Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 - Исследование актуального состояния проблемы свинчивания-развинчивания резьбовых соединений насосно-компрессорных труб 10
1.1 Функциональное назначение и качество резьбовых соединений 11
1.2 Основные направления повышения эффективности процесса свинчивания-развинчивания труб 16
1.3 Факторы, влияющие на ресурс резьбовых соединений 17
1.4 Процесс механического износа резьбовых соединений 25
1.5 Анализ сил, действующих в резьбовом соединении труб 27
1.6 Применение акустического, теплового и комбинированного методов воздействий для повышения эффективности процесса свинчивания -развинчивания резьбовых соединений труб 29
1.7 Выводы по главе 31
Глава 2 - Исследование влияния теплового воздействия на напряженное состояние резьбового соединения 33
2.1 Расчет напряженно-деформированного состояния конической резьбы 33
2.2 Определение оптимального времени воздействия 35
2.3 Расчет изменения напряжений при тепловом воздействии 43
2.4 Выводы по главе 46
Глава 3 - Экспериментальное исследование процесса свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб с применением теплового воздействия 47
3.1 Оборудование, контрольно-измерительные устройства для проведения исследований 47
3.2 Исследование влияния тепла на процесс развинчивания НКТ 57
3.3 Результаты испытаний 58
3.4 Выводы по главе 63
Глава 4 - Оптимизация характеристик теплового воздействия на процесс свинчивания-развинчивания 65
4.1 Определение параметров теплового воздействия на НКТ 65
4.2 Выбор метода планирования эксперимента 68
4.3 Параметр оптимизации, факторы управляемые и неуправляемые (контролируемые) 69
4.4 Обезразмеривание определяющих параметров 73
4.5 Определение границ изменения и шага варьирования влияющих факторов 76
4.6 Выбор плана многофакторного эксперимента 78
4.7 Результаты опытов в первой серии и обработка результатов эксперимента 82
4.8 Опыты на градиенте параметра оптимизации и обработка результатов эксперимента 86
4.9 Перенос оптимальных условий на другие типоразмеры НКТ 93
4.10 Обсуждение результатов и выводы 94
Глава 5 - Промысловые испытания метода теплового воздействия 96
5.1 Методика промысловых испытаний 96
5.2 Результаты промысловых испытаний 97
5.3 Экономическая эффективность внедрения метода теплового воздействия и устройства для её реализации 102
5.4 Выводы по главе 105
Глава 6 - Повышение эффективности развинчивания резьбовых соединений методом «натяжения – вдавливания» 106
6.1 Влияние осевых усилий на моменты развинчивания в резьбовых соединениях 106
6.2 Методика проведения эксперимента 109
6.3 Оптимизация характеристик осевого воздействия на процесс свинчивания-развинчивания 112
6.3.1 Параметр оптимизации, факторы управляемые и неуправляемые (контролируемые) 113
6.4 Перенос оптимальных условий на другие типоразмеры НКТ 124
6.5 Оценка оптимума в промысловых условиях 127
6.6 Обсуждение результатов и выводы 131
Заключение, выводы 133
Список литературы 136
Приложения 144
- Основные направления повышения эффективности процесса свинчивания-развинчивания труб
- Расчет изменения напряжений при тепловом воздействии
- Параметр оптимизации, факторы управляемые и неуправляемые (контролируемые)
- Оптимизация характеристик осевого воздействия на процесс свинчивания-развинчивания
Введение к работе
Актуальность работы
На содержание парка насосно-компрессорных труб (НКТ) требуется порядка 35% затрат от себестоимости добываемой нефти всей России. Покупка новых труб для строящихся скважин и для восстановления выбывших из использования, ремонта эксплуатационного фонда труб заключается, как правило, в привлечении
значительных средств.
