Кафедра бурения скважин

По дисциплине: Буровые машины и механизмы

^{(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)}

Тема: Расчет четырехгранной металлической вышки

Вариант 4

Выполнил: ст. гр. РТ-09 ________________ / Аллагузин З.Х./

^{(подпись) (Ф.И.О.)}

Проверил: проф. _______________ / Шелковников И.Г. /

^{(должность) (подпись) (Ф.И.О.)}

Санкт-Петербург

Цель задания: определить усилия, возникающие в элементах четырехгранной металлической вышки от полезной нагрузки, собственного веса и ветровой на­грузки. Проверить на прочность наиболее нагруженные элементы.

Начальные условия:

,

d_поясов=60x5 мм,

d_{раскосов}=60x5 мм.

Решение:

1. Усилия в элементах вышки от действия полезной нагрузки Q₀:

Сила сжатия в ноге вышки от Q₀ и стержнях верхнего основания соответственно

; ,

где - угол наклона ноги вышки к горизонтальной плоскости:

2. Усилия в элементах вышки от действия собственного веса Q_{B :}

исходя из соотно­шения:

,

где - сила веса вышки;

S – площадь боковой поверхности вышки.

;

;

Рассчитывается вес секций и нагрузка в узлах вышки от :

Площадь фонаря:

;

Вес фонаря:

;

Площадь боковой поверхности n-й секции:

,

где - длина верхнего (меньшего) основания грани n-й секции:

;

- высота секции;

Вес n-й секции:

Таким образом:

Вторая секция:

где ;

;

;

Третья секция:

;

,

Четвертая секция:

;

,

Пятая секция:

;

,

Шестая секция:

;

,

Седьмая секция:

;

,

Восьмая секция:

;

,

В результате произведенных расчетов получено:

;

.

Производится расчет нагрузки в узлах секции:

;

;

;

;

;

;

;

По результатам вычислений заполняется табл.1:

Таблица 1

Вес секций и нагрузка в узлах от Q_В

Секция	Площадь боковой поверхности секции, м2	Вес секции, даН	Нагрузка в узлах секции, даН
I (фонарь)	10,2	228,5
II	21,3		176,4
III			355,6
IV			568,4
V
VI			1318,6
VII			1727,4
VIII
	402,5	9015,5	-

Усилия в участках ног вышки:

;

;

;

;

;

;

;

Усилия в поясах ( - усилия сжатия; - усилия растяжения):

;

;

;

;

Усилия в поясах и участках ног вышки от Q₀ и Q_В:

Таблица 2

3. Усилия в стержнях вышки от ветровой нагрузки:

1) расчетные площади панелей, относящиеся к соответст­вующим узлам:

;

;

;

;

;

;

;

;

.

2) Коэффициент n =1 для панелей VII-VI, n =1,25 для панелей V-III и n =1,4 для панелей II– I

3) период свободных колебаний вышки:

,

где - приведенная масса, ;

М_к – масса кронблока, М_к = 300 даН;

М – масса конструкции, М = 84 00 даН;

М_с – масса пакета свечей, M_c=q*L = 4,4*1500 = 6600 даН (здесь q - вес 1 м бурильных труб диаметром 42 мм; L - принимаемая глубина скважины, м);

М_П = 300 + 0,236*(8400 + 6600) = 3840 кг 384 даНс²/м;

Е =2,1*10¹⁰кг/м²;

; ; ;

a = 3,4 м на высоте 2/3H.

;

4) коэффициенты 0,42 и ;

5) аэродинамический коэффициент с_а для участка ноги, пояса и раскоса вышки получим по значению p₀*n*d²:

для панелей II-I, выполнять расчеты для других панелей не требуется, поскольку для этих панелей самое большое значение коэффициента n и соответственно максимальное значение с_а;

р_о, n,d²_н = 350×1,4×0,102² = 5,09 Н

р_о, n,d²_п = 350∙1,4×0,06² =1,76 Н

р_о, n,d²_р = 350∙1,4∙0,06²=1,76 Н

Принимается максимальное значение С_а = 1.0

6) коэффициент ослабления ветра при найдем, вычислив отношение для каждого значения :

для ; ;

для ; ;

для ; ;

для ; ;

для ; ;

для ; ;

для ; ;

для ; ;

Силы ветра, действующие на узлы вышки:

С наветренной стороны:

,

,.

