ГОСТ 34438.2-2018 (ISO 10424-2:2007). Межгосударственный стандарт. Трубы бурильные и другие элементы бурильных колонн в нефтяной и газовой промышленности. Часть 2. Основные параметры и контроль резьбовых упорных соединений. Общие технические требования

Приложение D

(справочное)

РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

РЕЗЬБОВОГО УПОРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

D.1 Геометрические параметры резьбового упорного соединения

Геометрические параметры резьбового упорного соединения, приведенные в настоящем приложении, включают исходные геометрические параметры, указанные в таблице D.1, производные геометрические параметры, которые могут быть рассчитаны по основным параметрам, вспомогательные геометрические параметры, которые задаются при проектировании соединений, и геометрические параметры калибров для контроля соединений.

D.2 Исходные геометрические параметры

Таблица D.1

Исходные геометрические параметры

Геометрический параметр	Обозначение
Средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм	D_C
Число витков резьбы на длине 25,4 мм	n
Конусность резьбы, мм/мм	K
Угол, равный половине угла профиля резьбы, градус
Ширина вершин профиля резьбы, мм	F_c
Ширина впадин профиля резьбы, мм	F_r
Радиус впадин профиля резьбы, мм	R
Длина конуса ниппельного конца, мм	L_PC
Расстояние от упорного уступа ниппельного конца до основной плоскости, мм	L_GP

D.3 Производные геометрические параметры

D.3.1 Приведенные ниже соотношения выведены для использования в настоящем стандарте в соответствии с определениями геометрических параметров профиля резьбы.

D.3.2 Шаг резьбы P, мм (см. рисунки 1 и 2)

P = 25,4/n. (D.1)

D.3.3 Высота исходного профиля резьбы H, мм (см. рисунки 1 и 2)

. (D.2)

D.3.4 Угол , градус (см. рисунки 1 - 4)

. (D.3)

D.3.5 Срез по вершинам профиля резьбы f_c, мм (см. рисунки 1 и 2)

. (D.4)

D.3.6 Срез по впадинам профиля резьбы f_r, мм, при плоской впадине (см. рисунок 2)

. (D.5)

D.3.7 Срез по впадинам профиля резьбы f_r, мм, при скругленной впадине (см. рисунок 1)

. (D.6)

D.3.8 Высота резьбы с притуплением (см. рисунки 1 и 2)

h = H - f_c - f_r. (D.7)

D.3.9 Компенсированная высота резьбы при плоской впадине

. (D.8)

D.3.10 Компенсированная высота резьбы при отсутствии плоской площадки во впадине

. (D.9)

D.3.11 Наружный диаметр большего основания конуса ниппельного конца D_L, мм (см. рисунок 3):

D_L = D_C + L_GPK + H - 2f_c. (D.10)

D.3.12 Наружный диаметр меньшего основания конуса ниппельного конца в плоскости торца D_S, мм (см. рисунок 1):

D_S = D_L - KL_PC. (D.11)

D.4 Вспомогательные геометрические параметры

D.4.1 Приведенные ниже геометрические параметры выбираются при проектирования соединения и могут не совпадать со значениями, указанными в настоящем стандарте.

D.4.2 Длина конуса муфтового конца L_BC, мм (см. рисунок 4):

L_BC = L_PC + 15,87. (D.12)

D.4.3 Расстояние от упорного торца муфтового конца до конца резьбы с полным профилем L_BT, мм (см. рисунок 2)

L_BT = L_PC + 3,18. (D.13)

D.4.4 Диаметр фаски в плоскости упорных поверхностей ниппельного и муфтового концов D_f, мм (см. рисунки 3 и 4).

D.4.4.1 Расчет

Расчет скорректированного диаметра фаски D_f необходимо выполнять в два этапа. Диаметр фаски следует рассчитывать для каждых 6,35 мм увеличения наружного диаметра соединения, начиная от базового наружного диаметра, независимо от используемой методики расчета, если иное не указано в D.4.4.3.4.

D.4.4.2 Этап 1. Расчет диаметра фаски с использованием методики расчета по 75% ширины упорной поверхности

Диаметр фаски, рассчитанный с помощью этой методики, является номинальным диаметром.

