石油壓裂活動(dòng)彎頭設(shè)計(jì)計(jì)算書

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1、編號(hào):3”103.5Mpa活動(dòng)彎頭設(shè)計(jì)計(jì)算書1.0概述我公司已經(jīng)形成節(jié)流及壓井系統(tǒng)元件批量生產(chǎn)的能力，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，滿足用戶需要，降低生產(chǎn)成本，特分別對(duì)各類整體接頭進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。以下對(duì)3”103.5Mpa旋轉(zhuǎn)活動(dòng)彎頭各主要尺寸進(jìn)行計(jì)算校核。2.0活動(dòng)彎頭受內(nèi)壓時(shí)危險(xiǎn)截面處的強(qiáng)度校核從活動(dòng)彎頭受內(nèi)壓時(shí)受力狀況分析，如圖1所示D1處彎頭體截面壁厚最薄，強(qiáng)度最低。我們以活動(dòng)彎頭工作狀況最差時(shí)來校核該處的強(qiáng)度，工作壓力為P=103.5MPao下面，我們來校核各類活動(dòng)彎頭的危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。在此時(shí)用42CrMo材料制成的彎頭體設(shè)計(jì)許用應(yīng)力應(yīng)按APISpec16c（第1版）第3節(jié)3

2、.1.1ASME方法確定：2S』Sy（即安全系數(shù)n=l?5）3材料的機(jī)械性能按APISpec16c（第1版）規(guī)范中75K級(jí)計(jì)算時(shí)，鋼材的最小屈服強(qiáng)度Sy=517MPa；而42CrMo合金鋼管的力學(xué)性能Sy=930MPa（鍛件用合金結(jié)構(gòu)鋼GB/T17107-1997）,大于517MPa,取安全系數(shù)n=1.5則2額定工作壓力下設(shè)計(jì)應(yīng)力S=Szh=-5）=930/1.5=620MPa;3最大許用主薄膜應(yīng)力St=0.9Sy=558MPa（1）3”活動(dòng)彎頭的強(qiáng)度校核：根據(jù)ASME第二冊(cè)2013版附錄5D中公式（5?D.14）_P(D+r)6一—2r—103.5*(63.5+20.

3、2)2*20.2=214.5MPa

4、應(yīng)力集中的情況，材料的屈服極限Sy=930MPa;當(dāng)P=103.5MPa時(shí),3〃活動(dòng)彎頭的應(yīng)力集中校核:H=(D2?Dl)/2=(116.28-103.89)/2=6.195mmH/R=6.195/0.8=7.74,符合0.25WH/RW20其中：D2=116.28mm,D1=103.89mm,R=0.8mm而H/D2=0.10,根據(jù)圖4.14-34并用內(nèi)線性插值法求得應(yīng)力集中系數(shù)a=3.09所以在工作壓力P=I03.5Mpa時(shí)，R處于最大應(yīng)力值為6max=3.09X103.5=324.45Mpa安全系數(shù)n=6s/&max=930/324.45=2.8由此可知，工作壓力

5、103.5Mpa下，不會(huì)因壓力集中而使產(chǎn)品破壞。3.0高壓活動(dòng)彎頭螺紋強(qiáng)度校核：已知高壓活動(dòng)彎頭材料為42CrMo調(diào)質(zhì)處理硬度HRC28~32,按ASTM規(guī)范的要求螺栓材料取最低屈服強(qiáng)度，根據(jù)ASMEB31.3工藝管道302.3.2設(shè)計(jì)應(yīng)力的基礎(chǔ)對(duì)螺栓材料設(shè)計(jì)應(yīng)力取值Sy=930MPa：螺栓材料取最低屈服強(qiáng)度：[。]=2/3Sy=620MPa,許用拉伸應(yīng)力強(qiáng)度[St]=l/4Sy=232.5Mpa螺紋所受的載荷:=343270.69N1>.高壓活動(dòng)彎頭螺紋抗拉強(qiáng)度校核:1.3F1.3F(J=二S二口丄“-33.93MPa<[St]3.1416(丘+鬥22>高壓活動(dòng)彎頭螺

6、紋剪切強(qiáng)度校核:St==340.13MPa〈[o1.3F3.1416K〃[0.5+gtanl4.5(Es—k”)]其中：Es:外螺紋的最小中經(jīng)Ks：外螺紋的最小內(nèi)徑Kn：內(nèi)螺紋最大內(nèi)徑結(jié)論：整體式高壓活動(dòng)彎頭螺紋強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。通過以上計(jì)算可知，103.5Mpa活動(dòng)彎頭類產(chǎn)品設(shè)計(jì)是安全的，可靠的，也是成功的。參考文獻(xiàn):《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社2004年8月岀版；《APISpec16C節(jié)流和壓井系統(tǒng)規(guī)范》石油工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所1993年1月29日翻譯出版；《ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范國(guó)際性規(guī)范》中國(guó)石化出版社2004年7刀出版；《ASME壓力管道規(guī)范B31美國(guó)國(guó)家標(biāo)

7、準(zhǔn)》B31.3工藝管道；《英美螺紋標(biāo)準(zhǔn)》華北石油管理局鉆井工藝研究所，1982年2月