WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

где Е и , соответственно, - модуль Юнга и плотность (для сталей ~ 2·1011 Па и 7600 кг х м3), - длина волны (~ d или ~ h), можно определить соответствующий диапазон частот: порядка 1…2 МГц для h и для d - 10…100 кГц (диапазон УЗВ)

Испытания по определению износа резьбовых соединений НКТ в процессе свинчивания и развинчивания и влиянию на этот процесс УЗВ проводились на экспериментальном стенде, который состоит из металлического основания, опор и оборудования для спуско-подъемных операций (СПО). Измерение усилий производилось при помощи тензометрического датчика Т-400А, аналоговый сигнал которого усиливается и преобразуется в цифровой код в аналого-цифровом преобразователе NVL15 и поступает в компьютер (400 измерений в секунду) (рисунок 4).

К испытанию были приготовлены гладкие насосно-компрессорные трубы (ГОСТ 633-80, группа прочности "Д") с конической резьбой треугольного профиля с углом 600 и шагом 2,54мм, - с новой резьбой, нарезанной в условиях трубного цеха ООО "НКТ-Сервис" (г. Альметьевск). Разработано специальное приспособление для закрепления и снятия генератора ультразвуковых колебаний на НКТ и введения УЗВ под углом 00 и 450 к оси трубы).

В качестве интегрального показателя режима свинчивания-развинчивания в целом измерялось изменение температуры муфты при помощи бесконтактного термометра - Infrared thermometer AZ Instrument–8861.

При этом априори предполагалось, что изменение температуры пропорционально работе силы трения на контакте двух резьб (ниппеля и муфты), которая рассчитывалась по экспериментальным данным:

, (13)

где М и , соответственно, - текущий (измеренный) момент силы свинчивания (развинчивания) и угол поворота.

Степень износа определялась по изменению углового смещения, для этого по длине окружности муфты наклеивалась полоса с градуировкой от 00до 3600.

Для дополнительного контроля износа измерялась величина условной “посадки“, то есть расстояние от торца муфты до риски на теле трубы. Кроме того, производилось измерение в режиме реального времени моментов затяжки Мз и развинчивания Мр.

Было проведено 244 серии испытаний свинчивания-развинчивания без ультразвука, 148 – с введением УЗВ перпендикулярно оси трубы и 114 – с введением УЗВ под углом 450 к оси трубы.

Из приведенных результатов видно, что без УЗВ процесс часто происходит «ударно» (Ср. рисунки 5, б и 6, б), так как момент страгивания оказывается слишком большой, и развинчивание начинается только после второго скачка момента на водиле.

На рисунке 7, а и 7, б для случая наложения УЗВ под углом 450 к оси трубы приведены графики зависимостей угла завинчивания и «посадки» от числа циклов нагружения: видна их полная корреляция, что свидетельствует о работе резьбы в области, далекой от ее разрушения и, соответственно, ее «прокрутки».

Видно (рисунок 8, а), что происходит линейный рост температуры (величина достоверности больше 95%). При этом скорость роста температуры в случае наложения колебаний (~1.47) в два раза меньше, чем без наложения (~2,74).

Получено, что при наложении УЗВ работы при свинчивании и развинчивании практически совпадают по величине и существенно меньше, чем без УЗВ: при развинчивании на 10…15%, при свинчивании – 40…50% (рисунок 8, б). Это обстоятельство сказывается на скорости роста температуры зоны контакта резьб, что характеризует степень их износа (см. рисунок 8, а).

В четвертой главе

описана процедура обезразмеривания влияющих параметров и нахождение области их изменений, а также представлен выбор плана многофакторного эксперимента и результаты опытов в ходе оптимизационного эксперимента.

Выше было показано, что процесс воздействия УЗВ на характеристики свинчивания-развинчивания является сложным интегральным результатом взаимодействия разных взаимовлияющих факторов. Это означает, что необходимо построение многофакторной модели процесса и проведение многофакторного оптимизационного эксперимента, например, полный факторный эксперимент 2N. Причем для сокращения числа опытов реализован выбор необходимой дробной реплики от полной по методу крутого восхождения (поиск оптимума - максимума) Бокса-Уилсона.

