Математическое моделирование деталей машин

Министерство образования и науки Республики Татарстан Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Альметьевский государственный нефтяной институт»

Факультет инженерной механики Кафедра нефтегазового оборудования ОТЧЕТ Выполнил студент Миндикаев В.Э.

Группы 21−41

Проверил:

д.т.н., профессор Галлеев А.С.

Альметьевск 2014 г.

ВВЕДЕНИЕ

Модель в широком смысле — это любой образ, аналог мысленный или установленный изображение, описание, схема, чертеж, карта и т. п. какого либо объема, процесса или явления, используемый в качестве его заменителя или представителя. Сам объект, процесс или явление называется оригиналом данной модели.

Моделирование — это исследование какого-либо объекта или системы объектов путем построения и изучения их моделей. Это использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

На идее моделирования базируется любой метод научного исследования, при этом, в теоретических методах используются различного рода знаковые, абстрактные модели, в экспериментальных — предметные модели.

При исследовании сложное реальное явление заменяется некоторой упрощенной копией или схемой, иногда такая копия служит лишь только для того чтобы запомнить и при следующей встрече узнать нужное явление. Иногда построенная схема отражает какие — то существенные черты, позволяет разобраться в механизме явления, дает возможность предсказать его изменение. Одному и тому же явлению могут соответствовать разные модели.

Задача исследователя — предсказывать характер явления и ход процесса.

Важный момент — сам характер науки предполагает изучение не одного конкретного явления, а широкого класса родственных явлений. Предполагает необходимость формулировки каких — то общих категорических утверждений, которые называются законами. Естественно, что при такой формулировке многими подробностями пренебрегают. Чтобы более четко выявить закономерность сознательно идут на огрубление, идеализацию, схематичность, то есть изучают не само явление, а более или менее точную ее копию или модель. Это не приводит к краху науки, поскольку одна модель заменилась другой более современной.

1. РАСЧЕТ ДЕТАЛИ В ПРОГРАММЕ SOLIDWORKS 2007

Задача: Произвести модернизацию (уменьшить его длину) крюкоблока буровой установки БУ 4500/270 ЭК-БМ с СВП.

Предлагается уменьшить длину крюкоблока буровой за счет замены крюка на адаптер Рисунок 1 Крюкоблок до модернизации Рисунок 2 После модернизации, вместо крюка используем адептер Рисунок 3 Адаптер Рисунок 4 Расчёт на деформацию в программе SOLIDWORKS 2007

На рисунке 4 мы можем сказать (получено в результате использования численных методов расчета) про участки, в которых будут наибольшие деформации конструкции. Наиболее деформируемым участком будет элемент адаптера расположенный непосредственно под серьгой СВП.

Рисунок 5 Расчёт эквивалентных напряжений в программе SOLIDWORKS 2007

Эквивалентные напряжения в адапторе будут в точках перехода сечения и в точке приложения нагрузки. Так как в этих точка будит возникать наибольшие нормальные напряжения. Задача решена.

В таблице ниже приведены все структурные результаты, полученные в ходе анализа. Запас прочности рассчитан на основе теории прочности при максимальном эквивалентном напряжении пластичного материала. В качестве предельного напряжения указан предел текучести при растяжении материала.

Таблицы 1 Структурные результаты

В результате проведенной модернизации крюковой подвески, а непосредственно талевого блока УТБ-5−270, мы получили уменьшение:

— массы крюкоблока;

— высоты;

— время проведения технического обслуживания;

— стоимость изделия в целом;

— транспортных расходов.

2. АНАЛИЗ обратного клапана ШОК-73 В ПРОГРАММЕ WORKINGMODEL 2D

модернизация деталь программа модель Клапан обратный ШОК-73 используется при добыче пластовой жидкости погружными насосами. Он автоматически предотвращает обратный поток жидкости и удерживает жидкость в колонне насосно-компрессорных труб (НКТ) и нефтепроводе после остановки насоса.

ДОСТОИНСТВА:

* Запорный узел заключен в единый модуль обратного клапана «МОК»;

* «МОК» является единой номерной сборочной единицей;

* «МОК» фиксируется в корпусе посредством стопорного кольца;

* «МОК» применим к корпусу стандартного тарельчатого клапана;

* Материал клапанной пары твердый сплав «карбид вольфрама»;

* Нет трущихся поверхностей.

Клапан «ШОК-73» имеет сертификат соответствия № С-RU.АВ28.В.2 595

Рисунок 6. ШОК-73

Клапан обратный ШОК-73−230.4 применяется:

* При добыче нефти погружными насосами;

* При бурении скважин забойными двигателями;

* В системах ППД.

ФУНКЦИИ:

* Автоматическое предотвращение обратного потока жидкости и удержание жидкости в колонне НКТ;

* Автоматическое перекрывание и герметизация трубного канала бурильного инструмента.

* Автоматическое перекрывание канала в системе ППД.

Задача: Проверить работоспособность ШОК, и найти минимальное усилие для страгивания шарика из седла.

Рисунок 7: Клапан обратный ШОК-73−230.4 в программе WORKINGMODEL 2D

3. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ В ПРОГРАММЕ MATHCAD

Эксплуатация фонтанных нефтяных и газовых скважин осуществляется комплексами, включающими наземное и скважинное оборудование, обеспечивающее отбор продукции в надлежащем режиме, проведение всех технологических операций в процессе эксплуатации и гарантирующее от возникновения открытых фонтанов и загрязнения окружающей среды.

Фонтанная арматура для нефтяных и газовых скважин предназначена для герметизации устья скважин, контроля и регулирования режима их эксплуатации, а также для проведения различных технологических операций.

Рисунок 8. Фонтанная арматура фирмы «Люсеат» на 35 МПа

Задача: Произвести расчет фланцевого соединения фонтанной арматуры в программе mathcad.

Проверочный расчет фонтанной арматуры сводится к расчетам на прочность узлов и деталей по известным размерам арматуры и величине рабочего давления среды.

Наиболее распространенным является расчет по допускаемым напряжениям. Произведём этот расчёт в программе Mathcad.

Рисунок 9. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ В ПРОГРАММЕ MATHCAD

Ввиду того, что фонтанные арматуры относятся к одному из самых ответственных видов промыслового оборудования по условиям эксплуатации, их испытывают на давление, вдвое большее паспортного рабочего давления.

Рисунок 10. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ ФОНТАННОЙ АРМАТУРЫ В ПРОГРАММЕ MATHCAD

1. Алямовский А. А. Инженерные расчеты в SolidWorksSimulation. — «ДМК Пресс», 2010 — 464 с.

2. Биргер И. А. Расчет на прочность деталей машин. — М: Машиностроение, 1979 — 702с.

3. Самарский А. А., Михайлов А. П. Математическое моделирование. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002 — 362 с.