Коэффициента концентрации

Отсюда получается, что практически все запасы топлива, известные в 1970 г., будут исчерпаны уже через 80 лет. Если допустить, что геологическая разведка и повышение коэффициента извлечения приведут к увеличению запасов максимум в восемь раз, то и в этом случае они будут израсходованы всего за 140 лет [26].

ти необходимо учитывать, что величина ее потенциальных ресурсов и доказанных запасов в значительной мере зависит от уровня цен на нефть как в самих энергопотребляющих странах, так и в международной капиталистической торговле энергетическими ресурсами. С ростом цен на нефть возрастает экономическая целесообразность более широкого использования вторичных и третичных методов добычи, обеспечивающих повышение коэффициента извлечения нефти на «старых» месторождениях, а также разработки новых, труднодоступных месторождений и получения нетрадиционной нефти из битуминозных песков и нефтеносных сланцев. При этом запасы «сланцевой» нефти и тяжелой нефти в бимутинозных песках соизмеримы с извлекаемыми ресурсами традиционной нефти и оцениваются (без социалистических стран) примерно в 160 и 230 млрд. т соответственно [31].

Целесообразность интеграции энергетических комплексов стран — членов СЭВ и их общеэнергетических систем определяется и важностью разработки и реализации согласованной политики в области энергетики на перспективу1. Это связано прежде всего с наличием крупномасштабных энергетических проблем, требующих совместного решения (развитие атомной энергетики, энергосберегающая политика, повышение коэффициента извлечения нефти из недр и глубины ее переработки, производство искусственного жидкого топлива и ряд других), а также необходимостью согласованных действий ввиду неко-

В табл. 6-2 приведена выполненная Европейской экономической комиссией ООН (ЕЭК ООН) оценка возможной перспективы повышения экономичности энергетического хозяйства стран, входящих в регион. Эта оценка интересна, однако представляется излишне оптимистичной в отношении возможного повышения коэффициента извлечения из недр потенциальной энергии природных энергетических ресурсов (п. 6 таблицы).

Возможно, статья в «Форчун» во многом ориентировалась на данные симпозиума по методам третичного извлечения, состоявшегося в июне 1974 г. в США. Эти данные таковы: первоначальные запасы в недрах составляли 434 млрд. баррелей нефти, около 100 млрд. баррелей из них уже было извлечено, менее 36 млрд. баррелей можно добыть современными первичными и вторичными способами, менее 5 млрд. баррелей извлекаемы в будущем за счет закачки жидкостей, т. е. 293 млрд. баррелей останется в недрах (при учтенном в этом расчете коэффициенте извлечения 32 %). Отмечалось, что изменения характеристик резервуаров приводят к колебаниям коэффициента извлечения в пределах 13,5—46%. Если верить данным 24 компаний, согласно которым можно извлечь еще 50—60 млрд. баррелей (6,7—8 млрд. т) дополнительно, то средний по США коэффициент извлечения составит 44—46 %, в то время как журнал «Форчун» исходит из коэффициента 61 %. Дополнительные 6,7—8 млрд. т значительно больше прежних оценок — 3,35 млрд. т. Реальную трудность представляет суммирование всех скважин, поскольку резервуары отличаются друг от друга. Добычные скважины дают от 0,4 до 81 баррелей (Луизиана), а в среднем по США— 18 баррелей в день. Маловероятно, чтобы можно было добиться роста производительности скважин, скажем, в Техасе. Действительно, много нефти остается в земле, однако, стоимость ее извлечения неизвестна. Высказывалось предположение, что общий коэффициент извлечения нефти может составить 90 % Для 383 неглубоких нефтяных месторождений США с глубиной добычи менее 150 м. По другим данным, если удастся разработать методы третичного извлечения нефти, это примерно вдвое увеличит объем пригодной к добыче неф,ти, т. е. примерно до 14 млрд. т в США и 39 млрд. т для всего мира [22]. Последняя цифра — скорее гипотетическая, ориентировочная, но она говорит нам о том, что чем больше нефти мы умеем извлекать, тем больше ее будет извлечено. Имеется, однако, опасность, состоящая, во-первых, в мнении, что наиболее скромные цифры преднамеренно уменьшены и, во-вторых, в необоснованном убеждении, что стоит лишь поднять цены и нефть здесь же появится.

