ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ И ЭФФЕКТИВНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

IV Международная научно-практическая конференция молодых ученых и студентов «Стратегия экономического развития стран в условиях глобализации» (Днепропетровск, 15-16 марта 2013г.)

VIII Международная научно-практическая Интернет-конференция «Альянс наук: ученый – ученому» (28–29 марта 2013г.)

Региональная студенческая научно-практическая конференция «Актуальные исследования в сфере социально-экономических, технических и естественных наук и новейших технологий» (Днепропетровск, 4?5 апреля 2013г.)

V Международная научно-практическая конференция «Проблемы и пути совершенствования экономического механизма предпринимательской деятельности» (Желтые Воды, 4?5 апреля 2013г.)

Всеукраинская научно-практическая конференция «Научно-методические подходы к преподаванию управленческих дисциплин в контексте требований рынка труда» (Днепропетровск, 11-12 апреля 2013г.)

VІ Всеукраинская научно-методическая конференция «Восточные славяне: история, язык, культура, перевод» (Днепродзержинск, 17-18 апреля 2013г.)

VIII Международная научно-практическая Интернет-конференция «Спецпроект: анализ научных исследований» (30–31 мая 2013г.)

Всеукраинская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы преподавания иностранных языков для профессионального общения» (Днепропетровск, 7–8 июня 2013г.)

V Международная научно-практическая Интернет-конференция «Качество экономического развития: глобальные и локальные аспекты» (17–18 июня 2013г.)

IX Международная научно-практическая конференция «Наука в информационном пространстве» (10–11 октября 2013г.)

VII Международная научно-практическая Интернет-конференция "АЛЬЯНС НАУК: УЧЕНЫЙ – УЧЕНОМУ" (15-16 марта 2012 года)

Шестеркин С.О., к.т.н. Папировский В.Л., д.ф-м.н Опарин В.Б.

Самарский государственный технический университет, Российская Федерация

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ БУРИЛЬНОЙ ТРУБЫ И ЭФФЕКТИВНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ КОНЦЕНТРАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ

В ходе эксплуатации бурильных труб имеют место разрушения, связанные с усталостным изломом в переходной зоне между телом трубы и высаженной частью. Именно здесь, в результате изменения толщины стенки трубы, возникает зона концентрации напряжений.

В ГОСТе 50278-92 [1] нет четких требований к форме переходной зоны. Пункт 2.3. ГОСТа гласит, что: « поверхность высаженной части трубы и место перехода её к части с толщиной стенки S не должны иметь резких уступов ». Было изучено влияние формы переходной зоны на прочностные характеристики наиболее широко применяемых в данный момент бурильных труб с приварными замками: ПК 127Х9, ПК 127X13, ПН 114X9, ПН 114Х11 группы прочности Р, а также бурильные трубы ПК 127Х9, ПК 127X13, ПН 114X9, ПН 114X11 группы прочности Е.

Анализ формы переходной зоны проводился методом конечных элементов. Приложив растягивающее усилие, создающее в теле трубы напряжение растяжения в 100МПа, была получена картина напряжённо-деформированного состояния (НДС) (рис.1). Растягивающие напряжения в теле трубы 100МПа. В зоне концентрации напряжений 155МПа. Коэффициент концентрации напряжений К=1,55.

Проанализировав полученные результаты, была предпринята попытка снижения коэффициента концентрации напряжений путем внесения изменений в геометрические параметры переходной зоны бурильной трубы (рис. 2).

рис 2.jpg

Рис. 1. Характерное распределение напряжений в переходной зоне между телом трубы и высадкой

рис 3.jpg

Рис. 2. Обозначения, принятые для описания формы переходной зоны

Далее была взята труба с наивысшим показателем коэффициента концентрации напрящений и методом конечных элементов был совершен анализ с различными параметрами угла a , длинной переходной части L , радиуса скругления переходной зоны R , величины высадки d . Результаты анализа представлены в табл. 1–3.

