Расчетная часть-Расчет системы смазки двухвинтового многофазного насоса А5-2ВВ-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчет двухвинтового многофазного насоса А5-2ВВ-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

5. Техническое предложение

При использовании мультифазных насосов продукт, представляющий собой двухфазный поток нефти и газа, без сепарации передается непосредственно на установки подготовки нефти. В случае выхода из строя многофазного насоса предприятие понесет потери, которые будут достигать миллионы или миллиарды рублей в сутки.
Доля мощности, передаваемой с ведущего на ведомый ротор через шестерни, составляет половину всей потребляемой насосом мощности. Поэтому смазка и охлаждение их окунанием в масляную ванну или с помощью разбрызгивающих дисков недостаточно эффективна. При горизонтальном расположении роторов обе шестерни воздействуют на масло и интенсивно его перемешивают. Масло вспенивается. Происходит перегрев и окисление его. Ухудшаются условия смазки шестерен и подшипниковых опор, расположенных на стороне боковой крышки. Надежность работы насоса снижается.
Отказы механического оборудования из-за износа или разрушения зубчатых колес приводят к наиболее длительным простоям и требуют больших затрат для восстановления работоспособности.
Для снижения риска данного недостатка предлагается дополнительно установить поддон (рис.5.1), охватывающий по контуру нижние части синхронизирующих шестерен выше уровня смазывающей жидкости, при этом в основаниях поддона выполнены отверстия, к которым прикреплены трубки, другие концы которых размещены в масляной ванне ниже уровня смазывающей жидкости.
Цели модернизации:
• увеличение работы шестерен;
• повышение надежности наоса.


6. Технический расчет

6.1 Расчет болтового соединения на срез и смятие.

Болт поставлен без зазора (рис. 6.1). Болт испытывает осевую нагрузку на затяжку болта и нагрузки от веса детали. Произведем расчет болтового соединения на срез и смятие.


Рисунок 6.1 – Расположение действия сил на болт

На срез болт рассчитывают по формуле:

         (6.1)
где d – диаметр болта, мм;
 Р – сила, действующая на болта, которая будет складываться из нагрузки затяжки болта и веса детали (Р1 + Р2), Н.

Условие прочности на срез, МПа:

          (6.2)
где [τср] – допускаемое напряжение на срез, МПа (часто принимают [τср] = (0,2...0,3)σт (σт – предел текучести, МПа));
Для стали 35, с термообработкой – Нормализация, предел текучести равен σт = 320 МПа, по II случаю нагрузки. Отсюда найдем допускаемое напряжение на срез, МПа:


Нагрузку на болт при затяжки выберем из таблицы 6.1.

Таблица 6.1 – Допускаемые постоянные нагрузки для болтов с метрической резьбой из стали 35 [7]
Параметр Номинальный диаметр резьбы, мм
 6 8 10 12 14 16
Нагрузка, МПа А 1200 2200 3800 5800 8500 12000
 Б 2200 9000 15000 21000 30000 40000
А – неконтролируемая затяжка, нагрузка без учета силы затяжки;
Б – контролируемая затяжка, точный учет нагрузок, включая силы затяжки

Из таблицы 6.1 выбираем нагрузку А для болта с номинальным диаметром резьбы 10 мм.
Найдем вес закрепляемой детали Р1, Н:

          (6.3)
где m – масса изделия, кг;
 g – ускорение свободного падения, м/с2.

Необходимо найти массу изделия рис. 6.2.


Рисунок 6.2 – Дополнительный поддон

Для этого посчитаем массу отдельно каждой детали, входящую в данную конструкцию.
Найдем массу трубки (рис. 6.3).


Рисунок 6.3 – Трубка

Объем цилиндра найдем по формуле, м3:

     (6.4)
где r1 – радиус трубки без отверстия, м;
 h – высота трубки, м;

Найдем объем отверстия, м3:


где  r2 – радиус отверстия, м;
Общий объем трубки равен, м3:


Найдем массу трубки, кг:


где  ρ – плотность стали 20, кг/м3

Так как трубки две, то m = 0,11 кг.
Найдем массу соединяющего элемента (рис. 6.4).


Рисунок 6.4 – Соединяющий элемент

Для того чтобы найти объем призы сначала найдем площадь основания, м2:

  (6.5)
где  a, b – длина основания, м;
h – высота основания, м.

Объем призмы равен, м3:

     (6.6)
где  l – длина призмы, м.
Масса соединяющего элемента равна, кг:



Найдем массу боковых стенок (рис. 6.5)


Рисунок 6.5 – Боковая стенка

Найдем объем всего цилиндра, м3:



Объем части цилиндра равна V = 0,000023м3.
Найдем массу боковой стенки, кг:



Так как боковых стенки 4, то их общая масса равна m = 0,72 кг
Определим массу поддона (рис. 6.6).


Рисунок 6.6 - Поддон


Найдем объем данной фигуры, м3:

(6.7)






Общий объем фигуры равен, м3:



Найдем массу поддона, кг:



Так как поддона 2, то их общая масса m = 2,66 кг.
Определим массу держателей (рис. 6.7).


Рисунок 6.7 – Держатель
Условно разобьем держатель на несколько деталей и найдем их объемы и массы.
Найдем объемы фигур, м3:

    (6.8)




Найдем массу держателя, кг:



Так как держателя 2, то общая масса составит m = 0,336 кг.
Общая масса изделия равна, кг:



Найдем силу действующую от веса детали, Н:



Определим выполняется ли условием на срез, МПа:



Условие на срез выполняется.
На смятие болт рассчитывают по формуле:

          (6.9)
где  h – высота участка смятия, мм;

Условие прочности на смятие, МПа:

          (6.10)
где  [σсм] – допускаемое напряжение на смятие, МПа.

