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电泵机组连接螺钉的强度分析

发布于:2016-04-12 21:02
强度分析

      电泵机组部件间的连接通常采用螺钉,在通过水平井弯曲井眼时,螺钉除了承受预紧力外,还要承受机组因弯曲变形产生的附加轴力,因螺钉强度不够致使机组通过弯曲井段时发生局部塑性变形或断裂事故时有发生,使潜油电泵机组在大曲率水平井中的应用受到限制。受轴向工作载荷的螺钉连接强度分析在很多资料中都有涉及,可以采用载荷系数法等来计算螺钉的连接强度,而受弯矩作用的连接螺钉由于连接件接触面压力分布不均,致使连接螺钉的轴向分布也不一致。本研究将对电泵机组连接螺钉在预紧力和弯曲井眼作用下的强度进行分析。
      潜油电泵机组部件间通常用6个或8个均匀分布螺钉连接。在预紧工作状态下每个螺钉所受轴向力是一样的,如图所示。潜油电泵机组常使用的连接螺钉属于细牙直螺纹,牙型为三角形,牙型角为60°。在预紧状态下F为预紧力,d为螺钉螺纹中径,P为螺纹升角,P为非矩形螺纹的当量摩擦角,fc为螺钉头与被连接件支撑面间的摩擦因数,r为支撑面摩擦半径,T为拧紧力矩,[F]为螺钉保证载荷。
      机组通过弯曲井眼时,由于各个部件利用螺钉紧密连接,假设螺钉和机组接触面始终保持接触,即所有连接部件在弯曲井眼内为连续体,由于机组弯曲变形导致连接螺钉的附加轴向力不相同,离中性轴越远,螺钉承受的附加轴向力越大。螺钉连接分布如图所示,1号和4号螺钉承受的载荷最大,2号、6号与3号、5号对称分布,承受的载荷相等,但是由于弯曲变形将使1,2,6号螺钉轴向力增大,而3,4,5号轴向力降低,因此1号螺钉为最危险螺钉。
      机组在弯矩M作用下的受力如图所示。由于连接接头接触面压力变化将承受部分弯矩Mz,而连接螺钉组轴向载荷变化也将承受部分弯矩Mz,可表示为在弯曲井眼作用下,接头上承受的弯矩使连接螺钉产生附加轴向力,此时螺钉承受的轴向载荷是由拧紧扭矩和弯曲井眼共同引起,其强度评价条件为该机组在井眼曲率14014/30m下放时,根据材料力学公式可推得180s,由此式求得电机与保护器接头、保护器与吸入口之间的接头、吸入口与潜油泵之间的接头、潜油泵之间的接头处的弯矩,并将弯矩代入公式进行连接螺钉连接强度评价。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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