石油压裂活动弯头设计计算书

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1、编号:3”103.5Mpa活动弯头设计计算书1.0概述我公司已经形成节流及压井系统元件批量生产的能力，为保证产品质量，满足用户需要，降低生产成本，特分别对各类整体接头进行设计计算。以下对3”103.5Mpa旋转活动弯头各主要尺寸进行计算校核。2.0活动弯头受内压时危险截面处的强度校核从活动弯头受内压时受力状况分析，如图1所示D1处弯头体截面壁厚最薄，强度最低。我们以活动弯头工作状况最差时来校核该处的强度，工作压力为P=103.5MPao下面，我们来校核各类活动弯头的危险截面的强度。在此时用42CrMo材料制成的弯头体设计许用应力应按APISpec16c（第1版）第3节3

2、.1.1ASME方法确定：2S』Sy（即安全系数n=l・5）3材料的机械性能按APISpec16c（第1版）规范中75K级计算时，钢材的最小屈服强度Sy=517MPa；而42CrMo合金钢管的力学性能Sy=930MPa（锻件用合金结构钢GB/T17107-1997）,大于517MPa,取安全系数n=1.5则2额定工作压力下设计应力S=Szh=-5）=930/1.5=620MPa;3最大许用主薄膜应力St=0.9Sy=558MPa（1）3”活动弯头的强度校核：根据ASME第二册2013版附录5D中公式（5・D.14）_P(D+r)6一—2r—103.5*(63.5+20.

3、2)2*20.2=214.5MPa

4、应力集中的情况，材料的屈服极限Sy=930MPa;当P=103.5MPa时,3〃活动弯头的应力集中校核:H=(D2・Dl)/2=(116.28-103.89)/2=6.195mmH/R=6.195/0.8=7.74,符合0.25WH/RW20其中：D2=116.28mm,D1=103.89mm,R=0.8mm而H/D2=0.10,根据图4.14-34并用内线性插值法求得应力集中系数a=3.09所以在工作压力P=I03.5Mpa时，R处于最大应力值为6max=3.09X103.5=324.45Mpa安全系数n=6s/&max=930/324.45=2.8由此可知，工作压力

5、103.5Mpa下，不会因压力集中而使产品破坏。3.0高压活动弯头螺纹强度校核：已知高压活动弯头材料为42CrMo调质处理硬度HRC28~32,按ASTM规范的要求螺栓材料取最低屈服强度，根据ASMEB31.3工艺管道302.3.2设计应力的基础对螺栓材料设计应力取值Sy=930MPa：螺栓材料取最低屈服强度：[。]=2/3Sy=620MPa,许用拉伸应力强度[St]=l/4Sy=232.5Mpa螺纹所受的载荷:=343270.69N1>.高压活动弯头螺纹抗拉强度校核:1.3F1.3F(J=二S二口丄“-33.93MPa<[St]3.1416(丘+鬥22>高压活动弯头螺

6、纹剪切强度校核:St==340.13MPa〈[o1.3F3.1416K〃[0.5+gtanl4.5(Es—k”)]其中：Es:外螺纹的最小中经Ks：外螺纹的最小内径Kn：内螺纹最大内径结论：整体式高压活动弯头螺纹强度符合设计要求。通过以上计算可知，103.5Mpa活动弯头类产品设计是安全的，可靠的，也是成功的。参考文献:《机械设计手册》机械工业出版社2004年8月岀版；《APISpec16C节流和压井系统规范》石油工业标准化研究所1993年1月29日翻译出版；《ASME锅炉及压力容器规范国际性规范》中国石化出版社2004年7刀出版；《ASME压力管道规范B31美国国家标

7、准》B31.3工艺管道；《英美螺纹标准》华北石油管理局钻井工艺研究所，1982年2月