Из промысловой статистики известно, что основная причина, по которой
резьба НКТ выходит из строя, это е механическое разрушение и коррозионный
износ. Причем интенсивность коррозионного разрушения увеличивается
многократно при повышении агрессивности добываемой среды. Механическое
разрушение происходит в результате того, что эксплуатация НКТ в скважине,
сопровождающаяся сочетанием высокой статической и знакопеременной
нагрузок, приводит к схватыванию и прилипанию резьб друг к другу. Раскручивание такого соединения в процессе спуско - подъемных операций (СПО) сопровождается возникновением «задиров» и приводит к полному разрушению резьбы. Все это вместе взятое приводит к потере герметичности колонны НКТ в процессе эксплуатации, а эксплуатационный ресурс НКТ
существенно снижается.
По статистике количество «неотворота» труб в ОАО «Татнефть» составляет в среднем 5…6 труб из 145 труб на одну скважину при подземном ремонте скважин, что составляет 3…4 % труб на одну скважину. И во всех случаях трубы развинчивают, зачастую, путем приложения «упругих колебаний» в виде ударов по муфте и чрезмерных усилий развинчивания, приводящих к деформации резьбы, и, как следствие, к пополнению количества негодных к ремонту труб.
Методы теплового и осевого воздействия позволяют снизить моменты при развинчивании НКТ, исключить задиры, повысить общий ресурс и т.д., однако их внедрение в промысловую практику сдерживается отсутствием как методики расчета зависимости параметров процесса от характеристик свинчиваемых
соединений, так и реализующих их устройств. Поэтому разработка теплового и осевого методов воздействия при развинчивании НКТ представляется актуальной задачей.
Цель диссертационной работы: разработка методов и средств, позволяющих снизить моменты развинчивания резьбовых соединений насосно-компрессорных труб.
Задачи исследования:
-
Анализ состояния проблемы свинчивания-развинчивания труб.
-
Теоретическое исследование факторов, определяющих характер теплового и осевого воздействий на процесс развинчивания НКТ.
3 Экспериментальное определение оптимальных параметров теплового и
осевого воздействия на процесс развинчивания НКТ.
4 Определение инвариантов переноса оптимальных параметров теплового
и осевого воздействий на применяемые типоразмеры НКТ.
5 Разработка экспериментальной конструкции устройств по тепловому и
осевому воздействию, проведение опытно - промышленных испытаний.
Методы решения задач
Для решения поставленных задач были использованы методы
термодинамики, теории упругости, теории подобия и методы планирования эксперимента.
Научная новизна:
-
В рамках разработанной математической модели процесса теплового воздействия на соединение «муфта-ниппель» НКТ установлено оптимальное время прогрева муфты, необходимое для получения максимального градиента температур на границе резьбового соединения. Получена зависимость между толщиной стенки НКТ и оптимальным временем прогрева муфты.
-
Разработана математическая модель процесса осевого воздействия на резьбовую часть насосно-компрессорных труб; установлены критерии оценки силы натяжения с целью снижения начальных моментов развинчивания; получена
зависимость оптимального осевого натяжения от диаметра НКТ для максимального снижения момента развинчивания для конической резьбы.
3 Получены инварианты, позволившие перенести оптимальные параметры теплового и осевого методов воздействия на весь типоразмерный ряд НКТ.
Основные защищаемые положения:
1 Теоретическое описание безразмерных соотношений зависимости
параметров процессов теплового и осевого воздействий (время воздействия,
температура теплоносителя, осевая сила и др.) от характеристик резьбового
соединения (толщины и диаметры свинчиваемых труб, материал и тому
подобное).
2 Результаты экспериментального определения допустимых оптимальных
значений параметров, обуславливающих эффективность теплового и осевого
воздействий на характеристики развинчивания резьбовых соединений НКТ.
Практическая ценность работы:
1 Разработано устройство и оптимизирована работа «теплового
раскрепителя», реализующего метод теплового воздействия на резьбовые
соединения НКТ (Патент РФ № 2422616).