Без сомнения, рост цен на нефть вызывает увеличение объема разведки новых месторождений и стимулирует разработку новых методов, повышающих коэффициент извлечения нефти. Несколько новых технологий, по-видимому, предполагается опробовать на Среднем Востоке, в Кувейте. В'полне возможно, что в США эти новые технологии, применяемые к целым месторождениям, а не скважинам, заинтересуют управляющих. По мере роста коэффициента извлечения запасов каждого месторождения увеличиваются

США. Эти 50 млрд. т составляют 13,8 % от 363 млрд. т известных (known) ресурсов угля в недрах США (данные отчета МИРЭК, 1974 г.). По сообщению СССР, его известные ресурсы в недрах составляют 273 млрд. т угля, но проф. А. В. Матвеев (Москва) в мае 1976 г. [46] писал, что в категории «разведанные резервы» СССР располагает вдвое большим количеством угля, чем США; как компромисс примем, что доказанные резервы угля СССР составляют 75 млрд. т. КНР не публикует данные о резервах, и в лучшем случае она располагает 80 млрд. т эффективно извлекаемых резервов из 300 млрд. т известные (known) запасов углей в недрах. Эти цифры следует сравнить со 182 млрд. т эффективно извлекаемых углей США. Следовательно, если принять 50 млн. т за оценку доказанных резервов угля США, то для КНР ее следует немного снизить и принять 40 млрд. т с учетом расширяющихся разведывательных работ. Различия понятий «резервы» в Великобритании и ФРГ подробно рассмотрим позднее, но для Европы следует принять меньшую величину, чем 13,8 %, взятые для США (скажем, 8 %), и тогда доказанные резервы угля в Европе составят 25 млрд. т. Во всем остальном мире имеется, по данным отчета МИРЭК, 1974 г., еще 145 млрд. т известных резервов угля в недрах; с учетом возможно большего коэффициента извлечения (скажем, 14%) и избегая переоценки резервов угля, в особенности Австралии и Южной Африки, примем величину 20 млрд. т. Исходя из этих соображений, общие доказанные резервы угля в мире составляют примерно 210 млрд. т, что несколько больше и, возможно, «правильнее», чем 140 млрд. т, которые автор предлагал в своих предшествующих работах. Сравнительные данные о доказанных резервах угля, млрд. т:

Публикуемые данные о доказанных резервах сырой нефти обозначают количества извлекаемой из обнаруженных резервуаров и поднимаемой на поверхность нефти при современных экономических и технических условиях, т. е. это та же категория, что рассмотренная в нашем примере с резервами угля. Некоторые, возможно, будут оспаривать это утверждение, поскольку существуют значительно большие технологические ограничения на степень извлечения угля и значительные колебания коэффициента извлечения за период отработки угольного поля, который, как правило, продолжительнее периода отработки нефтяного месторождения, а еще и потому, что подобные сопоставления игнорируют то обстоятельство, что нефтяные месторождения значительно труднее обнаружить, чем угольные. Рассуждения такого рода, на наш взгляд, не имеют прямого отношения к практическим исследованиям величины доступных, приближенно оцениваемых энергоресурсов, необходимых для ближайшего будущего. Коэффициент пересчета нефти в единицы угольного эквивалента в зависимости от сделанных предположений и целей сравнения в разных работах меняется от 2,15 до 1,3. Например, в статистических записках ООН, серия J, № 17, используется коэффициент 1 т сырой нефти, равный 1,3 т у. т., а в № 18 тех же записок используется коэффициент 1,47. Характеристики сырой нефти меняются в широких пределах от месторождения Боскан в Венесуэле (10° единиц API, 5,5 % серы по массе и 39,48 ГДж/т) до светлой нефти в Индонезии (47° единиц API, 0,05 % серы по массе и 43,65 ГДж/т). Сырая нефть Среднего Востока, составляющая 55 % мировых доказанных резервов, имеет довольно стабильную теплоту сгорания 42,33 ГДж/т. Эта величина обычно и принимается за среднюю теплоту сгорания нефти, т. е. 1 т сырой нефти равняется 1,69 т угольного эквивалента (т у. т.).

