任虎林(大慶油田工程建設(shè)有限公司)
游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置研制與應(yīng)用
任虎林(大慶油田工程建設(shè)有限公司)
在抽油機(jī)上安裝平衡塊時(shí)抽油機(jī)剎車(chē)裝置未完善,減速器剎車(chē)僅用兩個(gè)螺絲保證曲柄水平;在平衡塊安裝和調(diào)平過(guò)程中的錘擊、敲打會(huì)導(dǎo)致螺絲松動(dòng)、剎車(chē)失靈,曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生安全事故。因此,研制一種游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置,在安全上雙重保護(hù),增大抽油機(jī)安裝的安全冗余,通過(guò)驗(yàn)證使用達(dá)到了100%的安全。
游梁式抽油機(jī);剎車(chē)保險(xiǎn)裝置;研制;應(yīng)用
游梁式抽油機(jī)為油田最常用的采油設(shè)備,油田生產(chǎn)每年都會(huì)安裝大批的游梁式抽油機(jī);但是在安裝游梁式抽油機(jī)的平衡塊時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安全事故。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),在安裝完減速箱和在曲柄裝置上安裝平衡塊的期間,抽油機(jī)剎車(chē)裝置未安裝完善。減速器主動(dòng)軸端的剎車(chē)僅僅只用抽油機(jī)廠家提供的螺絲卡住來(lái)保證“曲柄處于水平位置”[1];然而,在平衡塊的安裝和調(diào)平過(guò)程中需兩名安裝工在曲柄上進(jìn)行錘擊、敲打等,這些振動(dòng)極有可能導(dǎo)致螺絲松動(dòng),使剎車(chē)失靈,曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生安全事故。
為保證吊裝平衡塊的“施工質(zhì)量”[2]和“安全”[3],參考“抽油機(jī)剎車(chē)裝置故障分析及解決方案”[4]及“游梁式抽油機(jī)剎車(chē)鎖止裝置”[5],研制了游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置。在曲柄處于水平位置、廠家提供螺絲卡住剎車(chē)的同時(shí),使用游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置保證剎車(chē)爪頭直接與剎車(chē)輪鎖死,安全上雙重保護(hù),達(dá)到100%的安全。
對(duì)游梁式抽油機(jī)安裝情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn),在曲柄裝置上安裝平衡塊,首先需保證“曲柄處于水平位置”。原施工方法是用抽油機(jī)廠家提供的兩個(gè)螺絲卡住剎車(chē)。
此施工作業(yè)方法存在以下問(wèn)題:
1)存在較大安全隱患。因?yàn)樵谇系腻N擊、敲打等振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致剎車(chē)緊固螺絲松動(dòng),使剎車(chē)失靈,曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生安全事故。
2)降低安裝質(zhì)量和施工效率。易出現(xiàn)施工的地方,安裝工會(huì)顯得畏手畏腳,錘擊的力度跟不上,降低安裝質(zhì)量和施工效率。
3)施工將造成機(jī)械臺(tái)班浪費(fèi)。有安裝工提出安裝平衡塊時(shí)增加1臺(tái)履帶吊穩(wěn)住曲柄的施工措施,加大機(jī)械投入,在保證安全的同時(shí)造成機(jī)械浪費(fèi)。
4)一出事故必是人員傷亡,使生產(chǎn)單位造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。
為保證游梁式抽油機(jī)施工安全,特研制游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置。
此裝置由以下三部分組成:◇下部為托體部分,主要用鋼筋或鋼板制作;◇中間起支撐作用,為上下部分連接,用鋼板或螺栓本身;
◇上部為1套螺栓螺母,通過(guò)緊固螺栓使爪頭將剎車(chē)輪鎖死。
制作游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置要求“整體設(shè)計(jì)小巧、多樣化,制作方便,便于攜帶,操作簡(jiǎn)單”[6]。
在曲柄處于水平位置時(shí),在螺絲卡住剎車(chē)的同時(shí),用游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置保證剎車(chē)爪頭直接與剎車(chē)輪鎖死,安全上雙重保護(hù),增大抽油機(jī)安裝的安全冗余(圖1)。
圖1 游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置工作原理
1)減速箱在地上未吊裝前就應(yīng)安裝好,只需要把保險(xiǎn)裝置卡在減速器的主動(dòng)軸端的剎車(chē)上,擰緊螺絲,在螺絲擠壓卡住剎車(chē)的同時(shí),用游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置保證剎車(chē)爪頭直接與剎車(chē)輪鎖死(圖2)。
圖2 現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)物
2)安裝游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置時(shí),擰緊螺栓,使剎車(chē)爪頭鎖死在剎車(chē)卡槽內(nèi),然后吊裝減速箱,此時(shí)曲柄為水平位置。履帶吊吊裝平衡塊,兩名安裝工安裝上側(cè)平衡塊進(jìn)行安裝調(diào)平。完成后在履帶吊配合下,擰松螺栓,拆掉游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置,解除剎車(chē),然后使曲柄旋轉(zhuǎn)180°,讓安裝完成的平衡塊轉(zhuǎn)到曲柄下側(cè)。曲柄水平后同理再次安裝游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置,安裝調(diào)平平衡塊,施工完成后拆除。
