Бұрғылау сорабының трансмиссиялық бөлігінің элементтерінің құрылымын құру

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 28 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Сафи Өтебаев атындағы Атырау мұнай және газ университеті КеАҚ

Бұрғылау сорабының механикалық бөлігінің элементтерін есептеу және олардың құрылымын құру (4-нұсқа)

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

5В072400 - Технологиялық машиналар және жабдықтар

Атырау, 2021
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Сафи Өтебаев атындағы Атырау мұнай және газ университеті КеАҚ

Индустриялды-технологиялық факультет

Қорғауға жіберілді
ИТФ деканы
_______________Буканова А.С., профессор, к.х.н.
______ ____________ 2021 ж.

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

тақырыбы: Бұрғылау сорабының механикалық бөлігінің элементтерін есептеу және олардың құрылымын құру(4-нұсқа)

мамандық: 5В072400 - Технологиялық машиналар және жабдықтар

Орындаған:___________ студент

Ғылыми жетекші: _____________

Атырау, 2021
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
САФИ УТЕБАЕВ АТЫНДАҒЫ АТЫРАУ МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ УНИВЕРСИТЕТІ КеАҚ
Индустриялды-технологиялық факультет

Бекітемін
ИТФдеканы
______________Буканова А.С.
____ _____________ 20__ ж.

Курстық жұмысқа
ТАПСЫРМА

Студент
Мамандық5В072400 - Технологиялық машиналар және жабдықтар
Тобы
ТақырыбыБұрғылау сорабының механикалық бөлігінің элементтерін есептеу және олардың құрылымын құру(4-нұсқа)
Бұйрықпен бекітілді №______ _____ ________ 20___ж.
Курстық жұмысты тапсыру мерзімі: 19 02 2021 ж.
Алдын-ала қорғау мерзімі: 22 02 2021 ж.
Жұмысты қорғау: 2302 - 2502 2021 ж.

Жұмыстың берілгендері
1. Жұмысты орындауға қажетті мәліметтер әдістемелік нұсқауда берілген [1].

Негізгі тарау
Арнайы бөлім
1. Бұрғылау сорабының трансмиссиялық бөлігінің элементтерінің құрылымын құру

Есептік бөлім
1. Бұрғылау сорабының мехникалық бөлігін беріктікке есептеу ([1], 4-нұсқа)

Ұсынылатын әдебиеттер тізімі

1. Расчет на прочность буровых насосов: учеб. пособие Л.Н. Цехмистро, Е.С. Крупа, В.Э. Дранковский, А.Н. Хандурин, К.С. Резвая - Харьков: НТУ ХПИ, 2016. - 110 с. - На рус. яз.
2. Анашкина А.А., Осипенко И.А. Буровые насосы. Методические указания для лабораторных и самостаятельных занятий. - Тюмень. 2012. - 32 с.
3. Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. 1988 г.
4. Ильский А.Л. Расчеты и конструирование бурового оборудования. М., Недра 1985 г.
5. С.И. Ефимченко. Расчеты ресурса несущих элементов буровых установок. Москва, 2001 г.
6. Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи. Под общей ред. В.Н. Протасова: Учеб. для вузов. - М.: ООО недра-Бизнесцентр, 2004. - 691 с.: ил.

Графикалық материалдар тізімі
1. Бұрғылау сорабының трансмиссиялық бөлігі; 2. Бұрғылау сорабының трансмиссиялық бөлігінің бөлшектерінің сызбасы

Тапсырманы беру мерзімі 2601 2021 ж.
Жобаның ғылыми жетекшісі:_______________
Тапсырманы орындауға қабылдап алдым: 2601 2021 ж.
Студент: _____________

МАЗМҰНЫ
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .6
НЕГІЗГІ ТАРАУ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..7
1 Арнайы бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 7
1.1 Поршен қозғалысы және сорап берілісі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
1.2 Кривошипті-шатунды механизмге әсер ететін күштер ... ... ... ... ... ...10
2 Есептік бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...18
2.1 Бұрғылау сорабының жетекші және иінді біліктерін беріктікке тексеру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 18
2.2 Үш плунжерлі сораптың иінді білігін есептеу ... ... ... ... ... ... ... 21
2.3 Бұрғылау сорғысының иінді байланыстырушы беріліс бөліктерінің беріктігін есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..2 7
2.4 НБ4-32063 сорғы шатунының тұрақтылығын тексеру ... ... ... ... ..28
2.5 НБ4-32063 сорғысы сырғытпасының саңылауларындағы саусақ беріктігін және майысуын тексеру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .31
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..35
Қолданылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..36

