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        采油裝置的強度分析和設計方法

        發布于:2016-01-19 21:44
        強度分析

              采油井口裝置是采油機械中的關鍵設備之一。由于它既要承受高壓,又要具有防止硫化物應力腐蝕的性能,因此,對這些部件的強度分析設計和制造工藝都具有很高的要求。但目前很少見到有資料對這種裝置的強度和設計方法進行分析和介紹。下面通過對該裝置的強度實驗,求得合理的設計方法。
              所試驗產品為KY250采油井口裝置的部件一閥體、小四通和大四通。產品設計壓力P=250公斤力/厘米,材料為ZG45。這些部件在水壓試驗中的應力一應變測定結果如下:(1)在設計壓力下,閥體、小四通和大四通外壁的主要應力分布。 (2)閥體、小四通和大四通上最大應力點的壓力一應變曲線,閥體的爆破壓力為1.560公斤力/厘米,小四通的爆破壓力大于1650公斤力/厘米,大四通的爆破壓力大于1700公斤力/厘米。
              由于有些油井含硫量比較高,因此,采油井口裝置還必須考慮防止硫化物應力腐蝕裂紋的問題。目前國際上防止SSCC的重要措施是控制設備的材料硬度。下面討論采油井口裝置防止SSCC的硬度控制。假設設備的殘余應力為Qr,設備在外載荷下的一次膜應力為a,彎曲應力和二次應力的總和(不包括殘余應力)為a1。推薦設備在濕硫化氫環境中不發生SSCC的條件是:已知設備的應力水平,由公式即可算出Sm,再利用圖查出對應的硬度值。只要把設備的材料硬度值控制在該值以下,設備在濕硫化氯環境中不會發生SSCCo閥體、小四通和大四通(鑄件)都必須進行退火處理。由于它們的體積小,因此,經退火處理后,殘余應力基本上可以消除。
              在內壓作用下,閥體的最大應力是上部圓筒的環向應力,它屬于一次膜應力。彎曲應力和二次應力的總和a2。取一次膜應力am=0.5as,由于井口裝置選用as<50公斤力/毫米的材料,因此將代入公式的第一式求出Sm=42.75公斤力/毫米。從圖查到對應的硬度值為HB270,這就是說,閥體的硬度應控制在HB270以下。在內壓作用下,小四通的最大應力在兩管相貫的十字交叉點,可看成是一個管子的環向應力和另一管子的縱向應力疊加。


                                                                                          專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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