Вихідні дані для проведення проектно-конструкторських робіт

Предмет і мета дисципліни

Лекція 1 Задачі і основні вимоги до проектування і освоєння обладнання в умовах бурових підприємств

Проектно-конструкторські роботи в бурових організаціях

Дисципліна „Розрахунок і конструювання бурового обладнання” (РіК БО) – це одна з профілюючих дисциплін напрямку „Інженерна механіка”.

Мета вивчення дисципліни – вивчення майбутніми спеціалістами наукових та технічних питань, які пов’язані з розрахунками та конструюванням елементів бурового обладнання, в тому числі нестандартних вузлів, механізмів, систем і споруд.

В результаті вивчення дисципліни студент повинен знати:

- методи розрахунків, пов’язані з проектуванням елементів бурового обладнання, приспосіблень, необхідних для виконання різного роду технологічних процесів;

- критерії стандартизації,уніфікації та методи оцінки технічного рівня бурового обладнання;

- вимоги до конструктивних напрямків вдосконалення та створення нових складових частин механізмів і споруд бурових установок;

- основні принципи конструювання елементів бурового обладнання;

- методи вибору і розробки необхідної конструкторської документації.

Студент повинен вміти:

- приймати технічні рішення необхідні для вибору раціональних конструкцій при модернізації та розробці обладнання з врахуванням вимог до зберігання, транспортування, монтажу – демонтажу, експлуатації, обслуговування і ремонту;

- складати розрахункові схеми та виконувати розрахунки, що мають відношення до конструювання (проектування) елементів бурового обладнання;

- розробляти необхідну конструкторську документацію;

- розробляти нові конструкції окремого обладнання;

- рекомендувати методи випробування розроблених конструкцій.

1.2 Техніко-економічні основи проектно-конструкторських робіт підрозділів механічної служби бурових підприємств

Бурові машини повинні мати високі міцність, надійність, енергоозброєність, коефіцієнт корисної дії і мінімальні енерговитрати. При створенні машин мають бути закладені передумови збільшення ступеня їх використання в часі за рахунок підвищення надійності, передбачені резерви їх подальшого конструктивного вдосконалення. Експлуатаційним вимогам потрібно приділяти первинну увагу при розробці конструкції машини, на стадії її випробування, при виконанні завершальних робіт. Виходячи з того, що роботоздатність машини в процесі експлуатації підтримуватиметься проведенням технічного обслуговування і ремонтів, а тому необхідно передбачити можливості: доступу до вузлів машини для технічного обслуговування і ремонту; контролю технічного стану вузлів машини; швидкої заміни вузлів і деталей, що піддаються найбільш інтенсивному зношуванню або руйнуванню.

Технологічні вимоги визначають витрати праці і засобів при виготовленні бурових машин і механізмів. До них відносять: максимальне використання в конструкції стандартних деталей; раціональний вибір матеріалу і способу отримання заготовок з метою економії металу при найбільшому коефіцієнті використання; максимальне зменшення числа деталей і спрощення кінематичної схеми (простота конструкції машин); правильний вибір посадок і допусків, що забезпечить точну взаємодію деталей при експлуатації.

Спеціальні вимоги визначаються специфічними умовами роботи бурових машин і механізмів. Машини і механізми бурових установок повинні складатися з транспортабельних вузлів, що легко монтуються і демонтуються з врахуванням умов доставки їх до місця буріння.

Корпуси машин і всі їх вузли і деталі повинні мати високу механічну міцність і антикорозійне покриття (лакування, гаряче цинкування, хромування, оксидування).

При бурінні нафтогазових свердловин електроустаткування бурових установок повиннj мати вибухобезпечне виконання. У конструкціях бурових установок не можна застосовувати легкозаймисті матеріали.

При розробці конструкцій машин фахівці керуються багатьма принципами, які є специфічними (індивідуальними) для процесу проектування конкретної машини, і порівняно невеликим числом спільних принципів проектування, характерних для процесу створення всіх машин.

Принципи конструювання постійно змінюються і залежать від соціальних умов життя, прогресу науки і техніки. Переважаюче значення тих або інших чинників в різні періоди також може мінятися.

Створення нових бурових установок на рівні вимог сучасної науки і техніки обов'язково повинне враховувати тенденцію розвитку власне процесу буріння і бурового устаткування. Проте оскільки бурова установка це перш за все комплекс машин, що виконують, як і всі машини іншого призначення, певний робочий процес, то її створення підлягає спільним законам машинобудування і до неї пред'являються спільні вимоги як до машини взагалі [1].

Сучасне бурове машинобудування характеризується наступними найголовнішими напрямами: висока продуктивність, механізація і автоматизація, надійність, стандартизація, спеціалізація і уніфікація, агрегатність і збільшення агрегатної потужності, мінімальна вага машин, технічна естетика і техніка безпеки, безперервне вдосконалення машин при експлуатації.

Завданням проектування бурових машин і агрегатів є забезпечення їх високої роботоздатності за рахунок раціональної конструктивної схеми, правильного вибору критеріїв роботоздатності несучих елементів і на основі цього вибору раціональних властивостей сталей та інших матеріалів.

