РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ УЗЛОВ МАШИН

Устройство относится к резьбовому соединению узлов и деталей оборудования, в частности узлов электроцентробежной насосной установки (УЭЦН) по типу «фланец - фланец» или «фланец - корпус» для выравнивания нагрузки по виткам резьбы болта (шпильки). Соединения узлов УЭЦН, как правило, подвергаются действию динамических нагрузок. Разрушение таких соединений имеет усталостный характер и происходит в зоне наибольшей концентрации напряжений у наиболее нагруженного последнего витка резьбы. Внешний осмотр мест обрывов болтов (шпилек) подтверждает это представление и показывает на их усталостный характер разрушения.
Известно, что при стандартной крепежной гайке с шестью витками первый виток у основания резьбы воспринимает около 52% нагрузки, второй - 25%, третий - 12% и последний, шестой виток - только 2%.
Известны конструкции так называемых «висячих гаек», выравнивающих распределение нагрузки по виткам резьбы благодаря тому, что болт и гайка имеют однозначные деформации растяжения [1, с.38, рис.1.25, а), б)]. Однако известные конструкции не могут использоваться для соединения узлов ЭЦН ввиду расширенного радиального размера гайки и ограниченности диаметра ствола скважины.
Аналогом изобретения также является гайка со срезанными вершинами в наиболее нагруженной зоне витков резьбы [1, с.38, рис.1.25, в)]. В резьбовом соединении с использованием этих гаек увеличивается податливость витков болта за счет деформаций изгиба. Нагрузка перераспределяется на другие, менее нагруженные витки. Недостатком
данного аналога является то, что общая грузонесущая способность в этих соединениях снижается.
Прототипом является полезная модель №36701 7Е21В 17/042, F16L 15/00 «Соединение обсадных труб» [2], применяемая с целью повышения несущей способности конических резьбовых соединений трапецеидального профиля. Для выравнивания распределения нагрузки в резьбовых соединениях обсадных труб предлагается резьбу нарезать с переменным зазором вдоль оси, что достигается плавным изменением шага резьбы на муфте с базового размера со стороны сопряжения торца трубы до максимального со стороны торца муфты, в связи, с чем появляются прогрессивно возрастающие зазоры в сопрягаемых нитках. Недостатком полезной модели является то, что изменение шага резьбовой нарезки вдоль резьбы представляет сложный технологический процесс, требующий специального оборудования и высокой квалификации специалиста по изготовлению соединительных узлов. Кроме того, в нашем случае требуется изменить лишь конструкцию резьбы болта (шпильки).
Целью изобретения является повышение несущей способности резьбовых соединений путем выравнивания распределения осевой нагрузки по виткам резьбы болта (шпильки).
Поставленная цель достигается тем, что переменный зазор резьбовой нарезки болта или шпильки выполнен при поинтервальном изменении поля допусков по длине резьбы, причем два витка у основания резьбы выполнены с большим отклонением по основному отклонению (6d), следующие участки резьбы по два витка каждый - с уменьшающимися значениями отклонений (6g, 6e, 6h) при сохранении отклонений для резьбы гайки.
На фигуре 1 показан пример обозначения резьбового соединения с 4-мя основными отклонениями для резьбы болтов. Выравнивание распределения осевой нагрузки по виткам резьбы заключается в изменении поля допусков по длине резьбы болта с отклонениями h, g, e и d при сохранении отклонений для резьбы гайки Н (G). При этом степень точности сохраняется по всем
основным отклонениям. Например, как это показано на фигуре 1, основной ряд допусков 6-ой степени.
1
2
Осевую нагрузку в первую очередь воспринимают витки отрезка резьбы длиной l (см. фигуру 1), ранее не участвовавшие в принятии нагрузок. При деформации этих витков в работу подключаются витки 2-го отрезка l, затем 3-го и в последнюю очередь витки у основания резьбы, т.е. 4-го отрезка. Осевая нагрузка с наиболее нагруженных витков перераспределяется по другим виткам резьбы. Несущая способность резьбового соединения повышается. Выравнивание осевой нагрузки по виткам резьбы предотвращает расчленение узлов ЭЦН и полет оборудования на забой.
Пример. В настоящее время резьба в корпусе секции насосной компоновки нарезается внутренняя метрическая резьба с двенадцатью витками диаметром 12 мм с допуском 6Н, а болт (шпилька), наружная резьба которого также 12 мм, изготавливается с допуском 6g по всей длине нарезки. При этом резьбовое соединение по всей длине имеет одинаковую посадку и обозначается M12-6H/6g. Ввиду неравномерного распределения осевой нагрузки по виткам резьбы больше половины нагрузки на себя принимает первые 2 витка у основания резьбы, где и происходит обрыв болта. Изготовление болта с изменяющимся допуском по длине, когда первые 2 витка у основания резьбы имеют свободную посадку M12-6H/6d, следующие 2 витка в сторону начала резьбы - M12-6H/6g, далее М12-6Н/6е и M12-6H/6h, обусловливает равномерное распределение осевой нагрузки по всем виткам.
Использованные источники
1. Иванов М.Н. Детали машин. /Учебник для студентов механико-машиностроительных специальностей вузов. - М.: Высшая школа. - 164 с.
2. Свидетельство на полезную модель. №36701 7Е21В 17/042, F16L 15/00 «Соединение обсадных труб».