Разработка центратора машины для улучшения технико-экономических показателей при бурении пилотных скважин, страница 9

Объём трубы:

V=S·l, м³                                                                                                            (5.17)

где l-длина трубы, м.

V=0,0163·1,5=0,024 м³

Масса трубы:

m_т=V·ρ, кг                                                                                                          (5.18)

где, ρ- плотность стали (ρ=7800 кг/м³).

m_т=0,024·7800=190,71 кг

Масса одной секции обсадных труб.

m_с= m_т+m_ш, кг                                                                                                   (5.19)

где, m_ш - масса шнека (m_ш=150 кг).

m_с=150+190,71=340,71 кг

Вес секции:

G= m_c·g, Н                                                                                                         (5.20)

где,g- ускорение свободного падения(g=9,8 м/с²).

G=340,71·9,8=3339 Н

5.6.2. Расчет пальца опоры на срез.

На срез палец можно рассчитать по формуле:

                                                                                                     (5.21)

где,d- диаметр пальца (d=20), мм;

P- сила действующая поперек пальца, принимается равной весу секции рассчитанному выше, Р=3339 Н;

[τ_ср]- допускаемое напряжение на срез, Н/мм²

[τ_ср]= (0,2…0,3)σ_т                                                                                              (5.22)

где, σ_т- предел текучести (σ_т=440).

[τ_ср]=0,2·440=88 Н/мм²

Условие 5.6 выполняется, можно сделать вывод о том, что палец опоры с большим запасом выдержит вес секции.

5.6.3. Расчет веса центратора.

Объём винта домкрата:

V=πR²H, м³                                                                                                        (5.23)

где, R- радиус винта, м;

Н- длина винта, м.

V=3,14·0,045²·0,573=0,0036 м³

Масса винта:

m=V·ρ, кг                                                                                                           (5.24)

где, ρ- плотность стали (ρ=7800 кг/м³).

m=0,0036·7800=28 кг

Объем штока опоры:

V=3,14·0,045²·0,392=0,0024 м³

Масса штока опоры:

m=0,0024·7800=19,4 кг

Масса рамы центратора:

m=0,0195·7800=152,1 кг

В итоге масса центратора рассчитывается путем сложения посчитанных масс рамы, винта домкрата и штока опоры:

m=152,1+19,4+28=199,54 кг

Вес центратора:

G= m·g, Н                                                                                                         (5.25)

где,g- ускорение свободного падения(g=9,8 м/с²).

G=199,54·9,8=1961 Н

5.6.4. Расчет винтового домкрата.

Винтовой домкрат требуется рассчитать для того чтобы знать, с какой силой требуется придавить обсадную трубу, чтобы исключить проскальзывание трубы в продольном направлении. Для этого нужно, чтобы сила трения между домкратом и колонной превосходила силу трения, между лыжами центратора и рамой-направляющей.

Вес, с которым центратор давит на раму, равен:

G=G_ц+G_с, Н                                                                                                       (5.26)

где, G_ц- вес центратора, Н;

G_с- вес секции бурового става, Н.

G=1961+3339=5300 Н

Сила трения, равна:

F_тр=Gf, Н

где, f- коэффициент трения (f=0,12).

F_тр=5300·0,13=389 Н

Так как нагрузка равномерно распределена между двумя лыжами, то силу трения следует разделить на 2 и рассчитывать винтовой домкрат исходя из результата.

F_тр1л.=389/2=344,5 Н

Исходя из получившейся силы трения, примем силу трения между домкратом и трубой с запасом, равную 1000 Н и рассчитаем, с какой силой требуется вращать рукоятку домкрата, чтобы достичь требуемого результата.

Сила, с которой требуется прижать колонну, равна:

F=1000/0,13=7692,3 Н

Произведем проверочный расчет домкрата с Q=7962,3 Н. Винт и гайка изготовлены из стали 35, резьба однозаходная с шагом 10 мм.

Определим КПД домкрата:

Угол β подъёма винтовой линии прямоугольной резьбы:

tgβ=Р/πd₂                                                                                                           (5.27)

где, d₂- средний диаметр, мм;

Р- шаг резьбы.

tgβ=10/3,14·(90+80)/2=0,037  => β=2º14'