CC BY
11
нию с кругами по а.с. СССР №1355470 пористостью до 25%, позволили снизить удельный расход алмазов в среднем в 2 раза и шероховатость обработанной поверхности с Ra = 0,12 до Ra = 0,06 мкм.
Список литературы
1 Курдюков В. И., КоротовскихВ. К. Повышение производительности
шлифования алмазными кругами на органической связке // СТИН. 1999. №12. С. 23-25.
2 Курдюков В. И., Коротовских В. К. Методы получения
высокопористых структур шлифовальных инструментов из СТМ на органических связках // Сверхтвердые материалы. 1993. №4. С. 30-35.
3 Курдюков В. И., Коротовских В. К. Высокопористые алмазные круги
для операции заточки твердосплавного напайного инструмента // Инструмент и технологии. 2002. №9-10. С. 144-147.
УДК 621.86.065.4+531
С.В. Марфицын, В.П. Марфицын
Общество с ограниченной ответственностью
«ДЕЛЬТА»
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАЗГРУЗОЧНОГО КРУГОВОГО КОЛЬЦА НА ПРОЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ УСТЬЕВОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ДОБЫЧИ НЕФТИ И ГАЗА
Аннотация. Рассматривается вопрос о преимуществах использования разгрузочного кругового кольца во фланцевых соединениях устьевого оборудования для добычи нефти и газа по патенту RU2416751C1 в сравнении с традиционной конструкцией фланцевого устьевого соединения по ГОСТ 28919-91.
Ключевые слова: фланцевое соединение, разгрузочное круговое кольцо, прочность, преимущества.
S.V. Marfitsyn, V.P. Marfitsyn Delta, LLC
ASSESSMENT OF THE UNLOADING CIRCULAR RING EFFECT ON STRENGTH OF THE FLANGE CONNECTION OF THE WELLHEAD EQUIPMENT FOR OIL AND GAS PRODUCTION
Abstract. The work considers advantages of the unloading circular ring in flange connections of wellhead equipment for oil and gas production according to the patent RU2416751C1 in comparison with the traditional construction of the wellhead flange connection according to GOST 28919-91.
Keywords: flange connection, unloading circular ring, strength, advantages.
Традиционные соединения устьевого оборудования являются соединениями фланцевого типа по ГОСТ 2891991 [1]. Эти соединения имеют тарельчатые фланцы, соединенные между собой через прокладку резьбовыми шпильками. В них фланцы работают на изгиб. Недостатками такой конструкции являются большие изгибающие усилия, передаваемые на корпус аппарата и ослабляющие его.
Альтернативным соединением устьевого оборудования являются затворы по патенту RU2416751C1 [2]. В этих соединениях изгибные усилия воспринимаются разгрузочным круговым кольцом, которое разгружает обечайку корпуса аппарата и значительно уменьшает их, а также полностью берет на себя моментную нагрузку от ответного фланца.
Установка разгрузочного кругового кольца показана на рисунке 1.
Для сравнения рассмотрим две конструкции: одну традиционную, а вторую по указанному выше патенту с кинематической схемой, описанной в работе [3]. В каче-
1 - Захват; 2 - наружное кольцо; 3 - разгрузочное круговое кольцо; 4 - фланец ответный Рисунок 1 - Установка разгрузочного кругового кольца
стве примера возьмем устьевое соединение внутренним диаметром 350 мм и рабочим давлением Рр=35 МПа.
Расчетные усилия, действующие на крышку при этом, принимаем FH"3,914МН [3].
Основные размеры элементов:
- наружный диаметр фланца D=675 мм;
- большой диаметр шейки 00 =480 мм;
- полная высота тарелки Н=11з мм.
С учетом обозначений, принятых в работе [4], имеем параметр, характеризующий жесткость обечайки в
в =
V 3(1 -И2)
M0 = P(d - c)-
1
, в 1 -И2
1 + — +-
fh\ 3
2 2fic l h1
ln
d
3 914
M0 = ^-0,1625 •
0 2n0,175
, 12,052*0,113
1 + —----+ -
0,91
2*12,052 - 0,175 l 0,065
0,113 У, 0,337
ln-
0,175
М0 = 0,2385
МН м
м
При этом напряжение будет равно: 6* 0,2385МН
а =
(0,065м)2
= 338,698 МПа.