В [2] (таблица 14) приведены базовые наружные диаметры соединений и соответствующие им базовые диаметры фаски. Базовый наружный диаметр соединения является рекомендуемым минимальным наружным диаметром, для которого диаметр фаски может быть рассчитан по методике с учетом 75% ширины упорной поверхности. При свинчивании соединений наружным диаметром менее базового наружного диаметра напряжение на упорных поверхностях будет превышать заданный минимальный предел текучести материала.

D.4.4.2.1 Основная методика расчета с учетом 75% ширины упорной поверхности использует для расчета диаметра фаски следующую формулу:

D_f1 = 0,75 (D - Q_c) + Q_c, (D.14)

где D_f1 - диаметр фаски, рассчитанный с учетом 75% ширины упорной поверхности, мм;

D - наружный диаметр соединения, мм;

Q_c - внутренний диаметр конической расточки в плоскости торца муфтового конца, мм.

D.4.4.2.2 Альтернативная методика расчета с учетом 75% ширины упорной поверхности

В [2] (таблица 14) приведены базовые наружные диаметры соединений и соответствующие им базовые диаметры фаски, определенные по альтернативной методике расчета диаметров фаски с учетом 75% ширины упорной поверхности, для соединений наружным диаметром, превышающим базовый наружный диаметр. Базовый наружный диаметр соединения является минимальным наружным диаметром, для которого диаметр фаски может быть рассчитан по альтернативной методике расчета с учетом 75% ширины упорной поверхности (результаты расчетов по обеим методикам одинаковы).

Если наружный диаметр соединения превышает базовый наружный диаметр, необходимо к базовому диаметру фаски добавить 4,76 мм для каждого увеличения D на 6,35 мм

D_f1 = D_fb + 4,76 (кратность увеличения D на 6,35 мм), (D.15)

где D_fb - базовый диаметр фаски в плоскости упорных поверхностей ниппельного и муфтового концов, мм;

D - наружный диаметр соединения, мм.

При использовании диаметров фаски, рассчитанных с учетом 75% ширины упорной поверхности, напряжение на упорных поверхностях увеличивается при уменьшении наружного диаметра соединений. При некотором минимальном наружном диаметре соединения напряжение на упорных поверхностях будет превышать заданный минимальный предел текучести.

D.4.4.3 Этап 2. Расчет диаметра фаски по методике несопрягающихся наружных диаметров элементов соединения

Для несопрягающихся наружных диаметров существует минимальный диаметр фаски, необходимый для того, чтобы уровень напряжений на упорных поверхностях был менее заданного минимального предела текучести.

При расчете требуемого диаметра фаски максимальный наружный диаметр, указанный в [2] (таблица 14), и базовый внутренний диаметр соединения используют для расчета максимальной крутящей нагрузки по моменту свинчивания. Использованные для расчета в [2] (таблица 14) базовые внутренние диаметры соединения приведены в таблице 3 настоящего стандарта.

D.4.4.3.1 Расчет нагрузки на упорную поверхность

Разрушение резьбового упорного соединения при эксплуатации преимущественно происходит по опасным сечениям ниппельного или муфтового конца. Для расчетов на прочность в соответствии с [3] принимают, что эти сечения расположены на расстоянии 19,050 мм от упорного уступа ниппельного конца и 9,525 мм от упорного торца муфтового конца.

Нагрузку на упорную поверхность, вызываемую моментом свинчивания соединения с максимальным наружным диаметром и базовым внутренним диаметром соединения, N₁, кН, рассчитывают по следующей формуле:

N₁ = k_muA_p, (D.16)

где k_mu - постоянная, равная 431 МПа, для соединений, приведенных в таблице 3;

A_p - площадь опасного сечения ниппельного конца, мм².

Для расчета площади опасного сечения ниппельного конца используют базовый внутренний диаметр соединения d_i, указанный в таблице 3. Формулы для расчета площади опасного сечения свинчивания ниппельного конца приведены в [3].