2 «Тепловой раскрепитель» апробирован в промысловых условиях и
рекомендован к внедрению в Елховском цехе ООО «НКТ-Сервис» (УК ООО
«ТМС-Групп» ОАО «Татнефть», г. Альметьевск).
Автор выражает свою глубокую благодарность сотрудникам кафедры нефтегазового оборудования ГБОУ ВПО АГНИ, а также ООО «НКТ-Сервис» (УК ООО «ТМС-Групп» ОАО «Татнефть») за содействие, оказанное при выполнении исследований.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на научно– технических конференциях, техсоветах: Всероссийская научно-техническая конференция, посвящнная 30-летию кафедры разведки и разработки нефтяных и газовых месторождений ФГБОУ ВПО УГНТУ (Октябрьский, 2009), Х
международная молоджная научная конференция «Севергеоэкотех-2009» (Ухта,
2009), научные сессии АГНИ по итогам 2008…2011 гг. (Альметьевск, 2008, 2009,
2010, 2011 гг.), Всероссийская научно-практическая конференция, посвящнная
95-летию первого ректора Чувашского госуниверситета С. Ф. Сайкина
(Чебоксары, 2009), Всероссийская научно-техническая конференция
«Инновационное нефтегазовое оборудование: проблемы и решения» (Уфа, 2010),
Международная научно-практическая конференция молодых учных
(Октябрьский, 2011), Технический совет ООО «НКТ - Сервис» (Альметьевск, 2010), ХIII Молодежная научно-практическая конференция ОАО «Татнефть» (Альметьевск, 2013).
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в 12 печатных работах, в числе которых 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, и 1
патент на изобретение.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, библиографического списка из 88 наименований, изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 43 таблицы и 5 приложений.
Основные направления повышения эффективности процесса свинчивания-развинчивания труб
Применение резьб с коническим профилем является важной особенностью резьбовых соединений. В случаях, когда резьбовое сопряжение осуществляется по боковым граням витка, то резьбовое соединение НКТ следует относить к безупорным. При этом следует учитывать, что верхние и нижние округленные части профилей трубы и муфты образуют два винтовых сквозных канала.
Прочное соединение труб, как правило, во-многом определяется значительными силами трения в резьбовом соединении. Силы трения при свинчивании–развинчивании труб приводят к задирам и повышенному износу резьбового соединения. Появляется необходимость приложения значительных моментов. Снижение сил трения применением смазки ограничено и приводят к возрастанию риска самопроизвольного отворота свечи труб. Необходимо уменьшать трение только в процессе развинчивания [7,33,75].
Иногда, на практике применяют метод кратковременного «снятия» сил трения с применением ударной нагрузки. Возбуждающиеся при этом колебания являются результатом удара о колонну, которые приводят к уменьшению сил трения. Естественно, возбуждение колебаний в трубах указанным способом недопустимо и увеличивает риск их повреждения. Известным является более щадящий путь возбуждения колебаний – при помощи введения волн ультразвуковой частоты на резьбовую поверхность НКТ.
При воздействии ультразвука наблюдается изменение пластических свойств деформируемых материалов и снижение напряжения текучести (акустическое разупрочнение). Анализ результатов исследований показывает, что при действии ультразвуковых колебаний происходит снижение условного предела текучести в 3 - 4 раза и коэффициента трения в 2 - 4, причем эти показатели не зависят от состава и исходных механических свойств металла [8,25,33,34,37,75,78].
Механизм воздействия ультразвука на силы трения заключается в появление тангенциальных скоростей сдвига, а также в изменении характера напряженного состояния металла в зоне трения [33,34,78].
Известно, что напряжение в резьбовом соединении, а, следовательно, и трение можно уменьшить тепловым воздействием на внешнюю часть резьбового соединения. Именно сочетанием резьбовой и т.н. «горячей» посадки обеспечивается прочность закрепления муфты на «муфтовой» части трубы, или в более широком применении, «горячая» посадка гладких муфт.