Кіріспе

Ұңғыманы салудың технологиялық операцияларын орындаудың қазіргі жағдайында бұрғылау жабдығы жоғары техникалық талаптарға жауап беруі тиіс.
Бұрғылау жабдықтары мен олардың әсер ету уақыты - кездейсоқ машина бөліміне жатады. Бұрғылау жабдықтары элементтерін шығару ресми қабылданған жүктеме шамасымен, әсер ету уақытымен және сипаты бойынша жүреді. Ал көптеген жылдар бойы жиналған тәжірибеден алынған ерекшеліктерді қабылдаумен ортақ әдістер бойынша элементтерді беріктікке және ұзақ мерзімділікке есептейді. Жүктеменің әсер етуіне тәуелді жабдықтарды статикалық беріктікке және де төзімділікке есептейді.
Беріктік бөліктердің белгілі бұрғылау мәнінде және де жүктелу ережесінде жүктемелерді сынбай қабылдау қабілетін көрсетеді. Бөлшектің беріктігіне материалдар, беріктік әдістері, өлшемдері мен пішіндері зор ықпал етеді.

1 Арнайы бөлім
1.1Поршен қозғалысы және сорап берілісі
Бұрғылау сорабының трансмиссиялы бөлімін құру кезінде, алдымен, кривошипті-шатунды механизмнің геометриялық өлшемдерін анықтау қажет: поршень жүрісінің ұзындығын, кривошип радиусын, шатун ұзындығын және т.б. Сонан соң түбірлі біліктің номиналды айналу жиілігін таңдап алады, яки, ертелі анықталған қажет номиналды жеткізуді қамтамасыз ететін поршеннің екі еселенген жүріс саны.
Сонан соң күш түсіріп тұрған поршеннің қозғалыс заңдылықтарын анықтайды. Сонан соң элементтерді шыдамдылық пен мықтылыққа тексереді.
Бұрғылау сорғысының поршені иінді-байланыстырушы шыбықтың берілісі арқылы басқарылады. ЛМТ және ПМТ нүктелері - поршеньнің сол және оң жақ шеткі позициялары.
Поршеньнің алдыңғы төтенше жағдайдан қашықтығы оның жолына - S (м) жолына тең.

S=R(1-cosα)+-R32Lsin3α, (1.1)

мұндағы, R - кривошип радиусы, м (біржақты қозғалысты сораптар үшін R=0,1-0,15 м, екіжақты қозғалысты сораптар үшін R=0,15-0,25 м); α - цилиндр осімен есептелінетін кривошип бұрылысының бұрышы, градус; L - шатун ұзындығы, м.
Поршен жылдамдығы υ (мс) мына формуланың көмегімен анықталады

υ=Rω(sinα+-R2Lsin2α), (1.2)

мұндағы, ω - түбірлі біліктің бұрыштық жылдамдығы. Поршеннің орташа жылдамдығы 1 мс - қа тең болуы тиіс. Қосу белгісі поршеннің түбірлі білікті сорапқа қарай қозғалыс кезінде, ал азайту белгісі түбірлі білектен қозғалысы кезінде алынады.
Поршеннің максималды жылдамдығыυmax (мс)

υmax=Rω[1+12(RL)2](1.3)

RL=15 υmax=1,02Rωболған кезде.
Поршеннің үдеуі ε (мс2) төмендегі формуламен анықталады

ε=Rω2(cosα+-RLcos2α) (1.4)

1-сурет. Индикаторлы диаграмма (а) және поршен қозғалысының сызбасы (б):
I, II, III, IV - тиісінше, сұйықтықты қысу, айдау, кеңейту және сору; Q - беріліс; p0, pв және pи - тиісінше, қысым нөлдік, сору және номиналды; Vм, Vц және Vф - Өлі кеңістік көлемі, идеалды цилиндр және нақты айдау