D.4.4.3.2 Расчет необходимой площади упорной поверхности

Площадь упорной поверхности, необходимой для обеспечения допустимой нагрузки, вызываемой моментом свинчивания, A₁, мм², рассчитывают по следующей формуле:

, (D.17)

где N₁ - нагрузка, вызываемая моментом свинчивания, кН;

- заданный минимальный предел текучести, Н/мм².

D.4.4.3.3 Расчет альтернативного диаметра фаски

Альтернативный диаметр фаски, необходимый для обеспечения допустимого напряжения, не превышающего заданный минимальный предел текучести от момента свинчивания и базового внутреннего диаметра соединения, D_f2, мм; рассчитывают по следующей формуле:

, (D.18)

где Q_c - внутренний диаметр конической расточки в плоскости упорного торца муфтового конца, мм;

A₁ - площадь упорной поверхности, необходимая для обеспечения допустимой нагрузки от момента свинчивания, мм².

D.4.4.3.4 Анализ расчетов

Сравнивают диаметры фаски, рассчитанные по этапам 1 и 2 для каждого наружного диаметра, указанного в [2] (таблица 14), для данного соединения.

Выбирают максимальный диаметр фаски из рассчитанных по этапам 1 и 2 диаметров фаски для данного наружного диаметра соединения.

Наименьшие наружный диаметр соединения и диаметр фаски, указанные в таблице 3, являются наименьшими наружным диаметром соединения и диаметром фаски, рекомендуемыми для каждого соединения, независимо от применяемой методики расчета. Использование меньших диаметров фаски приведет к напряжению на упорных поверхностях, превышающему заданный минимальный предел текучести материала, при несопрягающихся максимальном наружном диаметре и базовом внутреннем диаметре соединения. При свинчивании соединений меньшего наружного диаметра, чем указанный в [2] (таблица 14), необходимо выбрать по таблице 3 наименьший диаметр фаски, превышающий размер наружного диаметра инструмента. В этом случае, для каждого уменьшения наружного диаметра на 6,35 мм необходимо определить другой диаметр фаски вычитанием 1,59 мм из меньшего наружного диаметра.

Диаметр фаски рассчитывают для каждых 6,35 мм уменьшения наружного диаметра соединения. Для уменьшения наружного диаметра менее 6,35 мм диаметры фаски принимаются равными диаметрам фаски для меньшего наружного диаметра.

Пример

Для соединения NC46 первое расчетное значение наружного диаметра соединения D равно 165,10 мм с диаметром фаски D_f, равным 154,79 мм. Следующее расчетное значение D равно 171,45 мм. Для D от 165,10 до 171,45 мм D_f остается равным 154,79 мм.

То есть:

- для D 166,6 мм D_f равен 154,79 мм;

- для D 168,28 мм D_f равен 154,79 мм;

- для D 169,80 мм D_f также равен 154,79 мм;

- для D 171,45 мм D_f пересчитывается.

Для наружного диаметра соединения, превышающего максимальный наружный диаметр соединения, указанный в таблице 3, диаметр фаски рассчитывают добавлением 4,76 мм к максимальному диаметру фаски, указанному в таблице 3, для каждого увеличения наружного диаметра на 6,35 мм.

При несопрягающихся наружных диаметрах муфтового и ниппельного концов внутренний диаметр соединения не может быть менее базового внутреннего диаметра соединения, указанного в таблице 3, для обеспечения уровня напряжения на упорных поверхностях менее заданного минимального предела текучести.

Примечания

1 Диаметры фасок, рассчитанные по этапу 1, являются номинальными и округляются в большую или меньшую сторону до ближайших 0,40 мм.

2 Диаметры фасок, рассчитанные по этапу 2, являются минимальными и округляются в большую сторону до ближайших 0,40 мм, затем увеличиваются на 0,40 мм для получения номинальных значений.

D.4.5 Внутренний диаметр цилиндрического участка разгрузочной расточки на муфте D_CB, мм, и расстояние от упорного торца муфтового конца до конца сбега резьбы на разгрузочной расточке L_x, мм (см. рисунок 8) рассчитывают по следующим формулам:

D_CB = D_c + L_GPK + H - 2f_r - L_xK, (D.19)

L_x = L_PC - 12,7, (D.20)

где D_c - средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

L_GP - расстояние от упорного уступа ниппельного конца до основной плоскости, мм;

K - конусность резьбы, мм/мм;

H - высота исходного профиля резьбы, мм;

f_r - срез по впадинам профиля резьбы изделия, мм;

L_PC - длина конуса ниппельного конца, мм.