По оценкам Комитета в 1972 г., вероятные резервы составляют 6003 км3, однако в 1975 г. Адаме и Киркби утверждали [17] что лишь 566—1133 км3 окажутся в категории доказанных резервов месторождений, открытых до 1973 г. (за исключением северного побережья Аляски), т. е. 10—20 % оценки Комитета. Они считали, что пятикратный рост резервов со времени проведения первой оценки уже более не повторится. Поскольку 3/4 всего обнаруженного в США газа не связано с нефтью, того увеличения коэффициента извлечения газа, который зачастую бывает с нефтью, не произойдет; качество начальных оценок улучшается по мере совершенствования технологии; ежегодный прирост резервов нефтяных месторождений уменьшался. Здесь трудно рассудить правильно, однако отмечается, что в данных 1977 г., опубликованных в отчете МИРЭК, 1978 г., лишь 69,2 км3 из 6117 км3 доказанных резервов газа давались как независимые от нефти.

которой было начато англо-иранской нефтяной компанией в 30-х годах, является одновременно одной из форм хранения и методом увеличения коэффициента извлечения нефти. Добыча нефти или газа на месторождении в соответствии с графиком потребления, т. е. с использованием месторождения в качестве подземного хранилища, по существу является обычной практикой в нефтегазовой промышленности. При совместном управлении режимами эксплуатации нескольких месторождений и нефтеперерабатывающим предприятием могут быть учтены даже суточные изменения в потреблении.

* Подсчитано, что до 1979 г. за все время от начала нефтедобычи нзвле чено нз недр Земли 53 млрд. т нефти, т. е. ~15 % вероятных запасов, равны: от 240 до 360 млрд. т в зависимости от коэффициента извлечения, принятое в расчетах (от 25 до 40 %) по оценкам 1980 г.

Возможны и другие построения расчетных схем патрубковых зон сосудов давления, в частности основанные на рассмотрении другого (окружного) сечения пересекающихся цилиндрических оболочек, моделируя тем самым реальное поведение конструкции сферической оболочкой с патрубком (см. 4.1, штриховая линия). Однако для получения адекватного коэффициента концентрации напряжений радиус сферической оболочки должен быть значительно больше радиуса оболочки корпуса (в 3 раза для учета давления и ~ в 10 раз для учета температур) [6], практически сводя задачу к рассмотренной выше схеме.

Полученные результаты хорошо согласуются с характером изменения напряжений в тройниковых соединениях, установленным экспериментально и расчетным путем [7]. Некоторые возмущения напряжений вблизи защемленного края обусловлены краевым эффектом, для их устраяения могут быть использованы подходы, предложенные в [7]. Максимальное значение коэффициента концентрации имеет место так же, как и ранее в патрубковой зоне, на внутренней галтели в продольном сечении, однако максимальные значения самих компонент напряжений — кольцевых а„ и меридиональных а, - одинаковы. Поэтому максимальное значение этого коэффициента порядка 6.

2. Величину коэффициента концентрации напряжений Км от местной нагрузки, приложенной к зубу.

3. Величину коэффициента концентрации напряжений от общего потока, создаваемого растягивающими усилиями.

Рассмотрим плоскодеформированное напряженное состояние зуба и впадин, которое возникает в резьбовых соединениях большого диаметра с относительно мелкой резьбой в зонах сопряжения. Область возмущения напряженного состояния, в которой требуется находить распределение напряжений и значение коэффициента концентрации, удалена на большое расстояние от оси, и размеры этой области можно рассматривать как малые в сравнении с расстоянием от оси [33]. На 4.17 показаны зависимости коэффициентов концентрации от соотношения размеров в плоской и осесимметричной задаче при растяжении пластинки и вала с выточками, глубина и радиус закругления в метрической резьбе шага S= 6 мм. При неизменной геометрии выточек, изменяя размер ослабленного сечения d, получаем зависимости коэффициентов концентрации в плоской и осесимметричной детали от d. Кривая 1 относится к плоской задаче, а кривая 2 — к осесимметричной. Из рисунка видно, что при увеличении размера d обе кривые сближаются и, начиная с некоторой величины, совпадают, что свидетельствует о практически полной идентичности напряженных состояний в окрестности впадин. В соответствии с этим в случае нагрузки, приложенной непосредственно к зубу, можно принять, что напряженное и деформированное состояние, возникающее в зубе и в окрестности впадин, является плоским.

