Расчетная часть-Расчет силового привода СА-25,СА-30-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет силового привода СА-25,СА-30-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчет болтового соединения на срез(сдвиг).
Произведем расчет на срез болтового соединения крепления рамы СА25 к швеллерам, установленным на раме АСДУ.
В креплении используем болты М30х140 ГОСТ 7798-70 материал Ст.З . Чис-ло болтовых соединений - 8шт.
Болтовые соединения расположены по периметру рамы СА25 равномерно. Это позволяет сделать расчет из условия , что на каждое i - тое болтовое со-единение действует срезающая сила:

Предел прочности для стали марки Ст.3 - Мпа,
Следовательно:

МПа

Условие прочности болта на срез:
,

где кг, мм = 3 см – диаметр болта.
МПа

Условие прочности соблюдается:


Запас прочности:
Вывод: крепление силового агрегата на восемь болтов М30x140 ГОСТ 7798-70 обеспечит 6-ти кратный запас прочности болтового соединения на срез.
Расчёт болтового соединения на смятие.
Условие прочности на смятие имеет вид:
,
где - напряжение смятия болта, МПа;
Р - сила действующая на болт, Н. В данном случае - это вертикальная состав-ляющая действующей силы F. Учитывая, что сила F действует под углом 45° горизонтальная и вертикальная составляющие будут равны, следовательно, Н.
- площадь проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость, м2;
[ ] - допускаемое напряжение смятия, МПа;
Учитывая, что болты изготавливаются из стали СтЗ и коэффициент запаса прочности равен 1,7 допускаемое напряжение смятие будет равно 160 МПа (АНУРЬЕВ).
Площадь проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость нахо-дится по формуле, м2:
,
где - толщина пластины 1 и пластины 2, равная 0,08 м;
- диаметр болта, м.

Подставляя значения в формулу, получим:

Из формулы можно выразить необходимый диаметр болта, м:


Можно сделать вывод, что данное болтовое соединение не несёт большой нагрузки на смятие. Следовательно, выбираем диаметр болта, полученный при расчёте на срез d=36 мм.

Расчет сварочных швов.
Произведем расчет необходимой длины сварочных швов крепления опорных швеллеров к площадке рамы силового агрегата АСДУ.
Конструктивно выбираем швеллер №20 ГОСТ 8240-72. Расположение швел-лера согласно чертежу .
В качестве статических нагрузок на каждый опорный швеллер примем вес располагаемого оборудования Р=8630 кг. Высота шва (катет шва) h=8 мм.

Условие прочности флангового шва имеет вид:
,
где - усилие , действующие на шов; - длина шва; - наименьшая шири-на площадки среза; - допускаемое напряжение на срез.
Необходимая длина сварочного шва:

Допускаемые напряжения для шва в зависимости от типа электродов со-ставляют обычно от 50% до 70% допускаемых напряжений на растяжение ос-новного (свариваемого) металла.
Данные на сварочный шов, выполненный электродами УОНИ 13/45 ГОСТ 9467-75 тип Э42А допускаемое напряжение на срез = 110 МПа.
Усилие действующее на шов принимаем равное весу силового агрегата:
= 8630кг = 84574 Н.
Подставляем значения:

м
Для обеспечения прочности при знакопеременных динамических нагрузках и вибрации, каждый опорный швеллер необходимо соединять с площадкой аг-регата АСДУ сварочными швами:
-  Длина одного сварочного шва - 14 см ;
- Число сварочных швов n= 10 ;
- Места наложения сварочных швов - согласно схемы 1.


Расчет на прочность ступицы планшайбы муфты ШПМ500.
В результате замены двигателей возрос крутящий момент на деталях ши-нопневматической муфты ШПМ500.
Силовой агрегат СА25-02 обеспечивает на выходном валу редуктора РС301 ВУ2
Произведем расчет на прочность наиболее опасного сечения ступицы:


Определим площадь сечения, :
,
где -площадь круга диаметром 177мм; -площадь круга диаметром 123мм; -площадь занимаемая отверстием подвода воз-духа; -площадь занимаемая шпнокой.
Площадь сечения:
м2,
Условие прочности:
,
Полярный момент сопротивления определим по формуле:

где =0,177м - диаметр ступицы по внешней окружности, = 0,123м - диа-метр ступицы по внутренней окружности.
Марка стали , из которой изготовлена ступица - Сталь 40Х ГОСТ 4543- 71.
Данные справочные для Стали 40Х:
МПа
МПа
Максимальный крутящий момент, Н·м
Подставляя значения , находим полярный момент сопротивления:
м3
МПа ,

Вывод: изделие выдерживает нагрузки с большим запасом прочности.
Расчет рамы основания силового блока.