以10型抽油機(jī)為例,做一個(gè)簡(jiǎn)單“力學(xué)分析驗(yàn)算”[7]。由廠家提供的曲柄、平衡塊數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可知:平衡塊加曲柄的重力是78.72 kN,其重心到減速器軸承的距離為0.94 m;剎車(chē)輪半徑0.25 m,剎車(chē)銷(xiāo)之間距離0.01 m;減速器(圖3)齒輪半徑0.5 m;爪頭角度約15°,爪頭側(cè)面角度約5°(圖4)。齒輪摩擦為有益值,方便計(jì)算忽略不計(jì)。
圖3 減速器實(shí)物
表1 廠家提供的曲柄、平衡塊數(shù)據(jù)
圖4爪頭受力分析
圖4說(shuō)明:M為剎車(chē)輪對(duì)爪頭的推力的合力,N;Mx、My分別為M在x軸、y軸上的分力,N;F1為游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置對(duì)剎車(chē)輪的壓力,N;F2為爪頭受靜摩擦力,N。
由力矩平衡和力平衡求得M=5.92 kN;F1=520 N。
當(dāng)游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置施加的力F>F1×1.5(保險(xiǎn)系數(shù))=780 N時(shí),就能把剎車(chē)輪鎖死。
1)游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置,在“北III-2聯(lián)合站擴(kuò)建及系統(tǒng)工程”、“北III-1聯(lián)合站擴(kuò)建及系統(tǒng)工程”、“北III-7三元轉(zhuǎn)油放水站集油系統(tǒng)工程”等5項(xiàng)工程中的104臺(tái)游梁式抽油機(jī)中得到成功應(yīng)用,取得了良好的效果(表2)。
2)在104臺(tái)游梁式抽油機(jī)中使用剎車(chē)保險(xiǎn)裝置后,若按每臺(tái)抽油機(jī)節(jié)約履帶吊0.5個(gè)臺(tái)班,安裝效率提高20%計(jì)算,則共計(jì)節(jié)約費(fèi)用(人工費(fèi)2 686.5元,機(jī)械費(fèi)65 000元,材料費(fèi)忽略不計(jì))為67 686.5元。
表2 應(yīng)用剎車(chē)保險(xiǎn)裝置的游梁式抽油機(jī)數(shù)量
3)應(yīng)用了游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置后,未出現(xiàn)一起事故,安全效益相當(dāng)可觀。
游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置具有整體設(shè)計(jì)小巧、多樣化,制作方便,便于攜帶,操作簡(jiǎn)單,使用周轉(zhuǎn)次數(shù)多、安全等優(yōu)點(diǎn),完全滿足游梁式抽油機(jī)平衡塊“施工質(zhì)量驗(yàn)收要求”,也得到項(xiàng)目部及安裝班組的一致認(rèn)可,現(xiàn)已作為抽油機(jī)必備工具之一。在安全管理越來(lái)越重視的大環(huán)境下,游梁式抽油機(jī)剎車(chē)保險(xiǎn)裝置將具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[1]中國(guó)石油大港油田油氣開(kāi)發(fā)事業(yè)部.抽油機(jī)安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范:SY/T 0408—2000[S].北京:石油工業(yè)出版社,2000:1-21.
[2]石油工程建設(shè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì).石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范設(shè)備安裝工程:SY 4201.1—2007[S].北京:石油工業(yè)出版社,2007:1-18.
[3]中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所.建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范:JGJ 276—2012[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012:1-40.
[4]李偉,李紹奇,董宏宇.抽油機(jī)剎車(chē)裝置故障分析及解決方案[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(3):88-91.
[5]郭占林,吳春燕,何曉琴,等.游梁式抽油機(jī)剎車(chē)鎖止裝置的研制與應(yīng)用[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013(1):95-96.
[6]羅紅專.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016:85-105.
[7]康鋒.考慮摩擦的游梁式抽油機(jī)動(dòng)力學(xué)分析[D].西安:西安理工大學(xué),2008.
2017-05-12
(編輯 李發(fā)榮)
10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.011
任虎林,工程師,2007年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京),從事油田工程地面建設(shè)工作,E-mail:282235781@qq.com,地址:黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)世紀(jì)優(yōu)座7#-2-301,163000。