Бұрғылау сорғыларының негізгі параметрлерін қолданыстағы сорғылардың мысалдарына ұқсас таңдау керек. Өзек білігінің айналу осіне қатысты байланыстырушы өзек басының мойынтірегінің центрі сипаттайтын R шеңберінің радиусының байланыстырушы өзектің ұзындығынаL қатынасы жеткілікті.Қолданыстағы құрылымдарда бұл қатынас RL=14,5-15, поршеньдің орташа жылдамдығы 0,9-1,0 мс, максималды жылдамдығы 1,4-1,8 мс арасында таңдалынып алынады.
Формуладан көрініп тұрғандай, поршень ауыспалы жылдамдықпен қозғалады, бұл сору мен айдаудың біркелкі болмауына әкеледі және нақты берілісті азайтады.Бұл жағдайда сору және айдау клапандарының ашылуы мен жабылуының кешігуі, сору құбырының жетілмегендігі, сұйықтықта ерімейтін газдардың болуы, бұрғылау ерітіндісінің сығылуы, сорғының гидравликалық бөлігі элементтерінің икемділігі және т. б. маңызды.Бұрғылау сорғыларында клапандар 14-16∘ кешіктіріліп ашылады және жабылады. Мысалы,тіпті,тіреу сорғымен жұмыс істеп тұрған бұрғылау ерітіндісінде 2-4% газдың болуы бұрғылау сорғысының берілу коэффициентін 4-10% төмендетеді.
Сорғының бір цилиндрінің индикатор диаграммасынан көріп отырғанымыздай, поршеньнің қозғалысының бастапқы сәтінде поршень 0-1 жолында ПМТ оң өлі нүктеден сору клапанының қонуы кешеуілдейді.Поршеньнің 1-2 интервалында сұйықтық сығылады, цилиндрде және өлі кеңістікте оның көлемінің төмендеуіне қысымның жоғарылауы байқалады. Осы кезеңде гидравликалық қораптың және басқа элементтердің серпімді деформацияларына байланысты жұмыс камерасының идеалды көлемінің бір уақытта ұлғаюы байқалады.Поршень мен жабық айдау және сору клапандары арасындағы сұйықтықтың қысымы көтеріле бастайды.Алдымен ол айдау қысымыныңp мәніне жетеді, содан кейін ол инерция күштері мен клапанға әсер ететін басқа күштерді жеңгенге дейін өсуді жалғастырады, содан кейін 2-ші нүктеде клапан тез ашылады.
Қысымды арттыру қарқындылығы бұрғылау ерітіндісінің икемділігіне, гидравликалық қораптың қабырғаларына және басқа элементтерге және поршеньдің жылдамдығына байланысты.Мысалы, 1 минутта 100-120 жүрістер саны кезінде бір жақты әрекет ететін сорғыдағы қысымныңp артуы 0,6-1,5 МПа құрайды.Жұмыс камерасындағы қысымның одан әрі өзгеруі табиғатта тербелмелі болып табылады (желінің бастапқы учаскесі 2-3), өйткені өлі кеңістіктегі цилиндрдегі сұйықтық сұйық пружина сияқты болып келеді.
Шығыс коллекторына жұмыс камерасында сұйықтық беру 3 нүктесінде аяқталады (ЛМТ сол жақ өлі нүктесі).Цилиндрден сұйықтықтың берілу заңдылығы(қисық Q') поршеньнің қозғалыс жылдамдығымен анықталады. Поршен 3-ші нүктеге жеткен кезде, айдау клапаны ер-тоқымнан белгілі бір биіктікте болады және Q34 сұйықтығының берілуі клапан 4-ші нүктеде ер-тоқымға отырғанға дейін Шығыс коллекторынан цилиндрге бірнеше рет ағып кетеді (бұл түбірлі біліктің φ04бұрышына бұрылуына сәйкес келеді). 4-5 учаскеде камерадағы қысым p0 дейін төмендейді (φ05 бұрылу бұрышына сәйкес келеді).5-ші нүктеде сору клапаны ашылып, жұмыс камерасы қайтадан сұйықтықпен толтырылады.
Осылайша, жұмыс камерасынан сорғының шығысына ағатын сұйықтығының нақты көлеміVн поршень қозғалысының 2-4 аралығымен анықталады. Штрихталған аймақтар поршенмен бір соққымен ығысқан сұйықтықтың идеалды және нақты көлемінің арасындағы айырмашылықты анықтайды.Тәжірибе көрсеткендей, сору және айдау клапандары үшін 0-1 және 3-4 аралықтары бір-бірінен аз ерекшеленеді, бірақ клапандардың көтерілу биіктігі әртүрлі.Клапанның кешігу мәні клапан серіппесінің бастапқы қысылуына және оның қаттылығына байланысты.Беру шығыны қысымның жоғарылауымен жоғарылайды және поршеньдердің ең кіші диаметрлерінде максималды мәндерге жетеді.
Бұрғылау сорғысының сору желісінде қандай сорғылардың түрлері қолданылса да, беру коэффициенті α теориялық тұрғыдан бірлікке тең бола алмайды, алайда сору желісіндегі қысым оның мөлшеріне үлкен әсер етеді, әсіресе жоғары тұтқырлық пен тығыздықтағы газдалған ерітінділерді айдау кезінде.
Ең жақсы нәтижені қысқа сору желілері кезіндегі (5м ұзындыққа дейінгі)0,3-0,5 МПа болатын шығу қысымын күшейткіш тіреу сораптары береді.