Обозначение: 1 - салазки рамы из двутавровой балки №45; 2 - опорные балки из швеллера №20 (4 штуки); 3 - плита опорная (лист) под двигатель; 4 - плита опорная под КПП.
Исходные данные:
Q1 = 86,3 кН, Q2 = 85 кН, Q = 5 кН, а1 = 4м,а2 = 4,6 м, а3 = 6,4 м, а4 = 7,2 м, а5 = 9,8 м.
Рассчитаем опорные балки 2, как наиболее нагруженные элементы в раме. Распределенная нагрузка на одну опорную балку:




где L = 1600мм - длина опорного швеллера.
Подставляем значения:
кг/м,
Составляем уравнение сил F(Ra,x):
От условного сечения ,
,
Составляем уравнение моментов сил М(Ra,x):
От условного сечения ,





Решая уравнения в программе MathCad получаем следующие значения: Ra=Rb= 1079кг.

Решим уравнение моментов:
,
Максимальный изгибающий момент в середине балки Ма=863 кг/м.
Момент сопротивления балки :

кг/м2
Предел текучести Ст.З
МПа
Запас статической прочности



Расчет балки на выносливость.
Ресурс двигателя:
При номинальной частоте вращения п=1070 об/мин, число циклов за время Re
, число циклов
Предел выносливости Ст.З:
МПа,
Учитывая динамичность процессов работы основных механизмов буровой установки вводим коэффициент Кд=1,5.
Расчетное число циклов




Вывод: балка выдержит нагрузку за ресурсное время двигателя.




Расчет кинематический.
Задачей расчета является определение зависимостей возможной скорости подъема крюка от нагрузки на крюке, частоты вращения стола ротора от крутящего момента на столе, давление на выходе бурового насоса от его производительности, а также проверка применимости силовых агрегатов СА30, СА25-03 в приводе БУ «Уралмаш» ЗД-86.
Данные для расчета.
В качестве исходных данных используем:
- Кинематическая схема БУ «Уралмаш» ЗД-86 (приложение _);
- Для расчета возьмем номинальные характеристики двигателя Д218- 1 (6 ЧН 21/21): кол-во оборотов вала двигателя пдв=1160 об/мин, Рдв=650кВт. На этом режиме СА30 с редуктором i= 1,167 будет обеспечи-вать на выходном валу редуктора - 1000 об/мин, максимальный крутящий момент - 6000 Нм.
- СА25-03 с редуктором i= 1,543 будет обеспечивать на выходном валу редуктора - 784 об/мин, максимальный крутящий момент - 7900 Н-м.
- Два агрегата СА30 установлены для привода буровой лебедки ЛБУ 1200-1Д, ротора Р-700.
- Два агрегата СА25-03 установлены для индивидуального привода первого и второго бурового насоса НБ-600АШ.
- Оснастка талевой системы 5x6. КПД полистпаста талевой системы = 0,849, кратность талевой системы iTC = 10.
- Значения передаточных чисел трансмиссии привода лебедки приве-дены в таблице 1.
Таблица 1. Значения передаточных чисел трансмиссии привода лебедки

Номер передачи Участвующие переда-чи Передаточное число,


I 
23,68
II 
10,52
III 
6,15
IV 
3,99

V 
2,8
Реверс I пер.   27,74
Реверс II пер.   12,32
Реверс III пер.   7,2
Реверс IV пер.   4,67
Реверс V пер. 
3,28

Расчет.
Определим КПД трансмиссии:

где = 0,99 - КПД вала в подшипниковых опорах, = 0,97 - КПД ци-линдрической зубчатой передачи, = 0,97 - КПД подъемного вала в сборе.
.
Средний диаметр барабана лебедки:
Средний диаметр барабана лебедки :

где - минимальный диаметр навивки каната, м; - диаметр бочки барабана, м; d - диаметр каната, м.
Наибольший диаметр навивки каната (м)
,
где z - число слоев навивки каната; = 0,93 - 0,95 - коэффициент уменьшения диаметра навивки за счет смятия и укладки.
Подставляем значения:
z=4, =0,8м, d = 0,032м.
м

Исходные данные для расчета:
Кратность талевой системы = 10;
Вес талевой системы = 100 кН ;
КПД талевой системы = 0,849;
КПД трансмиссии =0,859;
Мощность двигателя = 650 кВт ;
Частота вращения = 1000 об/мин =16,66 с1;
Расчет скорости подъема крюка произведем по формуле:

Значение передаточных чисел ;
м/с
м/с
м/с
м/с
м/с
Диапазон скоростей ;












Скорость спуска крюка при включенном реверсе пятой передачи будет со-ставлять:
м/с

Расчет нагрузки на крюке с учетом, что на привод лебедки расходуется мощность одного си-лового агрегата СА30:

Подставляем значения:

кН,

кН,
кН,

кН,

кН.

