Определение показателей материалоемкости и жесткости МОНГП по теме КП

 

В соответствии с [ ] cнижение металлоемкости машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов наряду с уменьшением себестоимости изготовления дает эффект при транспортных, монтажно-демонтажных работах, что особо важно в условиях морского шельфа, тундры, болотистой и гористой местности. Применяются следующие методы:

 

1) изменения принципиальных и конструктивных схем;

 

2) рациональных сечений деталей;

3) рационального выбора материалов.

Метод изменения принципиальных и кинематических схем распространен во многих отраслях машиностроения и заключается в применении рациональной компоновки и упрощении трансмиссий. В крупногабаритных машинах эффективны: переход от группового привода к индивидуальному приводу, от многоступенчатых редукторов и коробок перемены передач к регулируемому приводу с бесступенчатыми регу-лируемыми передачами, использование планетарных редукторов. Кроме снижения массы улучшаются рабочие характеристики, повышается долговечность. Эти тенденции характерны для буровых установок.

 

Примеры совершенствования конструктивных схем:

1) двухпоршневые буровые насосы двустороннего действия заменены на трехпоршневые насосы одностороннего действия: результат – насос НБТ-600 легче близкого по рабочим параметрам двухпоршневого У8-6МА2 на 40 % (19 т против 26,7 т) и при этом даже несколько мощнее. Насос УНБТ-950 легче насоса У8- 7МА2 на 43,4 % (23,5 т против 33,7 т) и мощнее на 15,1 % [ ]. При этом сократилось число быстроизнашивающихся дета-лей гидравлической части с 18 до12;

2) по буровым лебедкам – ЛБУ1100-ЭТ-3 легче ЛБУ37-1100Д1 на 14140 кг или на 35 % (26310 кг против 40450 кг) примерно те же соотноше-ния по другим лебедкам.

 

Есть выигрыш по абсолютным и удельным показателям в массе у без-балансирных станков-качалок по сравнению с балансирными станками [ ]. Их сравнение по параметрам приведено в табл. 6.1.

 

Таблица 6.1. Основные параметры станков-качалок

 

 

Станки-качалки	Наибольшие допускаемые нагрузки на устьевой шток, кН	Номинальная длина хода устьевого штока, м	Момент крутящий на ведущем валу редуктора, кН∙м	Масса комплекса не более, т∗
Балансирные
СКД3-1,5-710		1,5	7,1	3,27
СКД6-2,5-2800		2,5		7,62
СКД12-3,0-		3,0		12,065
Безбалансирные
СБМ3-1,8-700		1,8	7,0	2,675
СБМ6-3-2500		3,0		7,24
СБМ12-5-8000		5,0		17,18
Установки типа АГН
АГН-Н-2,2		2,2	-	0,7
АГН-Л-2,2		2,2	-	1,5
АГН-С-4,5		4,5	-	1,9

*

 

 

*Примечание: по установкам типа АГН масса указана без электродвигателя и масла

 

 

В безбалансирных станках-качалках перемещение колонны насосных штанг осуществляется гибким звеном – несколькими канатами, соединяю-щими кривошипы редуктора с канатной подвеской устьевого штока. Уравновешивание привода обеспечивается V -образной формой кривошипа. Выигрыш по массе, как видно из табл. 6.1, сопровождается также существенным увеличением длины хода устьевого штока (в 1,2–1,5 раза), бла-гоприятствующим повышению эффективности процесса откачки нефти. При определенных условиях еще больший эффект дают установки типа АГН, работающие по принципиально иной схеме: с приводом штангового насоса от гидроцилиндров и уравновешиванием привода путем перемещения насосно-компрессорных труб. По массе выигрыш достигает до 5–6 раз, при этом ход устьевого штока увеличивается до 1,5 раз.

В КП следует рассмотреть основные параметры рассматриваемого оборудования на основе анализа данных учебников, справочников и каталогов, в том числе имеющихся в электронных ресурсах, приведенных в списке используемых источников.

Для уменьшения материалоемкости в соответствии с [ ] может быть использован метод рациональных сечений.

При условии сохранения равнопрочности детали рассматриваемого в КП оборудования можно облегчить следующими способами:

 

1) удалением металла из явно малонагруженных участков;

 

2) у деталей типа шестерен и других вращающихся изделий, имеющих форму дисков, выборками (выемками) или снятием металла больше к периферии и меньше к центру;

 

3) у деталей типа фланцев – изменением круглых форм на многоугольные или фигурные с выкружками.

 

4) у деталей, имеющих прямоугольные выступы, галтели, скосы, конусы и острые углы, – округлением углов, плавными переходами;

5) стержневых и ферменных системах – заменой деформации изгиба растяжением-сжатием;

 

6) уменьшением пролетов между опорами, что снижает изгибающий момент;

7) обеспечением компактности конструкций, при этом уменьшать диаметры колес и компенсировать повышение окружных усилий удлинением зуба, переходом на косой или шевронный зуб, выбором более твердых и прочных материалов.

 

Облегчение деталей должно сопровождаться правильным выбором схем силового воздействия, то есть избегать асимметричного приложения нагрузок, стремиться к уменьшению напряжений растяжения и исключению изгиба; уменьшению равнодействующих сил в зацеплениях зубчатых передач с промежуточными шестернями и т. д.

Рациональность форм профиля характеризуется независимо от их абсолютных размеров безразмерными показателями прочности (7.1)

и жесткости

(7.2)

где W, J, F - соответственно момент сопротивления, момент инерции и площадь сечения.

Оценка рациональности выбора профилей для деталей, работающих на изгиб, может производиться с помощью формул (7.1) и (7.2) по8типовым формам профилей сечений(из справочной литературы):круг,квадрат, прямоугольник, полые круг, квадрат и прямоугольник, швеллер, двутавр. Выгодность полых профилей резко возрастает с утончением стенок и увеличением размеров сечения увеличением значений полых фигур

η = h / H и e = b/B. При e = 0,9 и η = 0,95, ω увеличивается в 6 раз, i в 15 раз по сравнению со сплошными профилями.

 

Для круглых деталей (вала, оси и др.) равнопрочность можно оценить

 

соотношением моментов сопротивлений и моментов инерции [ 10 ]: , (7.3)

где a = _D^d; индекс о – для массивного сечения (d = 0). Относительная масса

. (7.4)

При значении a = 0,3 −0,6 масса изделия снижается с одновременным менее резким уменьшением прочности и жесткости. Расчет по формуле (7.4) показывает при значении a = 0,6 масса уменьшается на 40 %, а прочность и жесткость снижаются всего на 10 %. Далее уменьшать массу невыгодно.

Для снижения массы и металлоемкости машин путем рационального выбора материалов используется показатель удельной металлоемкости изделия, который в общем виде выражается формулой

, (7.5)

где ∑ m_i – суммарные массы металлов, примененных в изделии; N – главный

 

параметр (мощность, глубина бурения, грузоподъемность и т. д.). Надежным способом облегчения деталей является повышение прочности материалов.

По согласованию с преподавателем часть расчетов показателей материалоемкости и жесткости может быть заменена на гидравлические, тепловые, энергетические и другие расчеты.