Расчетная часть-Расчет рамы системы верхнего привода СВП на верхней секции вышки-Расчет адаптера подвески системы верхнего привода Canrig-8072-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет рамы системы верхнего привода СВП на верхней секции вышки-Расчет адаптера подвески системы верхнего привода Canrig-8072-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин
5. Техническое предложение

Модернизация буровой установки заключается в проектировании установ-ки системы верхнего привода СВП на буровых установках башенного типа. Установка СВП на буровых данного типа осложняется в том что, лебедка рас-положена на нижнем ярусе основания, и буровой канат используемый в талевой системе будет в процессе работы соприкасаться (перетирать) направляющею СВП. Для этой цели необходимо провести ряд мероприятий, которые позволили установить СВП на буровую башенного типа. Для этой цели необходимо под-нять кронблок на такую высоту чтоб можно было развести талевой канат и направляющею СВП.
Для этой цели рассмотрим кронблок установленный на БУ 3Д-86.



Рисунок 25 - Кронблок УКБ 7-400

Данный кронблок используется при оснастке талевой системы 6х7, что позволяет увеличить грузоподъемность буровой до 360 тонн. На буровой уста-новке используется талевый канат диаметром 32 мм. Для того чтоб рассмотреть взаимосвязь талевого каната кронблока и СВП нам необходимо построить эскиз работы талевой системы с учетом кронблока, СВП и самого талевого каната.



Рисунок 26 - взаимосвязь каната, СВП и кронблока
При проектировании крепления и установки СВП на вышке башенного ти-па необходимо также обратить внимание на технические характеристики уста-новки СВП на буровых вышках, а это: расстояние от центра скважины и до направляющей, ширину направляющей, диаметр шкива кронблока, ширину кронблока, длину адаптера и гарпуна СВП.
Рассмотрев все эти вопросы мы предлагаем конструкцию нашей модерни-зации. Для этой цели мы проектируем раму на которой устанавливаем адаптер СВП, а также поднимаем кронблок на высоту необходимую для нормальной работы талевой системы буровой установки (1000 мм.).

6 Расчет элементов модернизации

6.1 Расчет рамы СВП

В результате выполнения работы связанной с монтажом СВ, проведем расчет рамы СВП на верхней секции вышки, в процессе монтажа на которую устанавливают адаптер. Необходимо выбрать сечение и провести расчет нагру-зок действующих на данную балку в процессе ее эксплуатации, для подбора по-перечного сечения.




Рисунок 27 - Расчетная схема

Дано: Q = 15152 кг., σт = 360 МПа.

Решение.
Определим нагрузку действующею на балку [16]:

    (1)

Рассмотрим схему нагружения и составим уравнения равновесия системы:

∑Fx=0: RАХ=0,

∑Fy=0: RАУ+RВУ-2·Р=0,

∑МА=0:  Р1·0,925-RВУ·2,18+Р1·1,255=0.

где RАХ – реакция в опоре А;
 RВУ – реакция в опоре В;
 Р1 – нагрузка возникающая от ролика.

Решим уравнения равновесия:

RВУ=(Р1·0,925+Р1·1,255)/2,18=74320,56(0,925+1,255)/2,18=74320,56 Н,

RАУ=-RВУ+2·Р1=-74320,56+2·74320,56=74320,56 Н.

Чтобы найти наиболее опасное сечение в балке, необходимо найти попе-речные силы и изгибающий момент по участкам. Балка будет иметь 2 участка [16].




Рисунок 28 - Схема нагружения

QI=RАУ=74320,56 Н,



QII=RAY-P1=74320,56-74320,56=0 H,






QIII=RAY-P1-P1=74320,56-74320,56-74320,56=-74320,56 H,





Построим эпюру поперечных сил и изгибающих моментов.




Рисунок 29 - Эпюра нагружения продольной балки

По эпюре изгибающих моментов найдем наиболее опасное сечение и для него определим момент сопротивления (W), и определим номер швеллер.

     (2)

где n-коэффициент использования - 3.
 
.  (3)

Так как у нас нагрузка располагается на два швеллера, это происходит по той причине, что адаптер крепиться на швеллера. По этой причине полученный момент можно разделить на 2.



 По справочнику подберем номер швеллера, полученное значение со-ответствует No 33 (выбираем ближайший швеллер).
 Вывод: для сооружения поперечной балки и для дальнейшего креп-ления на нем адаптера СВП швеллер номер No24, материал Сталь 09Г2С. Исхо-дя из конструктивных особенностей желательно использовать конструкции вы-полненные в виде ферм, для распределения нагрузки, это повышает жесткость конструкции.

6.2 Расчет адаптера

Адаптер в СВП является элементом который несет нагрузку в виде растя-жения. Так как данный элемент испытывает растяжение, от массы смонтирован-ного СВП и направляющей СВП, нагрузкой 15152 кг.
Условием для расчета является масса СВП и направляющей. Материалом для изготовления адаптера служит Сталь 09Г2С.
Определим минимальное поперечное сечение адаптера. Условно принима-ем что адаптер СВП выполнен из пластины минимального сечения, для этого определим аналитическим методом сечение адаптера, и выполним расчет адап-тера численными методами.
Для этого адаптер представляем брусом и определим сечение по нормаль-ным напряжениям.