рации в свободной резьбе приводит к весьма большим погрешностям. К тому же теория Нейбера дает значения коэффициента концентрации в бесконечной системе выточек. Резьба же имеет начало и сопрягается с гладкой частью стержня, диаметр которой либо равен внешнему диаметру резьбы, либо меньше его.

Здесь OHOM - 4P/7rdi подсчитывается по ослабленному сечению болта при осевой нагрузке Р. Введенный в формулу коэффициент концентрации KM = 1,95 получен в предположении, что напряженное состояние в окрестности впадины резьбы совпадает с плоскодеформированным. Это положение верно для широкого диапазона соотношений d0/S. Напряженное состояние во впадине свободной резьбы, удаленной от ее концов, от осевого растяжения взято из эксперимента и относится к отношению d0/s ^ 23. Это отношение является предельным в том смысле, что дальнейшее увеличение его не приводит к изменению величин коэффициентов концентрации и распределению напряжений в окрестности впадин. Для более низких соотношений d0/s <, 23 коэффициент концентрации ниже, так что величина его, равная 2,2, является величиной максимальной для всех соотношений d0/s. Таким образом, приведенная выше приближенная формула (4.21) дает наиболее правильные результаты для высоких значений соотношений d0/s, т.е. для d0/s > 15. Для значений d0/s < 15 коэффициент концентрации может быть только ниже на 10—15% величины коэффициента концентрации, подсчитанной по формуле (4.21).

Интересно отметить тот факт, что при увеличении диаметра болта при неизменном шаге резьбы коэффициенты концентрации растут, хотя коэффициенты распределения усилий в этом случае снижаются. Это объясняется тем, что площадь поперечного сечения болта при увеличении диаметра растет быстрее (квадратичная зависимость), чем площадь проекции рабочей части витка / (линейная зависимость). Отсюда следует, что увеличение общего усилия при одном и том же номинальном напряжении °иом = 4тг/тк/1 увеличивает контактные давления на поверхности зуба, а следовательно и максимальные напряжения во впадине. Из проведенных расчетов общего коэффициента концентрации (см. 4.22) также можно отметить, что доля вклада местной нагрузки по отношению к общему растяжению значительно меняется в зависимости от соотношения d0/s. Так, для нормальной гайки (D/d0 = 2,0) доля вклада местной нагрузки в общий коэффициент концентрации для d0/s. = 5 составляет около 30%. С увеличением отношения d0/s растет и влияние местной нагрузки. Для отношения d0/s = 30 вклад местной нагрузки в общий коэффициент концентрации составляет уже 55%. Влияние же толщины гайки на соотношение местного и общего эффектов существенно ниже. Так, для очень тонкой гайки (D/d0 = 1,1) при d0/s = 5 и d0/s = 30 этот вклад выражается в 35 и 57% соответственно.

Отношение наружного диаметра к шагу резьбы dQ/s * 23. Такому резьбовому соединению соответствует максимум величины коэффициента концентрации в свободной резьбе. Отсюда следует, что формула подсчета общего коэффициента концентрации (4.21) без соответствующих поправок относится к данному резьбовому соединению. Величина общего коэффициента концентрации в первой наиболее нагруженной впадине резьбы шпильки равна:

Эта величина коэффициента концентрации относится к соединению при условии оставления свободными 6—8 витков шпильки, считая от торца гайки до гладкой части, и является максимальной. Данная величина коэффициента концентрации может быть снижена, если гайку навинтить до первого или второго полноценного витка (витки не на сбег резьбы), считая от гладкой части, так как диаметр ее составляет примерно 0,97 di . Коэффициент концентрации в этом случае может быть снижен до величины К = 3,7. Таким образом, коэффициент концентрации для рассматриваемого резьбового соединения шпилька— гайка лежит в пределах 3,7 <АГ <4,3 в зависимости от местоположения гайки относительно первых витков шпильки, считая от гладкой части.

Это говорит о том, что имеет место не классический случай соединения шпилька—корпус (соединение типа стяжки), для которого, пользуясь методикой расчета, изложенной в предыдущем параграфе, можно определить величину коэффициента концентрации. Рассматриваемое резьбовое соединение шпилька—корпус имеет существенную особенность, проявляющуюся во взаимном влиянии соседних шпилек.