Сорап компрессорлы құбырларды есептеу

СКҚ -дың есептеулерін технологиялық жә не беріктілікке деп екіге бө луге болады. Технологиялық есептерге келесілер жатады: қ ұ быр арқ ылы сұ йық қ озғ алысы кезіндегі орын алатын гидравликалық кедергі, қ ұ быр тізбегінде мұ найды кө теру ү шін жұ мыс істейтін газдың мө лшері жә не қ ұ бырлардың ұ заруын тексеру.

Беріктілікке есептеулер қ ұ бырдың келесі беріктік шектерінде қ олданудың мү мкіншілігін тексереді: бұ рандалық байланысқ а ә сер ету кү ші жә не қ ұ бырдың қ ауіпті қ имасындағ ы эквивалентті кернеуі. Циклді айнымалы ә сер ету кү ші, қ ұ бырдың ұ зындығ ы бойымен майысуына ә сер ететін кү ш. Келтірілген барлық параматрлер СКҚ жұ мыс істеу жағ дайына байланысты анық талады. СКҚ -лар қ ұ быр тізбегінің салмағ ы, оғ ан қ осылғ ан қ ондырғ ылардың салмағ ы жә не сорылып жатқ ан сұ йық тың қ ысымының есебінен ұ заруы мү мкін. Ұ ң ғ ы тү біне сұ йық ты айдағ анда қ ұ быр тізбегінің жоғ ары жағ ында артық қ ысымның себебінен кернеу пайда болуы мү мкін. Егер якорьге бұ л қ ысым ә сер етсе ұ ң ғ ыма бойымен қ ұ быр майысып, иілуі мү мкін.

СКҚ -ларды беріктікке есептеуді қ арастырайық. Біріншіден, бұ рандалы байланыстың ажырауына ә келетін кү ш ә серін есептейік.

Бұ рандалы байланыстың ажырауы (страгивание) деп қ ұ быр бұ рандасының тү сетін кү шке байланысты муфтадан ажырауының басталуын айтады. Оғ ан себеп – қ ұ бырғ а ә сер ететін кү штердің шамасы ағ у шектен артқ ан кезде, қ ұ быр жұ мырланып, муфта кең ейіп, қ ұ бырлар бұ рандасының жоғ арғ ы шеттері майысып, кесіліп ажырайды.

Ф.И. Яковлев қ ұ быр бұ рандасының ажырауына қ ажетті кү шті есептеп шығ арғ ан. Ол бұ рандадағ ы бұ ранда шеттерінің бү гілуі жә не ү йкеліс кү шінің ә серінен туындайтын бұ рандалы байланысқ а ә сер ететін осьтік кү ш Р пен радиалы кү штерді q бірге қ арастырғ ан.

1.10-сурет. Бұ рандағ ы ә сер ететін кү штердің сұ лбасы

Бұ л жерде қ ұ бырлардың қ абырғ асы жұ қ а деп қ арастырылады. СКҚ -ларда қ ұ бырлардың ішкі диаметрінің оның негізгі денесіндегі қ алың дығ ының қ атынасы 10... 14, ал бұ рандалы бө лігінде – 15... 20-ғ а тең болады. Сондық тан, қ ұ бырлардың бұ рандалы бө лігін жұ қ а қ абырғ алы деп қ арастырады. Жұ қ а жә не қ алың қ абырғ алар ү шін шекаралық қ атынас 18-20 шамасында болады.

Осьтік кү штерінің ажыратқ ыш мә ні ағ у шегіне жеткенде пайда болатынын Ф.И. Яковлев ескеріп, келесі тең деуді ұ сынады:

Р_аж = , (1.4)

мұ ндағ ы, D_ор – қ ұ бырдың негізгі жазық тығ ының бұ рандасының астына орналасқ ан денесінің орташа диаметрі, D_ор = D_іш + b; D_іш, b – бұ ранда астындағ ы қ ұ бырдың ішкі диаметрі жә не қ алың дығ ы; – қ ұ бырдың жасалғ ан материалының ағ у шегі, l – бұ ранданың ұ зындығ ы, – бұ ранданың профилінің бұ рышы, – ү йкеліс бұ рышы. П.П. Шумилов Яковлевтің формуласына тү зету енгізді. Ол бұ л формулағ а қ ұ бырдың негізгі бө лігінің беріктігін есепке алатын коэффициентті – енгізді. Бұ л коэффициент бұ рандалы бө лігімен салыстырғ анда қ ұ бырдың негізгі бө лігін ескереді.