Однако, остаются неисследованными вопросы взаимосвязи параметров теплового воздействия (время воздействия, температура теплоносителя и т.д.) с характеристиками НКТ (диаметр, материал, толщина стенок и т.п.)
Представляет интерес также комбинированный метод, суть которого заключается в совмещении ультразвукового и теплового воздействий на резьбовое соединение.
Резьбовые соединения в процессе спуско-подъемных операций и работы в скважине подвергаются воздействию различных усилий: растягивающих, сжимающих, изгибающих и др.
Как показывает практика, резьбовые соединения, в процессе операций по свинчиванию и развинчиванию, подвергаются определенному износу, величина которого во многом зависит от частоты операций по спуску-подъему свечи, длины свечей, типа смазки, наличия абразивных частиц, и т. д. Это ведет к износу резьбы, что впоследствии ведет к нарушению герметичности соединений, снижению прочности как статической, так и динамической.
Проблемы повышения эксплуатационного ресурса резьбовых соединений затронуты в следующих работах [34,36,43,82,84].
Наиболее полным образом влияние важнейших конструктивных и технологических факторов на эксплуатационный ресурс, статическую и усталостную прочность, герметичность резьбовых соединений рассматривается в работах [13,19,50,57,66,68].
С целью увеличения срока работы насосно-компрессорных труб приходится заново нарезать резьбу или менять замковые детали, что влияет на увеличение их расхода.
Проведёнными исследованиями степени износа резьбового соединения установлено, что равномерный износ витков резьбы зависит от разницы между площадями витков резьбы, изношенной вдоль образующей составляет 5% от начальной площади. Это объясняется тем, что свинчивание муфты и ниппеля или, наоборот, происходит с множеством разных муфт и ниппелей.
Отклонение элементов резьбы, которое происходит при свинчивании соединений муфта-ниппель, приводит к изменению участка сопряжения их резьбы, что благоприятно сказывается на равномерном износе резьбы.
Разработка технологических и конструктивных мероприятий может в больше мере способствовать в вопросах повышения износостойкости резьбовых соединений
Трение и износ на вершинах среза может оказывать существенное влияние на износ трущихся поверхностей [68,82].
Достоинство такой конструкции сводится:
1 В исключение трения по вершинам среза,
2 В отсутствие теоретически нулевой номинальной площади контакта. Работа трения исключается в период от 0 до 0,4 оборота за счет отсутствия трения на вершинах среза. Работа трения уменьшается при первом же обороте свинчивания, причем значительно. Отсюда и износ резьбовых соединений происходит в основном при первом обороте свинчивания.
Износ резьбовых соединений ниппелей и муфт выражается также в изменении профиля витков и уменьшении их высоты, то есть в изменении геометрических характеристик резьб. Важно знать, что величина работы трения различна по своей величине, то есть поверхность короткой стороны профиля витков под действием большого удельного давления при креплении соединений и последующей их работе изнашивается меньше, чем поверхность длинной стороны, воспринимающей более низкое удельное давление.
Значительная работа трения при свинчивании и развинчивании приходится на поверхность длинной стороны витков ниппеля и муфты. Это по своей сути путь равный 12 оборотам. Максимальные удельные давления создаются в момент посадки ниппеля в муфту. По мере свинчивания соединений площадь контакта увеличивается, и величина удельных давлений, соответственно, снижается. Обратное происходит при развинчивании соединений. [7]
Расчет изменения напряжений при тепловом воздействии
В работе [57] показано, что связь между силой прижатия витков резьбы друг к другу и моментом завинчивания (и развинчивания, если сила трения определяется только лишь нормальными напряжениями и нет дополнительных адгезионных связей,- которые проявляются при длительном соприкосновении) выражается формулой:
Рассмотрим (в первом приближении) механизм ослабления нормальных к поверхности резьбы напряжений при нагревание муфты.
