zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



РОЗПОДІЛ НАВАНТАЖЕНЬ ПО ВИТКАХ РІЗЬБОВОГО з’єднання насосних штанг

 

Копей Б.В., Михайлюк В.В.

Україна, м. Івано-Франківськ,

Івано-Франківський національний

технічний університет нафти і газу

 

В отличие от метода определения распределения напряжений по виткам резьбы предложенного И.А. Биргером, в статье приводится метод расчета, учитывающий силы трения в резьбе и точность ее изготовления, смещение витка от изгиба, среза и радиальные деформации от сил на торцах витка и от сил осевого сжатия или растяжения резьбы. Сравнение результатов различных методов расчетов показывает высокое совпадение определения распределения напряжений по виткам резьбы с методом А.И. Биргера.

 

Для популярного в останні роки скінченно-елементного аналізу (МКЕ) одним з основних запитань є верифікація результатів. Надійними методами верифікації є натурний експеримент і порівняння результатів з аналітичним дослідженням адекватної математичної моделі. Ці два методи достатньо обмежені. Перший метод не дозволяє отримати точні дані про стан конструкції через неможливість безпосереднього його вимірювання в конкретних місцях, другий – обмежується кільки невеликим класом простих задач і особливих умов навантаження. До таких задач можна віднести задачу розподілу навантаження по витках різьби насосної штанги.

Різьбові з’єднання, як найбільш поширений спосіб з’єднань в конструкціях, вивчені в даний час досить глибоко і мають аналітичну модель. Вперше умову напруження болта, навантаженого осьовою силою в межах висоти гайки, розглянув М. Жуковський в 1902р. Більш точно ця задача була вирішена І.А. Біргером у 1944 р. [1]. Згідно розв’язку І.А. Біргера, інтенсивність розподілу навантаження (сила F на одиницю довжини різьбового з’єднання) по витках різьбового з’єднання для схеми навантаження поданої на рис.1 визначається за формулою:

(1)

де H – висота гайки;

, – коефіцієнт, що залежить механічних властивостей матеріалу і від геометричних параметрів різьби та з’єднання в цілому;

 – осьове навантаження;

 ­– координата довжини різьбового з’єднання;

, – модуль пружності при стиску для матеріалу ніпеля та муфти;

 і  – площі поперечних перерізів ніпеля і муфти відповідно.

Схема навантаження (рис. 1) «ніпель і муфта розтягнені» має місце коли колона насосних штанг знаходиться під дією навантажень розтягу.

 

, – осьова деформація різьбової частини ніпеля та муфти відповідно;

 – прогин витків різьби ніпеля вздовж середнього діаметра d2 в перерізі з координатою z і початку координат (z = 0);

 – прогин витків різьби муфти вздовж середнього діаметра d2 в перерізі з координатою z і початку координат (z = 0).

Рисунок 1 – Схема розрахунку з’єднання

 

Роботи І.А. Біргера насичені великою кількістю схем навантаження, а також в них враховано вплив на розподіл навантаження по витках різьби таких чинників як: товщина стінки гайки, висота гайки, крок різьби, профіль різьби, матеріали гайки і болта та інші. Однак, при рішенні завдання загальної деформації тіла болта й гайки які є аналогом ніпельної та муфтової частини різьбового з’єднання насосних штанг, необхідно врахувати сили тертя в різьбі й точність її виготовлення, зсув витка від згину, зрізу та радіальні деформації від сил на торцях витка і від сил осьового стиску або розтягу різьби.

Для визначення інтенсивності розподілу навантаження по довжині різьбового з’єднання насосних штанг (згідно схеми поданої на рис. 1) з врахуванням вище перелічених чинників пропонується наступна формула:

,

(2)

       Величина сили, що діє на різьбову частину в перерізі z, буде рівною:

.

(3)

тут величини a і b: - коефіцієнти, що залежать від механічних властивостей матеріалу різьбового з’єднання та його геометричних параметрів та визначаються за формулами:

.

(4)

 

 

.

(5)

 

де  – проекція бокової поверхні витка на площину, перпендикулярну осі z ();

  – перекриття витків різьби ніпеля та муфти (робоча глибина витка);

 – середній діаметр різьби.

Коефіцієнти гнучкості витків різьби можуть бути:

.

(6)

 

,

(7)

де ,

,  – згин витка від дії тиску на його бокову робочу поверхню;

,  – зріз витка від дії тиску на його бокову робочу поверхню.