D.4.6 Расстояние от упорного торца муфтового конца до разгрузочной канавки L_BG, мм, и внутренний диаметр разгрузочной канавки на муфтовом конце D_BG, мм (см. рисунок 10) рассчитывают по следующим формулам

L_BG = L_PC - 9,52, (D.21)

D_BG = D_c - K(L_BG - L_GP) + 2B, (D.22)

ГОСТ 34438.2-2018 (ISO 10424-2:2007). Межгосударственный стандарт. Трубы бурильные и другие элементы бурильных колонн в нефтяной и газовой промышленности. Часть 2. Основные параметры и контроль резьбовых упорных соединений. Общие технические требования , (D.23)

где L_PC - длина конуса ниппельного конца, мм;

D_c - средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

K - конусность резьбы, мм/мм;

L_GP - расстояние от упорного уступа ниппельного конца до основной плоскости, мм;

B - глубина разгрузочной канавки на муфтовом конце, измеряемая относительно среднего диаметра резьбы в плоскости, перпендикулярной к оси резьбы, указанная в таблице D.2, мм;

h_bg - глубина разгрузочной канавки на муфтовом конце, измеряемая перпендикулярно к образующей внутреннего диаметра резьбы и равная 5,16 мм для всех видов профиля резьбы, мм;

R_bg - радиус скругления углов разгрузочной канавки на муфтовом конце, мм;

- угол уклона резьбы, равный половине угла между образующими резьбового конуса, градус;

H - высота исходного профиля резьбы, мм;

f_c - срез по вершинам профиля резьбы изделия, мм.

Таблица D.2

Вспомогательные проектные размеры

Профиль резьбы	Конусность резьбы K, мм/мм	, +/- 0,75°	Глубина разгрузочной канавки на ниппельном конце A, мм	Глубина разгрузочной канавки на муфтовом конце B, мм
V-038R	1/6	30°	4,064	3,24
V-038R	1/4	30°	5,080	2,97
V-040	1/4	30°	5,588	2,97
V-050	1/4	30°	5,080	2,64
V-050	1/6	30°	4,445	2,91
V-055	1/8	30°	-	4,08

D.4.7 Наружный диаметр разгрузочной канавки на ниппельном конце D_SRG, мм (см. рисунок 9) вычисляют по формуле

D_SRG = D_c - H + 2f_r - A, (D.24)

где D_c - средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

H - высота исходного профиля резьбы, мм;

f_r - срез по впадинам профиля резьбы изделия, мм;

A - глубина разгрузочной канавки на ниппельном конце, мм.

D.5 Геометрические параметры калибров

D.5.1 Наружный диаметр резьбы калибра-пробки в основной плоскости D_MP, мм (см. рисунки 19 и 20):

D_MP = D_C + (H - 2f_cg). (D.25)

D.5.2 Внутренний диаметр резьбы калибра-кольца в основной плоскости D_MR, мм (см. рисунки 19 и 20):

D_MR = D_C - (H - 2f_cg). (D.26)

D.5.3 Компенсированная длина резьбы для настройки прибора измерения шага резьбы, L_ct, мм (см. таблицу 6):

. (D.27)

D.5.4 Наружный диаметр сферического наконечника прибора для измерения конусности и шага резьбы d_b, мм (см. таблицу 6):

. (D.28)

D.5.5 Высота профиля резьбы калибра h_g, мм (см. рисунок 18):

h_g = H - f_cg - f_rg. (D.29)

D.5.6 Срез по вершинам профиля резьбы калибра f_cg, мм, для резьбы V-038R, V-040, V-050 со скругленной впадиной радиусом R (см. рисунок 18):

. (D.30)

D.5.7 Срез по вершинам профиля резьбы калибра f_cg, мм, для резьбы V-055 с плоской впадиной (см. рисунок 18):

, (D.31)

f_rg = f_cg. (D.32)