Изменение силы трения F определяется изменением напряжения из закона Гука: РтРепш = Крепи, (Ао-- 5) - , -(E—-S) = ктренш -(E-a-At- S) (2.20)R где: R , AR - начальный радиус и абсолютное расширение муфты, S - площадь резьбы (контактная), а - коэффициент температурного расширения стали 20, равен 12,5-10"6 1/С, Е- модуль Юнга для стали, 2 10пПа, At - изменение температуры муфты, С.
В Таблице 2.3 в соответствие с формулой (2.19) и методикой [68] приведен расчет «снятия» этих нормальных напряжений при тепловом расширении НКТ и соответствующего уменьшения страгивающих моментов,- с разностью температур между муфтой и ниппелем t 25,9 С (см. Рисунок 2.4, Таблицу 2.1), коэффициент трения 0,1.
Из Таблицы 2.3 видно, что ожидаемое снижение силы трения и соответствующих моментов развинчивания велико,- особенно для НКТ больших типоразмеров (88, 102, 114 мм),- а для использованной нами в основном эксперименте НКТ-73 расчетная величина уменьшения момента превышает измеренные нами моменты развинчивания резьбы (см. Главу 4)! Однако следует учесть, что при выводе формулы (2.16) было введены упрощающие предположения, значительно интенсифицирующие процесс теплопередачи от перегретого пара к телу муфты НКТ. Поэтому полученные расчетные величины снижения моментов следует считать ориентировочными и нуждающимися в экспериментальной проверке (см. Главы 4, 5). Таблица В результате проведенных расчетов согласно построенной модели теплопередачи «нагретые теплоаккумуляторы - водяной пар - стенка муфты НКТ - тело НКТ» получено:
1 Существует оптимальное время контакта разогретого пара со стенкой НКТ, при котором достигается максимальный средний градиент температуры между муфтой и ниппелем трубы (условие уменьшения радиальных напряжений на контакте резьб),
2 Для разных типоразмеров НКТ установлены оптимальные значения времен прогрева, установлена полуэмпирическая формула взаимосвязи «оптимальное время - диаметр НКТ»,
3 Величина уменьшения моментов при развинчивании НКТ с применением теплового воздействия превышает 100% по сравнению с измеренными (см. Главу 4), что указывает на завышенную оценку градиента температур (26 С) между муфтой и ниппелем НКТ,
4 Для получения адекватных результатов необходимо проведение многофакторного эксперимента по технологии поиска оптимальных условий с построением соответствующего параметра оптимизации (см. Главу 5).
Параметр оптимизации, факторы управляемые и неуправляемые (контролируемые)
Под параметром оптимизации подразумеваются величина, измеряемая или рассчитываемая, которая определяет эффективность процесса при изменение управляемых или неуправляемых факторов, влияющих на процесс. Диаметр (наружный) НКТ, D - влияет на изменение диаметра D при тепловом (линейном) расширении:
где и Т - соответственно, коэффициент теплового расширения и разогрев (средний) тела трубы.
В условиях эксперимента величиной D трудно управлять (существует определенный типоразмерный ряд, - см. Таблицу 4.1). Поэтому пока мы не можем планировать активного эксперимента, остается две возможности: первое - это провести нахождение оптимума при некотором постоянном значении. И если оптимум достигнут, провести пассивный эксперимент по D при оптимальных значениях управляемых параметров. Второе: необходимо проделать процедуры по Д принятые для обычных управляемых параметров, подобрать значение (из стандартного типоразмерного ряда), соответствующее тому или иному уровню, и провести серию опытов для тех строк реплики 2м, у которых уровень по D совпадает с данным (об этих процедурах,-выбор шага, уровни и их кодирование,-будет сказано подробнее ниже п. 4.9 данной главы),
Толщина стенки НКТ, d - все сказанное выше в отношение D применимо и здесь. Кроме того, т.к. между d и D существует практически линейная связь (см. Таблица 4.1), проведение независимого эксперимента по каждому из этих параметров невозможно.