3 914 M 0 = ' 0,077 • 0 2п0,175
, 12,052*0,1 0,91
1 + —--- +---
2 2*126052 - 06175 10,065
0,1 У, 0,252
ln-
0,175
= 0,13937
МН
M = 0,2742-
1
с2к2 ' где Ц - коэффициент Пуассона; с - внутренний радиус обечайки; 11 - толщина стенки обечайки.
Этот параметр является одним и тем же для обоих рассматриваемых случаев.
Определим распределенный по окружности изгибающий момент М0 , действующий на фланец во фланцевом соединении по ГОСТ 28919-91 [4].
1 + 0,6809 + 0,2157 * 3,6413 * 0,3646
Mn = 0,2742-
1
0,2742
1 + 0,6809 + 0,2157 + 062865 МНм
= 0,13937-
1,9674 м
При этом напряжение будет равно:
6*0,139MH innnnriíl[rr а =---— = 197,396 МПа.
(0,065м)2
Критическое напряжение образования трещин для данной стали стк* = 200,233МПа [5]. Значит, эта конструкция хорошо сопротивляется трещинообразованию.
Рассмотрим прочность разгрузочного силового коль-
ца:
Размеры разгрузочного кольца: 1 - высота сечения кольца; d - наружный радиус кольца; с - внутренний радиус кольца; р - средний радиус кольца. 1 - 0,1м;
d - 0,175+0,065+0,08=0,320м; с - 0,175+0,065+0,001=0,241м;
й - с 1,320 - 0,241 р = с +-= 0,241 = —
2
2
Допускаемое напряжение для нефтегазовой арматуры по американскому стандарту ASME для стали 30ХГСА
2
[ а ] = з ст = 556,667МПа 338,698 < 556,667.
Однако не выполнено условие прочности по трещинообразованию. Для стали 30ХГСА допускаемое напряжение по трещинообразованию [о] * = 200,233 МПа. 338 > 200,233 [5].
Расчетные размеры фланца по указанному выше патенту:
d2 - c = 0,252 - 0,175 = 0,077,
где d 2 - наружный радиус фланца по патенту
RU2416751C1.
Определим распределенный по окружности изгибающий момент М0 действующий на фланец по патенту RU2416751C1.
= 0,241 + 0,0395 = 0,2805 м.
Сила давления внутренней среды на внутреннюю расчетную площадь крышки 3,914 МПа. Длина окружности внутреннего кольца
2п • 0,241м=1,513 м.
Сила, приходящаяся на единицу длины окружности: F 3,914 мН = 2,587.
2nR 1,513 м Момент, скручивающий кольцо:
M =
2nR
• 0,03 м = 0,0776.
Mpp = 0,0776 * 0,2805 = 0,02176МНм.
l—n = ln0320 = ln 1,3278 = 0,2852. c 0,241
6Mt
h2c ln
d'
c
м
c
1
2
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 10
21
CTmax = 189,952 МПа.
[a] - допускаемое напряжение по трещинообра-зованию:
[а] * = 200,233 МПа для стали 30ХГСА [3]. 189,952 < 200,233.
Следовательно, данная конструкция удовлетворяет условию сопротивляемости к образованию трещин [5].
ВЫВОДЫ
1 Для увеличения прочности фланцевого соединения в устьевом оборудовании следует применять соединения по патенту RU2416751C1, где применено разгрузочное круговое кольцо и тяги, именуемые захватами, в результате которого происходит уменьшение плеча изгибающего момента, действующего на фланец.
2 Происходит уменьшение трудоемкости сборки за счет отсутствия резьбовых шпилек.
3 Рекомендуется применять фланцевые соединения по патенту RU2416751C1 в устройствах устьевого оборудования для добычи нефти и газа.
Список литературы
1 Фланцевые соединения устьевого оборудования. ГОСТ 28919-91.
2 Марфицын В. П., Марфицын А. В., Марфицын С. В. Изобретение к
патенту RU2416751C1 от 14.08.2009. Затвор повышенной герметичности и вибрационной стойкости с усиленным стопорением и разгрузочным круговым кольцом для сосудов и аппаратов, работающих под внутренним или наружным давлением.