;

;

;

;

;

;

;

С заветренной стороны:

;

;

;

;

;

;

;

4. Построение диаграммы Максвелла - Кремоны проведем следующим образом. Значение совпа­дает с числом стержней на чертеже, визуальный анализ не обна­руживает «лишних» стержней и, следовательно, построение диа­граммы возможно.

Определим величину реакций М, N и T:

= [(64,1+48,5)(2,5+3+3+4+4+3,5+4) + (33,5+24,1)(3 +3+4+4+3,5+4)+(40+ +29,6)(3+4+4+3,5+4)+(56,1 +42,1)(4+4+3,5+4)+(76,8 +58,4)(4 +3,5+4)+(67,3+51,8)(3,5 +4)+(75,7 +60,4)4]/6 = 1624 даН.

Строим диаграмму до узла 10. Затем для нахождения величины составим уравнение моментов «вырезанной» части вышки, ее расчетной грани относительно узла 12:

;

;

Суммарные усилия в элементах конструкции вышки рас­считаем, заполняя табл.3:

Стер-		Усил, даН		Стер-		Усил, даН		Стер-	Усил,Н
жень	От и	от ветра		жень	От и	от ветра		жень	от ветра
	Уч.ног				Пояса			Раск.
1-3	-5605		-5605	1-2	-517,3	-64,1	-638,4	3-2	-172,5
3-5	-5725,4	+140	-5585,4	3-4	-16,4	-119	-135,4	3-6	+230
5-7	-5906	+327,5	-5578,5	5-6	-33	-150	-183	6-7	-239
7-9	-6120,8	+497,5	-5623,3	7-8	-52,8	-210	-262,3	7-10	+380
9-11	-6465,4	+790	-5675,4	9-10	-84,5	-269	-353,5	10-11	-412,5
11-14	-6877,4	+960	-5917,4	11-12	-122,5	-376	-498,5	11-15	+117,5
14-18	-7290	+960	-6330	12-13	-122,5	+102,5	-20	15-12	-610
2-4	-5605	-140	-5745	14-15	-160,5	-85	-245,5	12-16	+660
4-6	-5725,4	-327,5	-6052,9	16-17	-160,5	+57,5	+103,5	16-13	-88
6-8	-5906	-497,5	-6403,5	18-19	+720,4	-411	+309,4	18-15	+125
8-10	-6120,8	-790	-6910,8					16-19	+92,5
10-13	-6465,4	-1077	-7542,4
13-17	-6877	-945	-7822
17-19	-7290	-945	-8235

5. Проверим на прочность наиболее нагруженные элемен­ты вышки (участок ноги, пояс и раскос):

1) из расчетов (табл.3) следует, что наиболее нагружен­ным является участок ноги
17-19.

Вычислим:

;

;

;

Наиболее нагруженный участок ноги вышки удовлетворяет усло­виям прочности;

2) наиболее нагруженным является пояс 1-2:.

Вычислим:

;

;

;

.

Следовательно, наиболее нагруженный пояс удовлетворяет условиям прочности;

1) 3) Наиболее нагруженным является раскос 10-11. Раскосы 12-15 и 12-16 хотя и нагружены большими по величине силами сжатия, но изготовлены из труб большего сечения и меньшей длины.

Вычислим:

,

оно удовлетворяет условию .

Проверка наиболее нагруженных элементов вышки: участка ноги, пояса и раскоса – при заданных начальных условиях подтвердила ее достаточную прочность и работоспособность.

Дата:

Подпись:

Поиск по сайту: