Расчетная часть-Расчёт входного модуля МН5-200для понижения вибраций ЭЦН модульного исполнения-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа

Расчетная часть-Расчёт входного модуля МН5-200для понижения вибраций ЭЦН модульного исполнения-Курсовая работа-Дипломная работа-Оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Расчет корпуса входного модуля на прочность
5.2 Расчет вала входного модуля на статичную прочность

5 РАСЧЕТЫ РАБОТОСПОСОБНОСТИ
5.1 Расчет корпуса входного модуля на прочность

Корпус рассчитываем следующим образом. Выбираем выходные даны для расчета:
Dз=103 мм внешний диаметр корпуса протектора;
Dвн=94 мм внутренний диаметр корпуса под проточкой;
Н=1000 м глубина скважины.
Определяем общее усилие, которое действует вдоль оси корпуса протектора
(5.1)

где К коэффициент запаса плотности стыка, принимаем ровным 1,45;[8];
Ек і Ен.а. модули упругости материалов корпуса и напряженных деталей агрегата соответственно, принимаем 2,1(105 Па, поскольку материал сталь;
Fк і Fн.а. площади соответственно поперечного перереза корпуса и напряженной детали агрегата (перерез соединения с втулкой упорной), 0,00139 м2 і 0,0008 м2; Н=1000м глубина скважины;
rвн внутренний радиус расточки корпуса, 0,047 м;
G вес протектора вместе с электродвигателем и насосом, G =4320 Н.
Определяем осевое напряжение в ослабленном перерезе корпуса(около проточки)
z=Q/Fk (5.2)
где Fk ( площадь поперечного перереза корпуса около проточки, Fk= 0,00139 м2,
z=95084,1/0,00139=68,4 МПа
Определяем тангенциальное напряжение в ослабленном перерезе корпуса
=(g(Н(rвн)/S (5.3)
где S толщина корпуса в ослабленном перерезе, 0,005 м
=(9509,8110000,047)/0,005=87,6 МПа
Определяем радиальное напряжение на внутреннем диаметре проточки корпусаг:
r= gН (5.4)
r= 9509,811000=-9,32 МПа
Определяем эквивалентное напряжение по энергетической теории
(5.5)
 Эквивалентное напряжение должно быть меньшим от границы текучести материала корпуса, запас прочности 1,2-1,25. Корпус, как правило, изготовляют из стали марки сталь 45 с границей текучести т=360 МПа. [13]
Определяем запас прочности:
n=т/екв (5.6)
n=360/88,89=4
Следовательно, проведя расчет корпуса протектора, видим, что у него запас прочности является достаточно значительным, а потому он будет эффективно выполнять все положенные на него функции [8]

5.2 Расчет вала входного модуля на статичную прочность

Проверку вала проводим на совместимое действие сгибающих и крутних нагрузок при роботе установки УЭЦН.
Сначала определяем сгибающий момент на шліцевій части вала:
Мзг= (Р1+Р2)*b (5.7)
где Р1 - радиальная нагрузка на вал протектора, Н;
Р2 - радиальная нагрузка на вал протектора, который зависит от неравномерности передачи крутного момента шлицами, Н;
Радиальную нагрузку Р1 находим за формулой:
Р1= К [3 E I Δy/(l1+c)c2 (5.8)
где Е- модуль упругости, Па, Е=2.1*105 МПа;
К - коефіціент, что учитывает компенсирующее влияние зазора между валом и опорой вала, К= 0,45-0,85 [8];
И - момент инерции вала,м4
І=d4/64 (5.9)
где d- диаметр вала протектора,м, d= 0.022м;
І= 3,14*(0,022)4/64 =1,15*10-8 м4
Δy - стрела прогиба конца вала протектора, м, Δy=2*10-3м;
B, c, l - размеры, принятые согласно расчетной схемы вала протектора(рисунок 6.1).
l c



Рисунок 5.1 - Расчетная схема вала протектора

где R1,R2 - реакции опор вала;
Р - радиальная сила;
с, l - расстояние между точками прикладывания радиальных сил, которые действуют на вал;
b - расстояние от точки прикладывания силы Р, к опасному перерезу вала;
Р1= 1210 Н.
Складываем уравнение моментов :
М2=0 ; R1l-P1(l+c)=0 ;
R1= , (5.10)
R1= 1478,9 Н.
М1=0 ; R2l-P1c=0;
R2= (5.11)
R2= 268,9 Н
МА-А= Р1b;
МА-А= 1210*0,3=363 Нм (5.12)
Определяем следующую радиальную нагрузку
Р2 (5.13)
где Мкр - крутний момент на валу насоса, Нм;
dср - средний диаметр шлицев вала, м;
Мкр= N/n (5.14)
где N - мощность двигателя, кВт;
n - частота вращения вала насоса, о/хв, n=2850 о/хв;
Мкр=45*103/2850=15,6 Нм,
Р2=15,6/21*10-3=743 Н
Тогда
Мзг = (1210+743)0,3=386 Нм
Зная Мзг
зг= Мзг/W (5.15)
где W - момент сопротивления изгиба рассматриваемого перереза, м3;
W= (5.16)
где dвн, а, t - внутренний диаметр шліцевої части вала, dвн= 20 мм, ширина шлицев а=4 мм, высота шлицев t=1.5 мм [8];
W= 8.01*10-7 м
зг= =482 МПа
Определяем напряжение кручения:
=Мкр/Wк (5.17)
где Wк - момент сопротивления кручения, м3;
Wк = (5.18)
где d - внутренний диаметр проточки под стопорное кольцо, м
d=21*10-3м ;
Wк= =1,9*10-6м3;
Тоді,
=15,6/1,9*10-6= 82,1 МПа.
Результирующее напряжение определяем согласно третьей теории прочности, за формулой:
екв= (5.19)
екв= =509 МПа.
Находим запас прочности по границы текучести:
n т=т/ екв (5.20)
где (т- граница текучести, для стали 30ХГС (т=840 МПа [13].
n т=840/509=1.65.
Следовательно, условие прочности выполняется, поскольку рекомендованный запас прочности для стали 30ХГС n т=1.55, а полученное при расчетах значение больше рекомендованного.