Шаг резьбы h - имеет решающее значение в формировании площади соприкосновения муфты и ниппеля, а значит, нормальных и касательных сил, определяющих работу силы трения. Однако, управлять данным параметром мы не можем (см. комментарий к параметру D).
Шероховатость поверхности резьбы 8 - неуправляемый постоянный фактор (по крайней мере, в пределах серии опытов с НКТ с нарезанной в одинаковых условиях резьбой). В более широком смысле, конечно, "плывет" в зависимости от завода-изготовителя НКТ (для новых резьб) или состояния резьбонарезного оборудования сервисных предприятий и т. д. После нахождения оптимума, возможен пассивный эксперимент по 3 в этой точке (оптимума).
Коэффициент теплового расширения материала НКТ (сталь) а - к тому, что сказано выше о Д можно добавить, что а практически постоянно, если только речь не идет о специальных НКТ [46].
Плотность материала НКТ (сталь) р - см. комментарий к а. Коэффициент теплопередачи материала НКТ (сталь) р - см. комментарий к .
Коэффициент теплоемкости материала НКТ (сталь) Сf - см. комментарий к .
Коэффициент теплоемкости воды Сv - см. комментарий к .
Температура теплоносителя Т - определяется количеством теплоносителя (т.к. время нагрева и мощность ТЭНов - не меняются).
Количество (масса) теплоаккумулятора М- управляющий фактор.
Время выдержки, t - управляющий фактор,
Относительный максимальный момент развинчивания єМтах= МтахМтахО - параметр-отклик на изменения управляющих факторов (параметр оптимизации). В результате проведения каждого эксперимента определяется градиент j и хг управляемые и неуправляемые факторы, их единичные орты в множественном псевдопространстве, задающие диапазон изменения факторов.
В качестве параметра оптимизации возможен выбор любого технологического параметра, таких как «натяг», «посадка», работа развинчивания и т.п., но в нашем случае для снижения силы трения при свинчивании-развинчивании параметр 8мах (по максимальному моменту развинчивания) представляется более естественным с точки зрения интерпретации,- хотя и более сложную в измерении. Поэтому нами параллельно с определением по экспериментальным данным Мтах проводился также расчет следующих параметров (интегральный характер их позволяет получить значительно более узкий интервал разброса значений):
Summa M dt - Суммарный кинетический момент (сумма произведений момента на шаг по времени, в течение которого он действует): Summa Mdt = Мdt , (4.7) где суммирование производится по длительности времени развинчивания,
Отсюда имеем, что необходимо проведение эксперимента по 13 влияющим на параметр-отклик (Мmax , Мsr , SummM dt) факторам, - по 5…10 точкам (значениям). Так как проведение такого эксперимента и обработка получаемого в результате его – нереализуемая задача, требуется провести специальное исследование с целью уменьшения количества исследуемых факторов, - исходя из физического смысла задачи и технических возможностей реализации. Например, очевидно, что опыты по постоянным параметрам (теплоемкость, плотность и т.п.) не имеет практического смысла; кроме того, уменьшению количества исследуемых (но не влияющих) факторов способствует применение специальных процедур метода подобия и размерности [54].
Оптимизация характеристик осевого воздействия на процесс свинчивания-развинчивания
Процесс осевого воздействия на характеристики свинчивания 113 развинчивания является результатом взаимодействия взаимовлияющих факторов. Это означает, что поле действия этих факторов нельзя свести к исследованию влияния отдельных факторов с фиксацией оставшихся,- а значит, необходимо установление неких безразмерных комплексов, интегрирующих влияние этих факторов, и проведение оптимизации по ним.
Под параметрами оптимизации подразумеваются факторы, влияющие на процесс и могущие быть управляемыми каким-либо образом. Рассмотрим те из них, которые не вошли в п.п. 5.3.
F - осевое усилие, Н,
Мнат - момент предварительного натяжения, Нм,
Е- модуль Юнга стали, Па,
к - коэффициент Пуассона.
