страгивающей осевой нагрузке напряжение в трубе достигает предела текучести материала, а затем труба несколько сжимается, муфта расширяется и резьбовая часть трубы выходит из муфты со смятыми и срезанными верхушками витков резьбы, но без разрыва трубы в ее поперечном сечении и без среза резьбы в ее основании.
Pст=πDсрBσт1+ηDсрctg(α+φ)2l = 3.14*41.7*10-3*2,19*10-3*379*1061+0.35*41.7*10-3*ctg(600+900)2*22,3*10-3 = 82098 Н
где Dср средний диаметр тела трубы под резьбой в ее основной плоскости, м; σт предел текучести для материала труб, Па (подобрать исходя из принятой группы прочности материала трубы); Dвнр минимальный диаметр трубы по впадинам резьбы, м; B- минимальная толщина тела трубы под резьбой; S номинальная толщина стенки трубы, м; α угол профиля резьбы, для НКТ по ГОСТ 633-80 α=600; φ угол трения, для стальных труб φ=90; l длина резьбы, м. При расчете B и Dвнр необходимо учитывать конусность резьбы НКТ 1:16.
B = 4 - 1,412= 2.58 мм
Dср=Dвнр+h = 40,3+1,412 = 41.7 мм
η=B(B+S) =2.58 2.58+4 = 0.35
Таблица 1.1- ГОСТ 633-80. Трубы гладкие с треугольной резьбой.
 Условный диаметр трубы Наружный диаметр
DНКТ, мм Толщина стенки S, мм Наружный диаметр муфты
Dм, мм Масса
1 п.м q,
кг Высота резьбы,
h, мм Длина резьбы до основной плоскости
l, мм
48 48,3 4,0 55,9 4,46 1,412 22,3
Максимальная растягивающая нагрузка при подвеске оборудования массой M на колонне НКТ составляет:
Pmax=gHспq+Mg+mжg
Pmax = 9,81*1500*4,46+4200*9,81+2712.96*9,81 = 133445
mж =720*1500*3.14*0,0402 / 2 = 2712.96 кг
где Hсп- глубина спуска НКТ; g- ускорение свободного падения, м/с2; q масса погонного метра трубы с муфтами, кг/м; mж масса поднимаемой жидкости в НКТ (считаем, что высота столба жидкости равна длине НКТ и плотность жидкости 850 кг/м3).
Если Pmax<Pст, то принимают одноступенчатую колонну труб.
Если Pmax>Pст, то рассчитывают колонну со ступенями различного диаметра.
Глубины спуска для различных колонн определяют из зависимости (колонны нумеруются снизу вверх):
Li=Pстi-Mg-mжgqig+qi-1g+..+q1g = 82098 -4200*9,81-2712.96*9,81 9.81*(20,7+27,2+30,4+33,5+36,5) = 98,1 м
Расчет по действию внутреннего или внешнего давления.
При действии внешнего или внутреннего избыточного давлений дополнительно к осевым напряжениям σ0 действуют радиальные σr и кольцевые напряжения σк:
σ0=4(gLq+Mg+mжg)π(Dн2-Dвн2) = 4*(4,46*98,1 *9.81+4200*9,81+2712.96*9,81) 3.14*(0,1462-0.1332) =54448149 Па
=21,7 МПа
если наружное давление больше внутреннего
σr=-(Pнар-Pв) = - (2-6) = 4 МПа
σк=PвDв-PнDн2S = 6*128-2*1682*9 = 24 МПа
где Pв и Pн соответственно внутреннее и наружное давления.
По теории наибольших касательных напряжений находят эквивалентное напряжение:
σэ=σ1-σ3 = 24-(4) = 20 МПа
где σ1- наибольшее, а σ3- наименьшее напряжение из осевых, радиальных и касательных напряжений, вычисленных ранее.
Затем эквивалентное напряжение сравнивается с пределом текучести материала труб, взятому с коэффициентом запаса прочности 1.35.
σэ≤σт1.35
20 ≤3791.35
1.3 Расчет на действие изгибных напряжений