Одним з основних критеріїв роботоздатності є міцність деталей - здатність, не руйнуючись, сприймати навантаження в певних режимах і умов навантаження.

Міцність забезпечується:

- знанням умов роботи і фізики відмов несучих елементів;

- вибором матеріалів;

- способами зміцнення матеріалів (деталей);

- правильним обґрунтуванням розмірів геометричної форми деталей;

- застосуванням сучасних методів розрахунків міцності, що базуються на сучасних досягненнях теорії міцності і досвіду розрахунку, конструювання та експлуатації машин.

Знання умов роботи дозволяє виявити діючі навантаження і закономірності їх зміни в процесі функціонування несучих елементів бурового обладнання.

Обладнання бурових машин і комплексів працює в винятково різноманітних, нестандартних і важких умовах, обумовлених зовнішніми впливами. Вузли й деталі бурових машин і комплексів - вали, осі, втулки, підшипники, зубчасті і ланцюгові передачі, деталі циліндро-поршневих груп бурових насосів і їх клапанів, талевий канат і функціонально контактуюче з ним обладнання та ін. піддаються дії статичного розтягування і стиснення, згину і кручення, циклічним знакозмінних і асиметричним згинаючим та крутним моментам, а також дії інших видів навантажень. Крім того, основна маса вузлів бурового обладнання працюють при дії температури навколишнього середовища від +50°С до -50°С.

Гідравлічна частина бурових насосів і елементи циркуляційної системи (всмоктуюча й нагнітальна лінії, елементи системи очищення, вертлюг та ін.) працюють з буровими розчинами, що містять абразивні та агресивні компоненти, що викликають абразивний та корозійний знос вузлів і деталей.

Бурові вишки піддаються як дії тривалих статичних навантажень, так і динамічних і вібраційних навантажень, що виникають в процесі буріння свердловин і при спуско-підйомних операціях. Крім того, на вишку діють специфічні для металоконструкцій навантаження, що мають місце при підйомі вишки під час її монтажу і при транспортуванні.

Вибір сталей для виготовлення бурових вишок обумовлений необхідністю зменшення металоємності, що спричиняє підвищення міцності сталі, крім того, оскільки вишка є складно- і важконавантаженою зварною конструкцією, яка працює при низьких температурах, обрана сталь повинна мати високоякісну зварюваність і холодостійкість.

Навантаженням називають дію на об'єкт, що приводить до виникнення напружень або деформацій в перерізах тіла. Розрізняють механічну, термічну, физико-хімічну дію та ін.

За характером дії механічні навантаження діляться на статичні і динамічні.

До статичних навантажень відносять такі, у яких величина, напрямок і місце додатки постійні або змінюються незначно. При розрахунку конструкцій на міцність від дії статичних навантажень силами інерції, як правило, нехтують.

Статичні навантаження поділяються на постійні і тимчасові.

До постійних відносять навантаження, прийняті незмінними для даної конструкції (наприклад, власна вага конструкції). Постійні навантаження можуть викликати в деталях конструкції змінні напруження. Так, при обертанні валу в його перерізах за один оберт в результаті згину відбувається зміна розтягуючих і стискаючих напружень. Аналогічно зуби зубчастих передач в результаті періодичного входу в зачеплення зазнають змінних напружень при постійній дії робочого навантаження, що діє на виконавчий орган машини.

До тимчасових статичних відносять навантаження, що діють протягом тривалого циклу роботи (навантаження від снігу, ожеледі, температурного впливу, початкового затягування різьбових з'єднань, тиск рідини або газу в різних апаратах та ін.).

Динамічні навантаження характеризуються швидкою зміною значення, напрямку або точки прикладання. Як правило, динамічні навантаження обумовлені значними силами інерції в елементах конструкції. Динамічні навантаження обумовлені нерівномірністю робочого процесу, в тому числі великими швидкостями перенесення навантаження з одного пружного несучого елемента на іншій (наприклад, велика швидкість (інтенсивність навантаження) талевої системи при підхопленні бурильної колони в процесі підйому); прискореннями при пуску, гальмуванні; неврівноваженістю деталей, що швидко обертаються (наприклад, незрівноваженістю маси талевого каната, навитого на барабан при обертанні піднімального валу); надмірним зносом зубчастих і ланцюгових передач; зазорами в рухомих з'єднаннях та ін. Найбільш яскраво динамічні навантаження, що викликаються нерівномірністю робочого процесу, проявляються в роботі поршневих машин (насосів, компресорів та двигунів внутрішнього згоряння), а також в машинах і інструменті ударної та вібраційної дії (гідроударники, долота бурові, молоти, вібросита та ін.).

Робочі процеси машин і механізмів підрозділяють на стаціонарні і нестаціонарні. Стаціонарним називають режим з постійними характеристиками робочого процесу. Режим з характеристиками робочого процесу, що змінюються, називають нестаціонарним. В стаціонарному режимі працюють, наприклад, вентилятори, деякі насосні станції та ін.

Машини та обладнання для буріння мають в основному нестаціонарний режим навантаження.

Дата добавления: 2013-12-14