Отклик на изменения управляющих факторов (параметр оптимизации): относительный максимальный момент развинчивания: Бмтах= MmaxAimaxO, (6.4) где Ммах, МмахО - соответственно, максимальные моменты при развинчивании резьб с предварительным осевым натяжением и без оного.
Таким образом, необходимо проведение эксперимента по 10 влияющим на параметр-отклик (єМтах) факторам, - по 5... 10 точкам (значениям). Так как проведение такого эксперимента и обработка получаемого в результате его -нереализуемая задача, требуется провести специальное исследование с целью уменьшения количества исследуемых факторов, - исходя из физического смысла задачи и технических возможностей реализации. Например, очевидно, что опыты по постоянным параметрам (модули Юнга, Пуассона и т.п.) не имеет практического смысла; кроме того, уменьшению количества исследуемых (но не влияющих) факторов способствует применение специальных процедур метода подобия и размерности [1].
Рассмотрим параметры, описывающие процесс развинчивания НКТ с точки зрения влияния на эффективность применения осевого воздействия, критерием которой мы примем относительное изменение момента развинчивания (см. Таблицу 6.1).
В Таблице 6.2 приведены те же параметры в обезразмеренном виде с указанием их области варьирования. Из Таблицы 6.2 следует, что искомая функция зависимости относительного изменения максимального момента свинчивания- развинчивания НКТ должна иметь вид:
где в качестве параметра, характеризующего осевое воздействие, принят момент, создающий предварительное осевое натяжение (непосредственно измеряемая величина) Мнат F.
Для установления оптимальных характеристик процесса воздействия необходимо определить основные влияющие факторы и их взаимосвязь с откликом (уменьшение момента развинчивания резьбы).
Известно, что размерные уравнения функциональных связей позволяют проводить обезразмеривание путем конструирования безразмерных комплексов. Причем, согласно -теореме [1], при этом достигается не только обобщение полученного решения на класс однородных явлений, но и само решение оказывается зависящим от меньшего числа независимых (безразмерных) переменных, - как минимум, на число независимых размерностей. Последнее позволяет существенно сократить количество опытов для установления экспериментальных зависимостей.
Экспериментальное исследование по выявлению связи эффективности процесса осевого воздействия со всеми этими параметрами в полном объеме также представляется сложной задачей. Однако, если воспользоваться модельными представлениями [1], то можно, во-первых, значительно сократить количество влияющих факторов, а во-вторых, получить возможность обобщения полученных экспериментальных результатов на весь типоразмерный ряд НКТ.
Исходя из анализа размерностей и принимая (произвольно) за основные размерности длины (м) и массы (кг), соответственно, размерности D и Е, получаем из (6.9)
Рассмотрим формулу (6.10) с точки зрения возможности проведения исследований по тому или иному параметру:
1 Так как диаметр и толщина стенки связаны (в стандартном типоразмерном ряду,- см. Таблицу 6.1), ясно, что один из этих параметров должен быть исключен из числа варьируемых факторов (убираем d),
2 Эксперимент с варьированием угла конусности в также мы проводить не будем, т.к. резьбы НКТ имеет конусность фиксированную (1:16),
3 Эксперимент с варьированием шага резьбы h мы также исключаем, т.к. резьбы НКТ также стандартизованы [16]; при необходимости возможен эксперимент по проверке полученного оптимума на одной резьбе (например, на 2.54 мм) с переносом условий его получения на другую резьбу (3.175 мм)
4 Варьирование коэффициента трения к также представляется нецелесообразным (и трудно реализуемым) с практической точки зрения; поэтому мы здесь ограничимся введением трубной смазки Р-2 в количествах, оговоренных в соответствующих инструкциях [15],
5 Варьирование шероховатости поверхности резьбы , определяемая, в конечном счете, состоянием резьбонарезного оборудования также не представляется целесообразным.