В результате проведения каждого эксперимента определяется градиент

, (14)

где хi и -- управляемые и неуправляемые факторы и их единичные орты в многомерном псевдопространстве, задающем область изменения факторов.

Таблица 1 – Обезразмеривание факторов

Параметр

Обозн.

Разм. техн.

Разм. СИ

Безразмерный вид

Обл. варьиров.

Диаметр (наружный) НКТ

D

мм

м

D/

0,5…3.0

Толщина стенки НКТ,

d

мм

м

d/

0,5…3.0

Шаг резьбы

h

мм

м

h/

0,5…1,5

Угол ввода УЗВ

градусы угловые

-

0…90

Угол профиля резьбы

градусы угловые

-

0…90

Амплитуда УЗВ,

х0

мкм

м

х0/

0…0,2

Шероховатость поверхности резьбы

мкм

м

/

10-5…10-2

Модуль Юнга материала НКТ (сталь)

Е

Па

кг/мс2

1

-

Плотность материала НКТ (сталь)

кг/м3

кг/м3

1

-

Коэффициент трения (сталь-по-стали)

k

-

-

k

0…1

Частота УЗВ

f

Гц

1/c

1

-

Изменение работы силы трения

A

Дж

кгм22

0…105

Относительное изменение работы силы трения

A/a

-

-

-

0…-0,5

Примечания:

  1. Единица измерения длины (м) обезразмеривается при помощи длины волны УЗВ в металле , зависящей от Е, и (см. формулу (12)).
  2. Пределы варьирования D, d, h получены из априорного предположения максимальной эффективности при «резонансных» частотах, то есть при соответствующих отношениях, равных 1.
  3. Пределы варьирования х0, получены делением на «резонансную» длину волны, умноженному на 1,5: верхние пределы - на минимальную, то есть 1 мм (шаг резьбы h), нижние – на максимальную, то есть 114 мм (наружный диаметр трубы D).

Для сокращения количества влияющих факторов (согласно -теореме) и обобщения полученного решения на класс однородных явлений проведено обезразмеривание путем конструирования безразмерных комплексов (таблица 1), - из которой следует, что искомая функция зависимости изменения работы силы трения свинчивания-развинчивания НКТ должна иметь вид

, (15)

где С1 – безразмерная константа.

Исходя из возможности реализации (и целесообразности) проведения исследований по тому или иному параметру показано, что возможно проведение многофакторного эксперимента по трем независимым переменным:, и функция (15) примет вид (для безразмерного относительного изменения работы силы трения)

, (16)

Таким образом, необходимо провести эксперимент по определению градиента относительного изменения работы силы трения A/a при свинчивании-развинчивании трубы НКТ диаметром 60 мм при изменении влияющих параметров: частоты УЗВ в диапазоне 42700…171000 Гц, с шагом, определяемым зависимостью длины волны от частоты (см.формулу(12)), напряжения возбуждения излучателя в диапазоне 5…75 В с шагом 3 В и угла ввода УЗВ в тело трубы в диапазоне 0…900 с шагом 90:

(17)

За основной уровень, или "нулевую точку", принимаем в безразмерных координатах D/,, х0/ как 1.925, 450, 0.000121 и в реальных физических величинах f,, U как 164584 Гц, 450, 21 В (для х0=0,0000073 м= 7,3 мкм).

Для исключения грубых ошибок (промахов), проводилось по 2 параллельных, рандомизированных по порядку проведения, опыта, исходя из оценки дисперсии воспроизводимости (= 3.2) параметра оптимизации Y=A/a:

. (18)

Тогда коэффициенты регрессионного уравнения (17) определятся по формуле

, (19)

где – i номер опыта, j - номер искомого коэффициента.

В таблице 2 приведены результаты первой серии опытов:

Таблица 2 – Результаты первой серии опытов по определению коэффициентов регрессионного уравнения (формула (21))


Номера опытов

Y=A/a (среднее из двух парал. опытов %,

b1

b2

b3

b0

7

3

33,3

-13,75

0,85

7,10

39,10

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»