1.2Кривошипті-шатунды механизмге әсер ететін күштер
Иінді механизмнің жүгірткісінің саусағына әсер ететін күш поршендегі сұйықтықтың қысымына, поршеннің, шыбықтың, жүгірткінің және байланыстырушы шыбықтың бір бөлігінің өзара қозғалатын массаларының динамикалық инерция күштеріне, сондай-ақ үйкеліс күшіне байланысты.
Қысым кезіндегі күш Pқ(Н)

Pқ=Pшс+Pпд+Pпт(1.5)

немесе созылу кезіндегі екіжақты сораптың әсері

Pс=Pшр+Pпд+Pпт (1.6)

Жүгірткінің және онымен байланысты бөліктердің динамикалық инерция күшіPпд (Н) төмендегі өрнекпен анықталады

Pпд=Gεg(1.7)

мұндағы, ε - поршеннің үдеуі, мс2; G - жүгірткіш пен онымен байланысты қозғалатын элементтердің және жүгірткіштің 13 ұзындығының салмағы, Н
Ескерту. Поршеньді қос қозғалыстардың саны 1 минутта 100-ге дейін болған кезде инерция күштерімен үнемдеуге болады.
Жүгірткіштің үйкеліс күші Pпт(Н)

Pпт=(Gп+-Nc)μαcosβ (1.8)

мұндағы,Nc - жүгірткішке әсер етуші өлшеулі күш, Н; μα - бағыттағыш төсеніштерді майлау кезіндегі жапсырғыш жүгірткіштің 0,05-0,08 ге тең үйкеліс коэффициенті; β - жүгірткіштің бұрылу бұрышы; sinβ=RLsinα.

Штоксыз камерада қысу кезінде иінді механизмде әрекет ететін күштерді келесі өрнектерден анықтауға болады.

1.2-сурет. Күштің кривошипті-шатунды механизмді сорапқа әрекет етуінің сызбасы

Шатунды қысушы күш (Н)

Tc=Pccosβ (1.9)

Жүгірткішке әсер етуші нормал күш Nc (Н)

Nc=Tcsinβ (1.10)

Кривошипқа әсер етуші айналу күші Fc (Н)

Fc=Tcsin(α+β) (1.11)

мұндағы, α - ПМТ-данЛМТ-ға жүрген кездегі кривошип пен жүгірткіштің арасындағы осьтік бұрыш.
Кривошипті қысушы күш Z (Н)

Z=Tccos(α+β) (1.12)

Өзекшесі бар камерада қысу кезінде иінді механизмде әрекет ететін күштерді келесі формулалар бойынша есептеуге болады.
Шатунды созушы күшTp (Н)

Tp=Ppcos⁡(α+β) (1.13)

Жүгірткішке әсер етуші нормалды күш Np (Н)

Np=Tpsin⁡(φ+β) (1.14)

мұндағы, φ - ЛМТ-дан ПМТ-ға жүру кезіндегі кривошип пен жүгірткіштің осінің арасындағы бұрыш.
Кривошипқа әсер етуші айналу күші Fp (Н)

Fp=Tpsin⁡(α+β) (1.15)

Кривошипті қысушы күш Z (Н)

Z=Tpcos⁡(α+β) (1.16)

