Расчетная часть-Расчет металлоконструкции буровой вышки буровой установки БУ 5000-ЭУК-Я-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

Расчетная часть-Расчет металлоконструкции буровой вышки буровой установки БУ 5000-ЭУК-Я: Определение вертикальных нагрузок на вышку, Определение ветровых нагрузок, действующих на балкон рабочего, Определение ветровых нагрузок на свечи, установленные за пальцы вышки, Определение ветровой нагрузки, действующей на вышку ВМА, Определение горизонтальной составляющей нагрузки от веса свечей, Определение диаметра оттяжек для крепления вышки-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин

1. Определение вертикальных нагрузок на вышку.

Определить наибольшую вертикальную нагрузку, действующую на вышку А-типа, если известно, что максимальная нагрузка на крюке составляет
174 тс, можно по формуле

,

где - максимальная нагрузка на крюке. ; - вес постоянно поднимаего оборудования во время спуско- подъемных операций (сюда относится вес элеватора со штропами, талевого блока, крюка и талевого каната). Для буровой установки соответствующей грузоподъемности принимаем ; - натяжение ходового конца каната во время подъема колонны. можно определить по упрощенной формуле

,
где - количество рабочих струн оснастки талиевой системы. Принимаем оснастку , при которой ; - коэффициент полезного действия талевой системы, зависящий в основном от оснастки. . Тогда

.

- натяжение неподвижного конца каната, которое можно определить по формуле




,

- вес кронблока. - 7520 кг; - вес вышки. - 41050 кг.

Подставляя данные в приведенную выше формулу, определяем

.



2. Определение ветровых нагрузок, действующих на балкон рабочего.

Так как балкон находиться на высоте 22 м от пола буровой, высота балкона 2,5 м, ширина 6,1 м.
Величину ветровой нагрузки можно определить по формуле:

,
где q- скоростной напор в .

В зависимости от силы ветра вся территория РФ разбита на три территории. Месторождения нефти в Красноярском крае попадают в первый район.Где
,а .
На высоте до 20 м скоростной напор принимают постоянным(Рис.2). От 20 м и выше он изменяется по закону прямой.


На рис.2 по оси абсцисс откладывают значение скоростного напора q, по оси ординат высоту того или иного сооружения в метрах.

Имея значения и определяем значение скоростного напора на высоте X по формуле:

.

В нашем случае:
,
где - высота балкона в метрах

м.



- динамический коэффициент, учитывающий период собственных колебаний вышки. F- проекция площади панели на вертикальную плоскость. В нашем случае проекция площади балкона верховного рабочего равна самой площади.

;

- коэффициент, учитывающий площадь заполнения решетки на панели вышки металлом. принимается равным 0,15-0,2 ( =1 справедливо только для обшитой части вышки); m- аэродинамический коэффициент.
Для обшитой части вышки и вышек, изготовленных из материала сложного профиля, m=1,4; для трубчатых вышек m=1. Подставляя значения в приведенную выше формулу, можно определить ветровую нагрузку, действующую на балкон верхового рабочего.

.












3. Определение ветровых нагрузок на свечи, установленные за пальцы вышки.

Так как длина свечи м, количество рядов свечей , диаметр свечи мм, высота обшивки вышки м, верхняя часть свечей длиной два метра находится внутри балкона верхового рабочего.
Ветровую нагрузку для первого района мы определяли ранее.
Определяем площадь бурильных труб, воспринимающих ветровую нагрузку

,
где -длина свечи, на которую действует ветровая нагрузка,

.

Здесь - длина свечи, которая находится внутри балкона; - угол наклона свечи к вертикали. .
Таким образом

.

Определим ветровую нагрузку, действующую на свечу:

,

но перед этим уточним некоторые величины. Принимаем
(не учитываем незначительные изменения на высоте от 20 до 23 метров, т.е. до высоты балкона); ; ; .

.















4. Определение ветровой нагрузки, действующей на вышку ВМА .

Определим ветровую нагрузку по формуле:

.

Находим значение скоростного напора на каждую секцию вышки. Так как скоростной напор на высоте от 0 до 20 м величина постоянная, то
. Определяем скоростной напор на панель шестой секции ( до балкона верхнего рабочего) по формуле:

,
где
.

- высота размещения балкона относительно пола буровой.
м, т.е.

м;

.

Скоростной напор на балкон верхового рабочего уже был расчитан и равен:

м;

.

Таким же образом определяем значение скоростного напора выше балкона верхового рабочего.
Скоростной напор на часть седьмой секции, не занятой балконом, равен












Определяем площади панелей секций. Для определения площадей панелей секций используем также рис.3.


Угол наклона вышки к вертикали составляет . Зная этот угол, определяем длину ног секций:



где – высота секций. м.

м.