Для стали 35, с термообработкой – Нормализация, допускаемое напряжение на смятие равно σсм = 190 МПа, по II случаю нагрузки. Отсюда определить выполняется ли условие на смятие, МПа:



Условие прочности на смятие выполняется. [7]

6.2 Расчет прочности сварных соединений

Произведем расчет прочности сварных соединений держателя поддона (рис. 6.8).

Рисунок 6.8 – Место сварки держателя поддона

Примем, что детали поддона изготавливаются из стали 20.
В данном случае шов является нахлесточным и флангового типа.
Электроды, применяемые для сварки – Э42.
В таблице 6.2 находим по известной марке электрода допускаемое напряжение при срезе.

Таблица 6.2. Допускаемое напряжение для сварных швов в машиностроительных конструкциях при постоянной нагрузке.[7]
Сварка Для стыковых соединений При срезе
[τ’ср]
 при растяжении [σ’р] при сжатии [σ’сж] 
Ручная электродами:
Э42
Э42А 

0,9[σр]
[σр] 

[σр]
[σр] 

0,6[σр]
0,65[σр]
[σр] – допускаемое напряжение при растяжении для основного металла
Допускаемое напряжение стали 20 [σр] = 140 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение на срез найдем как:

       (6.11)

Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К – длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают 3 мм, если толщина металла s ≥ 3 мм.
В данном случае s = 5 мм, поэтому примем К = 3 мм.
Найдем допускаемую сила для соединения, кН:

        (6.12)

где  [τ’ср] – допускаемое напряжение для сварного шва при срезе, МПа;
К – катет шва, м;
L – весь периметр угловых швов, м ( для лобовых швов – L = l; для фланговых – L = 2l; для косых – L = l / sinβ; для комбинированных – L = 2l+l1).

Отсюда получается найдем L при l = 41 мм.
Произведем расчет прочности сварных соединений соединяющего элемента (рис. 6.9).

Рисунок 6.9 – Место сварки соединяющего элемнта

Примем, что детали поддона изготавливаются из стали 20.
В данном случае шов является нахлесточным и лобового типа.
Электроды, применяемые для сварки – Э42.
В таблице 6.1 находим по известной марке электрода допускаемое напряжение при срезе.
Допускаемое напряжение стали 20 [σр] = 140 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение на срез найдем как:



Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К – длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают 3 мм, если толщина металла s ≥ 3 мм. В данном случае s = 8 мм, примем К = 4 мм.
Найдем допускаемую сила для соединения, кН:



где  [τ’ср] – допускаемое напряжение для сварного шва при срезе, МПа;
К – катет шва, м;
L – весь периметр угловых швов, м ( для лобовых швов – L = l; для фланговых – L = 2l; для косых – L = l / sinβ; для комбинированных – L = 2l+l1).

Отсюда получается найдем L при l = 88 мм.
Произведем расчет прочности сварных соединений боковой стенки пооддона (рис. 6.10).

Рисунок 6.10 – Место сварки боковой стенки поддона

Примем, что детали поддона изготавливаются из стали 20.
В данном случае шов является нахлесточным и лобового типа.
Электроды, применяемые для сварки – Э42.
В таблице 6.1 находим по известной марке электрода допускаемое напряжение при срезе.
Допускаемое напряжение стали 20 [σр] = 140 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение на срез найдем как:



Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К – длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают 3 мм, если толщина металла s ≥ 3 мм. В данном случае s = 3 мм, примем К = 3 мм.
Найдем допускаемую сила для соединения, кН:



где  [τ’ср] – допускаемое напряжение для сварного шва при срезе, МПа;
К – катет шва, м;
L – весь периметр угловых швов, м ( для лобовых швов – L = l; для фланговых – L = 2l; для косых – L = l / sinβ; для комбинированных – L = 2l+l1).
Для того чтобы определить L найдем длину окружности, которая равна:

Рисунок 6.11 – Определение длины окружности

            (6.13)


Произведем расчет прочности сварных соединений гайки М18 (рис. 6.12).

Рисунок 6.12 – Место сварки трубки с поддоном
Примем, что детали поддона изготавливаются из стали 20.
В данном случае шов является нахлесточным и лобового типа.
Электроды, применяемые для сварки – Э42.
В таблице 6.1 находим по известной марке электрода допускаемое напряжение при срезе.
Допускаемое напряжение стали 20 [σр] = 140 МПа, отсюда следует, что допускаемое напряжение на срез найдем как:



Максимальную длину лобового и косого швов не ограничивают. Длину фланговых швов следует принимать не более 60К, где К – длина катета шва. Минимальная длина углового шва 30 мм; при меньшей длине дефекты в начале и в конце шва значительно снижают его прочность.
Минимальный катет углового шва Кmin принимают 3 мм, если толщина металла s ≥ 3 мм. В данном случае s = 16,4 мм, примем К = 7 мм.
Найдем допускаемую сила для соединения, кН:



где  [τ’ср] – допускаемое напряжение для сварного шва при срезе, МПа;
К – катет шва, м;
L – весь периметр угловых швов, м ( для лобовых швов – L = l; для фланговых – L = 2l; для косых – L = l / sinβ; для комбинированных – L = 2l+l1).

Отсюда получается найдем L при l = 29,6 мм. [7]