Рисунок 30 – Схема нагружения адаптера
Определим продольную силу N1, принимаем что адаптер представлен од-ним участком:



где  N1 – продольная сила.



Найдем нормальные напряжения возникающие в адаптере:

Так как мы хотим определить выбранное конструктивное решения адапте-ра на его пригодность, для этого определим допускаемое напряжение текучести:

     (4)

Определим площадь необходимую для минимального сечения [16]:

    (5)

Для исполнения адаптера мы выбираем пластину толщиной 20 мм, исходя из конструктивных особенной элемента. В результате построения адаптера в минимальном сечении имеем площадь поперечного сечения190х20 мм., равную 38 см2.
Спроектированный адаптер имеет запас по площади сечения в 8 раз.
Для подтверждения аналитического метода расчета, выполним расчет чис-ленными методами.




6.3 Анализ напряженно-деформированного состояния





Введение
Модуль "Анализ напряжения" Autodesk Inventor Professional использован для имитации поведения механической детали в условиях нагрузки на конструк-цию. Результаты, представленные в данном отчете, получены с помощью техно-логии ANSYS.
Не следует принимать или отклонять проект, основанный исключительно на данных представленных в данном отчете. Проекты следует оценивать, рас-сматривая информацию в соответствии с экспериментальными данными испыта-ний и практическим опытом инженеров-конструкторов и аналитиков. Каче-ственный подход к техническому проектированию всегда предполагает физиче-ские испытания в качестве решающего средства обоснования конструктивной целостности с определенной погрешностью.
Геометрия и зацепление
Точность зацепления в данном анализе была определена с помощью пара-метра значимости. Для справки: при установке значения -100 создается грубое зацепление, выдаются быстрые решения и сомнительные результаты. При уста-новке значения +100 создается точное зацепление, процесс поиска решения за-нимает больше времени и результаты получаются более точными. По умолча-нию установлено нулевое значение значимости.




ТАБЛИЦА 4 - адаптер.ipt Статистика
Размеры ограничивающей рам-ки 1500 mm
858,0 mm
20,0 mm
Масса детали 62,49 kg
Объем детали 7,95e+006 mm3
Параметр значимости сетки 0
Узлы 2225
Элементы 264

Размеры ограничивающей рамки представлены длинами в глобальной си-стеме координат X, Y и Z.
Данные о материале
Следующее поведение материала предположительно для данного анализа:
• Линейное - напряжение прямо пропорционально деформации.
• Постоянное - все свойства термонезависимы.
• Однородное - свойства неизменны на протяжении всего объема дета-ли.
• Изотропное - свойства материала одинаковы во всех направлениях.
• 
ТАБЛИЦА 5 - Сталь низкоуглеродистая
Модуль Юнга 2,2e+005 MPa
Коэффициент Пуассона 0,275
Массовая плотность 7,86e-006 kg/mm3
Предел текучести при растяжении 207,0 MPa
Предел прочности при растяже-нии 345,0 MPa

Нагрузки и зависимости
Следующие нагрузки и зависимости действуют на отдельные области де-тали. Области были определены путем выбора поверхностей, цилиндров, ребер или вершин.

ТАБЛИЦА 6 - Описания нагрузок и зависимостей
Имя Тип Величина Вектор
Сила 1 Поверхностное усилие 7,432e+004 N  7,432e+004 N
9,101e-012 N
0,0 N
Идеальная опора 1 Идеальная опора поверхно-сти Нет  Нет
ТАБЛИЦА 7 - Реакции зависимостей
Имя Сила Вектор Момент Вектор момента
Идеальная опора 1 7,432e+004 N  -7,432e+004 N
0,0 N
0,0 N  2,365e+007 N·mm  0,0 N·mm
-1,418 N·mm
-2,365e+007 N·mm

Примечание: векторные данные соответствуют глобальным компонентам X, Y и Z.
Результаты
В таблице ниже приведены все структурные результаты, полученные в хо-де анализа. В следующем разделе представлены иллюстрации каждого резуль-тата, нанесенного на поверхность детали.
Запас прочности рассчитан на основе теории прочности при максималь-ном эквивалентном напряжении пластичного материала. В качестве предельного напряжения указан предел текучести при растяжении материала.



ТАБЛИЦА 8 - Структурные результаты
Имя Начало Окончание
Эквивалентное напряжение 1,085e-002 MPa  115,5 MPa
Максимальное главное напряже-ние -10,41 MPa  96,46 MPa
Минимальное главное напряжение -123,4 MPa  4,234 MPa
Деформация 1,649e-002 mm  0,1574 mm
Коэф. запаса прочности 1,792 Нет





Рисунок 31 - Эквивалентное напряжение



Рисунок 32 - Максимальное главное напряжение
Рисунок 33 - Минимальное главное напряжение





Рисунок 35 - Коэффициент. запаса прочности

В результате сравнения проведенного аналитического расчета и выпол-ненного расчета численными методами, мы можем сказать что у нас запас проч-ности для выполнения данной операции достаточный, кроме того при выполне-нии расчетов численными методами мы видим участки которые обладают по-вышенными напряжениями.