Диапазон нагрузок
тн. (В работе один СА30)

Расчет нагрузки на крюке в таком режиме работы силового привода , когда мощность двух агрегатов СА30 расходуется только на привод буровой лебедки.
При одновременной работе двух агрегатов на один суммирующий ре-дуктор вводится коэффициент потери мощности :
= 0,8 - 0,9 Мощность на валу суммирующего редуктора:

кВт

Формула примет вид:

,

Подставляем значения:

кН,

кН,

кН,

кН,

кН.

Диапазон нагрузок тн. (В работе два СА30)



График изменения подъемной характеристики лебедки.





Время подъема свечи на каждой передаче определим по формуле:

Для БУ ЗД-76 длина свечи м,
с, с, с, с, с.
Матрица значений времени подъема свечи на разных скоростях:

с.


Расчет привода ротора.
Значения передаточных чисел трансмиссии привода ротора приведены в таблице 2.
В расчете принята звездочка ротора .
Номер передачи Участвующие передачи Передаточное число,

I 
17,08
II 
12,81
III 
4,43
IV 
2,87
Реверс I пер. 
23,18
Реверс II пер. 
10,3
Реверс III пер. 
6,02
Реверс IV пер. 
3,9
Таблица 2. Значения передаточных чисел трансмиссии привода ротор
КПД привода ротора :

Где =0,93 – КПД ротора в сборе, =0,97 – КПД цилиндрической зуб-чатой передачи, =0,99 – КПД вала карданного и валов на подшипниках качения.
Частота вращения ротора:

с-1,
с-1,
с-1,
с-1.
Матрица значений частот вращения ротора на разных пе-редачах:
с-1, мин-1
Крутящий момент на столе ротора:

Где =6000 Нм – максимальный момент на выходе из редук-тора СА-30,
=0,76 – КПД трансмиссии привода ротора.
кНм,
кНм,
кНм,
кНм,

Мощность на столе ротора:
кВт.
График зависимости частоты вращения стола ротора от крутящего момента.


Расчет выходных показателей работы насоса УНБ-600 при использо-вании индивидуального привода от агрегата СА25.
Частота вращения трансмиссионного вала насоса:

где СА25 - частота вращения выходного вала редуктора СА25, об/мин; d1 = 0,58 - диаметр шкива на валу, м; d2 = 1,4 - диаметр шкива на насосе, м.
Мощность , подводимая к валу насоса:
где РСА25 ~ мощность на выходном валу редуктора СА25, Вт; пр - К.П.Д. привода насоса.
КПД клиноременной передачи ,
КПД вала на подшибниках ,
КПД привода насоса:


После подстановки значений:


При этом выходные показатели насоса будут рассчитываться по следую-щим зависимостям:


где - подача насоса, л/с; =140;150;160;170;180 мм – диаметр i-той втулки насоса; =0,07 – диаметр штока насоса, м; S=0,4 – ход поршня, м; X=2 – число цилиндров; - частота вращения трансмиссионного вала насоса; =132/25 – передаточное число редуктора насоса.



где рн - давление на выходе из насоса, Па; = 0,9 - коэффициент наполне-ния цилиндра; = 0,85 - механический КПД насоса.
Рассчитаем значения: с втулкой 140 мм

С втулкой 150 мм:

С втулкой 160 мм:

С втулкой 170 мм:

С втулкой 180 мм:

Рассчитаем зависимость давления на выходе из насоса от его производи-тельности:
При подаче 23,7 л/с
,
При подаче 27,7 л/с
,
При подаче 31,9 л/с

При подаче 36,5 л/с

При подаче 41,3 л/с
.


Выводы по приводу насоса УНБ-600.
Подача насоса будет меняться в пределах 23,7 - 41,3 л/с, при установке втулок 140 - 180 мм. Давление на выходе из насоса будет меняться в диа-пазоне 11,3 - 19,7 МПа.