С помощью схемы, приведенной на рис. 4, определяем длину второго пояса вышки. Пусть мм(длина первого пояса). мм(длина последнего пояса вышки). Для определения длины второго пояса вышки неоходимо знать угол наклона вышки к поясу, т. е. угол (см. рис. 4). Длина ноги вышки равна:
м.

Тогда

.
.

Исходя из рис. 4, определяем .

м.
м.

( на рис. 4 не показано).
Таким образом,



Определяем площади панелей секций.
Площадь первой панели


где - высота одной панели грани вышки. Однако для определения ветровых нагрузок необходимо знать проекции площадей панелей грани на вертикальную плоскость.
Высота любой панели проектируется на вертикальную плоскость в высоту секции, которая равна 4,5 м. Таким образом, при определении проекций площадей панелей грани вышки вместо будем подставлять значение высоты секции, м.
Определяем площадь обшивки


где

м.
- высота обшивки, м.

.

Определяем проекцию площади второй панели выше обшивки на вертикальную плоскость:



Определяем проекцию площади шестой панели грани вышки (до балкона верхового рабочего) на вертикальную плоскость:



Определяем площадь грани балкона верхового рабочего:



где

Здесь 0,7- ширина прохода внутри балкона



Определяем проекцию площади седьмой панели (выше балкона) на вертикальную плоскость.



Определяем проекции площадей остальных панелей грани на вертикальную плоскость:



Определив площади, найдем ветровые нагрузки:


Здесь



При определении суммарной ветровой нагрузки на вышку учитываем, что в местах, где отсутствует обшивка, ветровая нагрузка действует и на заветренную часть вышки:



ветровые нагрузки, действующие на заветренную часть вышки


Таким образом, ветровая нагрузка на вышку равна:
































5. Определение горизонтальной составляющей нагрузки от веса свечей.

Нам дано количество свечей , вес 1 м свечи =33,4 кг, длина свечи м, высота пальцев относительно подсвечника м.
Определяем вес свечей:

.
кг.

Составляем сумму моментов всех сил относительно подсвечника:










Рис.5. Схема определения горизонтальной составляющей нагрузки от веса свечей, установленных за пальцы.


где - угол наклона свечи к вертикали. .

м;
.
Таким образом, горизонтальная составляющая нагрузка, действующая на вышку, от веса свечей, установленных за пальцы, равна 6353,3 кгс.













6. Определение диаметра оттяжек для крепления вышки.

Чтобы вышка не опрокинулась, необходимо соблюдать условие:


где момент устойчивости вышки; момент опрокидывания; коэффициент безопасности.


где вес вышки. т; размер нижнего основания.
м.





Определяем момент опрокидывания:

,
где ветровая нагрузка на вышку; ; высота, на которой приложена равнодействующая от силы ветра.


где высота вышки. м; размер нижнего основания. м;
размер верхнего основания. м

м.
горизонтальная составляющая нагрузка от веса свечей, установленных за пальцы. ; высота от подсвечника до пальца. принимаем 23 м; ветровая нагрузка на свечи. ; высота от подсвечника до центра приложения ветровой нагрузки, действующей на свечи:

м.

высота обшивки. м.

Таким образом,



Используя ранее написанную формулу и подставляя цифровые значения, определяем равенство:



Принимаем , тогда



Для дальнейшего расчета используем рис. 6 и 7. На рис. 6 изображен один ярус оттяжек (две оттяжки). Введем следующие обозначения: усилие, возникающее в плоскости диоганалей вышки; угол между оттяжкой и прямой, соединяющей основание двух смежных оттяжек; угол наклона плоскости, проходящей через две смежные оттяжки, к плоскости основания вышки; расстояние между основанием плоскости оттяжек и основанием боковой грани вышки (см. рис. 7).
Так как то вышку необходимо крепить оттяжками. От действия силы , которая равна вышка стремиться опрокинуться относительно ребра .
Усилия, возникающие в двух смежных оттяжках, заменим через . Используя рис. 7, записываем условме равновесие всех сил относительно ребра .



Определяем отсюда :
.




Определяем усилие в оттяжке:

;


;
;



Учитывая два яруса оттяжек, определяем действительное усилие в одной оттяжке:



Диаметр каната для оттяжек вышки выбирается по разрывному усилию:

,

где коэффициент запаса прочности. .




Согласно данным таблицы 34, выбираем канат типа диаметром 20 мм, который при пределе прочности имеет разрывное усилие тс.


















Заключение.

В моем курсовом мы рассчитали ветровые нагрузки для первого района территории России, а также горизонтальные составляющие (максимальный вес на крюке и вес свечей), вследствие чего рассчитали диаметры каната оттяжек, а так же его тип, что позволит сохранять равновесие буровой вышки ВМА , так как .