Поршеннің артқа қозғалысы кезіндегі екіжақты сораптарда, яки, басым бөлік аумақты шток алып тұрғаннан кейін түбірлі біліктің созылу күші қысылу күшіне қарағанда аз болып келеді. Бір жақты әрекет ететін сорғыларда созылу күштері шамалы, өйткені камерада тек сору жүзеге асырылады.
Абразивті бөлшектері бар бұрғылау ерітінділерін сорған кезде, әсіресе ауыр ерітінділерді сорған кезде, клапандардың қызмет ету мерзімі едәуір қысқарады, кейбір жағдайларда 300-500 сағаттың орнына тек 20-30 құрайды. Сондықтан клапандардың, клапан қораптарының және олардың қақпақтарының дизайны оларды тез өзгертуге, жөндеуге және тексеруге мүмкіндік беруі керек. Пайдалануға және өндіруге ыңғайлы болу үшін сору және айдау клапандары бір-бірін алмастырады.
Клапандар ауыспалы жұмыс режимі кезінде ер-тоқымға соққысыз қонуды қамтамасыз етуі және ең аз гидравликалық ысырабы болуы тиіс. Ол қону белбеуінің бүкіл беті бойынша бір мезгілде ер-тоқымға дәл қонуды қамтамасыз ететін сенімді бағытқа ие болуы тиіс. Контейнер жеңіл болуы керек, ал қону конустық белдеуі тар болуы керек. 20 МПа астам қысым кезінде жұмыс істейтін сорғыларда клапанның ыдысына үлкен күштер (300-400 кН) әсер етеді, соның нәтижесінде қону белдеуінде жоғары үлестік жүктемелер пайда болады, бұл оның тез тозуына әкеледі. Мұндай жағдайларда клапанды қолданған дұрыс, ол бір уақытта тығыздау белдеуіне де, контейнер бетінің төменгі жазықтығына да, ер-тоқымның қабырғаларына да қонады.
Клапанға аз жүктемесі бар сорғыларда өндірісті жеңілдету үшін клапанды орындық пен қабырғаға бір уақытта отырғызу жүзеге асырылмайды. Клапанның беріктігін анықтайтын ең маңызды элемент-бұл тығыздағыш сақинаның және орындық пен контейнердің қону беттерінің дизайны. Осы үш элементтің конъюгация түйінінің формалары ауыспалы циклдік жүктемелердің әсерінен оның кез-келген элементтерінің шамадан тыс деформациясы мен тозуын тудырмас үшін тығыздағыш сақинаның қаттылығымен және қысымымен біріктірілуі керек.
Негізгі білікке әсер ететін күштер.(1.11) және (1.15) өрнектерден көрініп тұрғандай, F(t) негізгі білігінің иінді білігіндегі тангенциалды күш біліктің айналу бұрышына α байланысты өзгереді, сондықтан негізгі білікке айналу моменті Mk(t) де өзгереді.

Mk(t)=RFtнемесе Mk(t)=Mkcpμk(t) (1.17)

мұндағы, Mk(t) - циклға қатысты орташа момент (түбірлі біліктің бір айналым жасауы), Н*м

Mkcp=RFcp=9,55Nknk=9,55pkQknkηk (1.18)

мұндағы, Fcp - тангенциал циклінің орташа күші, Н; Nk - түбірлі біліктегі қуат, Вт; nk - түбірлі біліктің айналу жиілігі, обмин;pk - сораптан шығардағы орташа қысым, Па; Qk - сорап берілісі, лс; ηk - поршеннен түбірлі білікке дейінгі үйкелісте кеткен қуатты өлшеуіш, ηk=η4k*η5k; өлшем үшін мына қлшемдерді алуға боладыηk=0,90-0,94; μk(t) - айналу моментінің біркелкі емес коэффициенті

ηkt=Mk(t)Mkcp=F(t)Fcp (1.19)

Үш поршенді сорғның екі жақты90∘бұрышпен әсер ететін біркелкі емес айналу моментінің коэффициенті мына формула бойынша есептеледі

μ2x(t)=μ2(t)+μ2(t+T4)2 (1.20)

мұндағы, μ2(t) - бір поршенді сораптың екіжақты әрекет кезіндегі біркелкі емес коэффициенті

μ2(t)=T[p't-1-ψ2p"t]u(t)0T[p't-1-ψ2 p"t]u(t)dt (1.21)

мұндағы, p'(t) және p"(t) - қысымның қозғалыс кезіндегі алдыңғы мәні; ψ - шток диаметрінің d поршен сорғысында орналасқан диаметрге D қатынасы, ψ=0,35-0,6; u(t) - поршенге қатысты жылдамдық, u(t)=υR; T және t - период және алдыңғы уақыт.
Үш поршеньді бір жақты сорғы моментінің иінді 120∘бұрылубұрышымен біркелкі емес коэффициенті

μ3k(t)=μ1(t)+μ1(t)+T(3)+μ1(t+2T3)3 (1.22)

мұндағы, μ1(t) - бір ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.