Рисунок 2 – Розрахункова схема

 

(8)

Загальні деформації витків різьби ніпеля та муфти можна записати:

.

(9)

Після перетворення:

,

(10)

де  – внутрішній діаметр різьби ніпеля;

 

.

(11)

Нерівномірний розподіл навантаження по робочих витках різьбового з’єднання викликає нерівномірний розподіл напружень. Осьові напруження в тілі ніпеля і муфти визначаються за формулами:

, ,

(12)

 

Застосувавши комп’ютерне моделювання для виявлення розподілу напружень в різьбовому з’єднанні насосних штанг діаметром 19 мм розроблена комп‘ютерна скінченно-елементна осесиметрична модель стандартного з‘єднання штанг [2]. Для розрахунку, як вважалося, найбільш небезпечного варіанта з‘єднання розміри моделі різьби ніпеля вибирались мінімально допустимими, а розміри різьби муфти – максимально допустимими. Зусилля згвинчування з’єднання моделювалися наступним чином: між уступом ніпеля і опорним торцем муфти введено ділянку матеріалу, зі здатністю до термічного розширення в осьовому напрямку.

Характеристики матеріалу ніпеля та муфти однакові: матеріал лінійний, пружній і ізотропний. Для спрощення моделювання контакту гвинтові поверхні різьби замінені кільцевими поверхнями з профілем різьби. В контактному з’єднанні кільцевих поверхонь та на торцевих поверхнях ніпеля та муфти враховувався коефіцієнт тертя.

В результаті проведеного аналізу отримані результати, наведені на рис. 3.

 

Рисунок 3 – Еквівалентні напруження в з’єднанні насосних штанг

 

Розподіл еквівалентних напружень у впадинах різьби ніпеля по її довжині під дією максимального навантаження розтягу відбувається наступним чином: в першій впадині витка різьби напруження найбільші, далі величини напружень зменшуються, а на останніх впадинах різьби ніпеля напруження дещо зростають (рис.4).

 

Рисунок 4 – Розподіл еквівалентних напружень по впадинах різьби ніпеля насосної штанги

 

Також за результатами проведеного моделювання встановлено небезпечні зони з’єднання (табл. 1), в яких напруження наближаються до максимальних.

 

Таблиця 1Розподіл напружень в небезпечних зонах з’єднання насосних штанг

Небезпечні зони

Радіус канавки під буртом

Радіус канавки біля різьби

Перша впадина різьби ніпеля

Остання впадина різьби муфти

sм, МПа

404

390

437

404

 

Основними напруженнями, що призводять до руйнування різьбових з’єднань насосних штанг, є осьові, оскільки різьбове з’єднання навантажується осьовою силою та крутним моментом, який також спричиняє розтяг вздовж осі. Розглянемо розподіл осьових напружень в з’єднанні показаному на рис. 5.

 

Рисунок 5 – Осьові напруження в з’єднанні насосних штанг

 

Переглядаючи розподіл осьових напружень в з’єднанні насосної штанги і муфти (рис. 5) можна зробити висновок, що максимальні напруження виникають в першій впадині різьби ніпеля.

Для верифікації розрахунків розподілу напружень по впадинах витків різьби насосної штанги в даній роботі виконано порівняння результатів отриманих за допомогою методу скінченних елементів з аналітичними висновками А.И. Біргера та запропонованим уточненим методом, що враховує точність виготовлення різьби, зсув витка від згину, зрізу та радіальні деформації від сил на торцях витка і від сил осьового стиску або розтягу різьби.

Отримані результати показані на рис.6.

 

Рисунок 6 – Розподіл осьових напружень по витках різьбового з’єднання насосних штанг, отриманих за допомогою різних методів розрахунку

 

Порівняння триманих результатів проведених розрахунків показує високе співпадання запропонованих методів визначення розподілу напружень по витках різьби із методом Биргера.

 

Література

1.    Биргер И.А. Резьбовые и фланцевые соединения/ И.А. Биргер, Г. Б. Иосилевич. –М.: Машиностроение, 1990. – 368 с.

2.    ГОСТ 13877-96. Межгосударственный стандарт. Штанги насосные и муфты штанговые. Технические условия. Киев. Гоcстандарт Украины, 2002. - 28 с.

3.    Ришмюллер Г. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Пер. с нем./ Г.Ришмюллер, Х.Майер.– М. : Фест-Альпине, 1988. – 151 с.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info