3 Марфицын С. В., Марфицын В. П. Модернизация стенда для
испытания устьевого оборудования //Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2014. Вып.9. №2(33). С. 8-9.
4 Тимошенко С. П. Сопротивление материалов. Т. 2. ОГИЗ. М. :
Гостехиздат, 1955. С.167.
5 Марфицын С. В., Марфицын В. П. О мерах, препятствующих
появлению трещин в фонтанной арматуре // Вестник Курганского государственного университета. Серия «Технические науки». 2013. Вып. 8. №2(29). С. 101-102.
УДК 658.512.012
А.С. Пухов, М.М. Федотова
Курганский государственный университет
ПРОГРАММНОЕ БАЗИРОВАНИЕ ЗАГОТОВОК ПРИ ДВУХ- И МНОГОСТОРОННЕЙ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКЕ
Аннотация. В статье рассмотрен способ базирования гладких заготовок с использованием программно подводимого упора, выполняющего функцию упорной базы при установке предварительно измеренной заготовки (входного контроля).
Ключевые слова: токарные станки с ЧПУ, программное базирование заготовок, многосторонняя обработка.
A.S. Puhov, M.M. Fedotova Kurgan State University
PROGRAM BASING OF WORKPIECES IN TWO-SIDED AND MULTIFACE LATHE MACHINING
Abstract. The paper dwells upon the way of smooth
workpieces basing with the use of program conveyed thrust performing a function of a thrust base when installing a preliminary checked workpiece (initial check).
Keywords: lathes with ChPU, program basing of workpieces, multiface machining.
ВВЕДЕНИЕ
Базирование гладких цилиндрических заготовок, например из проката (прутков, труб и др.), при двух- и многосторонней токарной обработке с применением поворотных (индексных) патронов имеет существенную особенность, обусловленную необходимостью выбора или создания упорной базы для установки заготовок в данные патроны. В отличие от заготовок деталей типа крестовин, тройников, угольников и т.п., базируемых при установке в индексные патроны по явным реальным поверхностям, цилиндрические гладкие заготовки нуждаются в промежуточных исходных базах, в частности, в виде неявных элементов типа линий, осей и др.
В рассматриваемом случае такой исходной условной базой может служить линия, являющаяся осью поворота детали в индексном патроне. Эта линия является также и осью поверхностей, расположенных в детали под соответствующим углом (чаще 900) к продольной оси заготовки. Являясь неявной, данная промежуточная база должна быть параметрически связана с реальной поверхностью, которая может использоваться для базирования заготовки при установке на станок. В качестве такой поверхности (упорной базы) можно принять один из торцов заготовки, которая при установке в патрон фиксируется этим торцом, досылаясь до программно подведенного упора, установленного в инструментальной револьверной головке (РГ) или другом инструментальном накопителе (магазине).
Аналога решения данной задачи - программного базирования заготовок, в том числе и подобного предлагаемому варианту, - не выявлено.
Постановка задачи
Исходя из изложенного, в основу формирования способа программного базирования заготовок и его реализации предлагаются следующие основные действия (этапы):
1) измерение основного параметра (длины) заготовки, являющееся также входным её контролем;
2) ввод результатов измерения (годной заготовки) в управляющую программу (УП) обработки детали;
3) формирование управляющей программой значений координат положения подводимого упора согласно реальным размерам заготовки и припуску при разделении последнего по торцам, например пополам;
4) подвод упора в заданное УП положение;
5) подача заготовки (автоматически или вручную), устанавливаемой в патрон с досыланием до программно подведенного упора и ее закрепление в этом положении в патроне;
6) отвод упора;
7) обработка детали с двух или нескольких сторон согласно программе;
8) подвод упора в прежнее положение базирования и раскрепление заготовки в патроне;
9) удаление заготовки из кулачков патрона перемещением упора в направлении, противоположном её загрузке.
Реализация способа
На рисунке 1 отражена взаимосвязь рассмотренных этапов базирования. Функции, связанные непосредственно с базированием заготовок, выполняются приводами (Пр.ЧПУ) и другими механизмами, управляемыми УЧПУ. Измерительные устройства (Изм.У) по принципу действия