η =b/(S+b), (1.5)

мұ ндағ ы, S – қ ұ бырдың номиналды қ алың дығ ы.

Сонымен,

Р= . (1.6)

СКҚ ү шін = 60⁰. Болаттан жасалғ ан қ ұ бырлар ү шін ү йкеліс бұ рышын 9⁰ етіп алғ ан жө н.

СКҚ -ларды ішкі ортаның қ ысымының ә серінен болатын беріктікке есептеу (осьтік кү шті есепке алмағ ан жағ дайда) беріктіктің тө ртінші теориясына сә йкес эквивалентті кернеуді анық тау арқ ылы жү ргізіледі. Ә детте, практикада артық қ ысым қ ұ бырдың тек қ ана ішіне тү сіріледі деп есептелінеді. Мұ ндай кездері беріктік қ орының коэффициенті анық талады.

Кейбір жағ дайларда, қ ұ бырдың қ ауіпті кө лденең қ имасының бө лігіне қ ұ быр бойымен қ озғ алатын сұ йық тың ішкі қ ысымы мен осьтік жү ктемелер ә сер етеді. Мұ ндай жағ дайда қ ұ бырларды ажырату кү шіне жү ргізілетін тексеру жеткіліксіз болып табылады. Қ ұ бырларды сонымен қ атар қ ысымдардың ә сері мен осьтік жү ктеменің ә серіне де тексеру керек.

Мұ ндай кезде беріктіктің тө ртінші теориясына сә йкес эквивалентті кернеуді анық тап, соғ ан байланысты ақ қ ыштық кернеуі мен беріктік қ орының коэффициенті табылады.

Біртекті тө зімділікті СКҚ ү шін сыртқ ы кү штерінің ә серінен қ ұ бырдың тегіс бө лігінде пайда болатын кернеулерді есептейді.

СКҚ -ларды ортаның (ө ндірілетін ө нім, газ немесе қ оспа) қ ысымы бар кезде, ал осьтік жү ктемелердің болмағ ан кезінде оларды беріктікке есептеу тө ртінші беріктік теориясының формуласымен эквивлентті кернеуді анық тауғ а негізделген. Тә жірибеде қ алыпты жағ дайда артық қ ысым мө лшері қ ұ бырдың ішкі кең істігінде болады. Бұ л жағ дайда қ ор коэффициентін n = 1, 3-ке тең етіп алады.

Кейбір жағ дайда СКҚ -ғ а циклді жү ктемелер ә сер етуі мү мкін. Бұ л кезде қ ұ бырларды ажырату жү ктемесіне жә не шаршау шегіне тексереді. Ол ү шін қ ұ бырғ а ә сер ететін ү лкен жә не кіші жү ктеменің мө лшерін анық тайды. Бұ л жү ктемелер арқ ылы ең ү лкен, ең кіші жә не орташа кернеулер анық талады, ал бұ л кернеулер арқ ылы симметриялы цикл ү шін кернеулер циклін анық тауғ а болады (σ _ор – орташа кереу; σ _а – амплитудалық кернеу).

Симметриялы цикл (σ _-1) ү шін қ ұ бырдың материалының шыдау шегін біле отырып, беріктік қ орын анық тауғ а болады.

Ол келесі формула бойынша анық талады:

n= σ _-1/[(k_σ )_Д *σ _а+ψ σ _а ], (1.7)

мұ ндағ ы, σ _-1 – ұ зару-сығ ылудың симметриялы циклі кезіндегі қ ұ быр материалының шыдау шегі; (k_σ )_д – кернеулердің концентрациясын, масштабты факторын жә не бө лшектің бетінің жағ дайын ескеретін коэффициент; ψ _σ – материалдың қ асиетін жә не бө лшекке ә сер ететін жү ктемелерді ескеретін коэффициент.

Д топтағ ы болаттың атмосферадағ ы шыдау шегі 31 МПа, ал судағ ы мө лшері – 16 МПа. Бұ л ү шін коэффициент ψ _σ = 0.07...0.09 (шыдау шегі 370-550 МПа материал ү шін) жә не ψ _σ =0.11... 0.14 (σ _в = 65-750 МПа материалдар ү шін) мә ндеріне тең болады.