Таблица 1. Значения коэффициентов концентрации K в зависимости от величины угла ? и длинной переходной части L

Угол, ?°	Длина переходной части L , м	Коэффициент концентрации, К
0	?	1
15	0,072215	1,45
30	0,033515	1,65
45	0,01935	1,71
60	0,01117	1,69
75	0,00518	1,67
90	0	1,61

Таблица 2. Значения коэффициентов концентрации K , в зависимости от величины радиуса скругления R , для угла ? = 45° (наихудший случай)

R, м	0	0,01	0,033	0,1	0,33	1
K	1,71	1,61	1,46	1,25	1,08	1,02

Таблица 3. Значения коэффициента концентрации напряжений K в зависимости от радиуса скругления R и величины высадки ? (наихудший случай ? = 45°).

*R, м*	Коэффициент концентрации, K
*R, м*	*?=19,35мм*	*?=10мм*	*?=5мм*
0	1,71	1,64	1,51
0,01	1,61	1,60	1,48
0,033	1,46	1,42	1,34
0,1	1,25	1,25	1,22
0,33	1,08	1,08	1,09
1	1,02	1,02	1,02

Как видно из табл. 3, на значение коэффициента концентрации напряжений влияет как радиус скругления, так и толщина высаженной части. Поскольку нами анализируются значения коэффициента концентрации напряжений в трубе ПК127х9 Р, имеющей наибольшую внутреннюю высадку, результаты приведённые в табл. 3 могут быть использованы и для других анализируемых труб.

Так как полученные коэффициенты концентрации напряжений являются теоретическими то их необходимо перевести в реальные с учетом чувствительности материалов к концентраторам напряжений.

Для высадок бурильных труб реальных значений концентраторов напряжений нет. Однако имеются даные для концентраторов напряжений в ступенчатых валах и осей с галтелью [2]. Смоделировав галтель с параметрами близкими параметрам высадки, было получено теоретическое значение концентратора напряжений и фактические, для разных материалов.

Используя представленную методику расчета [2] был рассчитан эффективный коэффициент концентрации напряжений для труб с различной группой прочности, результаты представлены в табл. 4.

Таблица 4. Значения эффективного коэффициента концентрации напряжений K _s в переходной зоне от тела трубы к высадке, для сталей с различным s _В

Радиус скругления	Эффективный коэффициент концентрации напряжений, K _s
Радиус скругления	s _В = 600 МПа	s _В = 800 МПа	s _В = 1000 МПа
R = 0 м	1,573	1,699	1,825
R = 0,33 м	1,065	1,079	1,093

Обобщенный коэффициент снижения усталостной прочности детали, (трубы), это коэффициент учитывающий концентрацию напряжения, чистоту поверхности, масштабный фактор и поверхностную обработку детали. Результаты расчетов сведены в табл. 5.

Таблица 5. Значения обобщенного коэффициента снижения усталостной прочности трубы ( K _s ) _Д , для сталей с различным s _В

Радиус скругления	Обобщенный коэфф. снижения усталостной прочности ( K _s ) _Д
Радиус скругления	s _В = 600 МПа	s _В = 800 МПа	s _В = 1000 МПа
R = 0 м	2,873	3,899	4,925
R = 0,33 м	2,365	3,279	4,193

Как показывают результаты приведённые в табл. 5 при изготовлении труб по ГОСТ 50278-92, но с радиусом скругления переходной зоны в 0,33 м возможно увеличение усталостной прочности трубы на 15–21% (для различных типоразмеров труб и групп прочности материала).

Список использованных источников:

1. ГОСТ Р 50278-92. Трубы бурильные с приварными замками. – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 21 с.

2. Саркисов В.Г. Расчет усталостной прочности деталей бурового и нефтепромыслового оборудования: метод. указ. к выполнеию курсовых и квалификационных работ и проектов / В.Г. Саркисов, В.П. Папировский. – Самара: СГТУ, 1996. – 30 с.

WEB-ресурс научно-практических конференций

Навигация

Наши конференции

Подписка