Барлық СКҚ есептерінде беріктік қ оры 1, 3...1, 5 аралығ ында алынады. Қ ұ бырдың тігінен бү гілуі қ ұ бырдың ұ ң ғ ыма тү біне тірелгенде немесе якорьлердің ә серінен болуы мү мкін.

Қ ұ бырларды тігінен бү гілуіне тексерген кезде келесі параметрлерді қ арастырады: критикалық сығ у жү ктемесі, қ ұ бырлардың ұ ң ғ ымада ілініп тұ ру мү мкіншілігі жә не бү гілетін аймақ тың беріктілігі.

Қ ұ бырғ а механикалық пакерді орналастырғ ан кезде тізбек тігінен бү гіледі, осы жағ дай ү шін критикалық сығ ылу жү ктемесі келесі формула бойынша анық талады:

Р_кр=3, 5 , (1.8)

мұ ндағ ы, 3, 5 – пакердің қ ұ быр тізбегін ұ стап қ алуын ескеретін коэффициент, J – қ ұ бырдың кө лденең қ имасының инерция моменті.

J=(π /64)(D⁴_сыр-D⁴_іш). (1.9)

λ – қ ұ бырлардың сұ йық тағ ы салмағ ының кішіреюін ескеретін коэффициент

λ =1-( _с/ _{қ ұ б}). (1.10)

q – қ ұ бырлардың 1 м ұ зындығ ының салмағ ы; Е = 2, 1*10⁵МПа – серпімділік модулі.

СКҚ тізбегінің диаметрлерінің ә ртү рлі секциялары болуы мү мкін, сонда біздің есептеу кезінде ескеретініміз тек тө менгі секциясындағ ы диаметрлер. Бү гілуден сақ тайтын беріктік қ оры 3...4-ке тең етіп алынады.

Қ ұ бырлардың ұ зын бө лігінің бү гілуі кезінде СКҚ шегендеуші қ ұ бырмен ү йкеліс кү шінің ә серінен ұ сталынып қ алуы мү мкін. Сонда пакерге қ ұ бырдың бү гілуі есебінен бү кіл тізбектің салмағ ы тү спейді. Бұ л жағ дайда тізбектің жоғ ары жағ ында сығ у кү шін шектеусіз арттырғ ан кезде, ұ ң ғ ыманың тү біндегі жү ктемелер келесі мә нінен артпайды:

Р _{1; ∞} = λ g l ζ _{1; ∞} , (1.11)

мұ ндағ ы, ζ _{1; ∞} =(1/ а)[(е^{2 а} +1)/(е^{2 а} -1)];

а =0, 5 ,

мұ ндағ ы, а – ұ сталынып қ алу (зависание) параметрі; f – СКҚ -ң шегендеуші қ ұ бырлармен ү йкелесу коэффициенті (парафині жоқ тізбектегі есепеулер ү шін f = 0, 2 деп алуғ а болады); r – СКҚ мен шегендеуші тізбегінің арасындағ ы радиалды кең істік; l – тізбектің жалпы ұ зындығ ы (ең ү лкен шегінде l = H).

Егер қ ұ бырлар тізбегін арттырса, онда а → , ζ _{1; ∞} → 1/ а (1.11-сурет) жә не ұ ң ғ ыманың тү біне ә сер ететін шекті жү ктемені табамыз.

Р _1max=2 . (1.12)

Тізбектің жоғ ары жағ ы бос болғ ан кездегі (l = H) тү пке ә сер ететін жү ктеменің мә ні:

Р _{1; 0}=λ qH ζ _{1; 0}, (1.13)

мұ ндағ ы, ζ _{1; 0} =(1/ а)[(е^2а-1)/(е^2а+1)].

СКҚ тізбегінің бү гілу аймағ ының беріктік шарты келесі формуламен беріледі:

Р _1сж(1/F₀+r/2W₀) σ _а/n₁, (1.14)

мұ ндағ ы, F_о – қ ұ бырлардың қ ауіпті кө лденең қ имасының ауданы, м²; W_o – қ ұ бырлардың қ ауіпті кө лденең қ имасы аумағ ындағ ы осьтік қ арсыласу моменті, м³; P_lсж – қ ұ бырлардың бү гілген аумағ ына ә сер ететін осьтік кү ш, МН; σ _а – қ ұ быр материалының ағ у шегі, МПа; n – беріктік қ оры (1, 35-ке тең деп алынады).