任虎林（大慶油田工程建設(shè)有限公司）

游梁式抽油機剎車保險裝置研制與應(yīng)用

任虎林（大慶油田工程建設(shè)有限公司）

在抽油機上安裝平衡塊時抽油機剎車裝置未完善，減速器剎車僅用兩個螺絲保證曲柄水平；在平衡塊安裝和調(diào)平過程中的錘擊、敲打會導(dǎo)致螺絲松動、剎車失靈，曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動而發(fā)生安全事故。因此，研制一種游梁式抽油機剎車保險裝置，在安全上雙重保護(hù)，增大抽油機安裝的安全冗余，通過驗證使用達(dá)到了100%的安全。

游梁式抽油機；剎車保險裝置；研制；應(yīng)用

游梁式抽油機為油田最常用的采油設(shè)備，油田生產(chǎn)每年都會安裝大批的游梁式抽油機；但是在安裝游梁式抽油機的平衡塊時，經(jīng)常會出現(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，抽油機剎車裝置未安裝完善。減速器主動軸端的剎車僅僅只用抽油機廠家提供的螺絲卡住來保證“曲柄處于水平位置”[1]；然而，在平衡塊的安裝和調(diào)平過程中需兩名安裝工在曲柄上進(jìn)行錘擊、敲打等，這些振動極有可能導(dǎo)致螺絲松動，使剎車失靈，曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動而發(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“抽油機剎車裝置故障分析及解決方案”[4]及“游梁式抽油機剎車鎖止裝置”[5]，研制了游梁式抽油機剎車保險裝置。在曲柄處于水平位置、廠家提供螺絲卡住剎車的同時，使用游梁式抽油機剎車保險裝置保證剎車爪頭直接與剎車輪鎖死，安全上雙重保護(hù)，達(dá)到100%的安全。

1 原技術(shù)狀況

對游梁式抽油機安裝情況進(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廠家提供的兩個螺絲卡住剎車。

此施工作業(yè)方法存在以下問題：

1）存在較大安全隱患。因為在曲柄上的錘擊、敲打等振動會導(dǎo)致剎車緊固螺絲松動，使剎車失靈，曲柄裝置突然轉(zhuǎn)動而發(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）施工將造成機械臺班浪費。有安裝工提出安裝平衡塊時增加1臺履帶吊穩(wěn)住曲柄的施工措施，加大機械投入，在保證安全的同時造成機械浪費。

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施工安全，特研制游梁式抽油機剎車保險裝置。

2 抽油機剎車保險裝置

2.1 設(shè)計

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，通過緊固螺栓使爪頭將剎車輪鎖死。

制作游梁式抽油機剎車保險裝置要求“整體設(shè)計小巧、多樣化，制作方便，便于攜帶，操作簡單”[6]。

2.2 工作原理

在曲柄處于水平位置時，在螺絲卡住剎車的同時，用游梁式抽油機剎車保險裝置保證剎車爪頭直接與剎車輪鎖死，安全上雙重保護(hù)，增大抽油機安裝的安全冗余（圖1）。

圖1 游梁式抽油機剎車保險裝置工作原理

2.3 使用方法

1）減速箱在地上未吊裝前就應(yīng)安裝好，只需要把保險裝置卡在減速器的主動軸端的剎車上，擰緊螺絲，在螺絲擠壓卡住剎車的同時，用游梁式抽油機剎車保險裝置保證剎車爪頭直接與剎車輪鎖死（圖2）。

圖2 現(xiàn)場安裝實物

2）安裝游梁式抽油機剎車保險裝置時，擰緊螺栓，使剎車爪頭鎖死在剎車卡槽內(nèi)，然后吊裝減速箱，此時曲柄為水平位置。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，拆掉游梁式抽油機剎車保險裝置，解除剎車，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剎車保險裝置，安裝調(diào)平平衡塊，施工完成后拆除。

3 安全驗證

以10型抽油機為例，做一個簡單“力學(xué)分析驗算”[7]。由廠家提供的曲柄、平衡塊數(shù)據(jù)見表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；剎車輪半徑0.25 m，剎車銷之間距離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，方便計算忽略不計。

圖3 減速器實物

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說明：M為剎車輪對爪頭的推力的合力，N；Mx、My分別為M在x軸、y軸上的分力，N；F1為游梁式抽油機剎車保險裝置對剎車輪的壓力，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)游梁式抽油機剎車保險裝置施加的力F＞F1×1.5（保險系數(shù)）=780 N時，就能把剎車輪鎖死。

4 現(xiàn)場應(yīng)用及效益

1）游梁式抽油機剎車保險裝置，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項工程中的104臺游梁式抽油機中得到成功應(yīng)用，取得了良好的效果（表2）。

2）在104臺游梁式抽油機中使用剎車保險裝置后，若按每臺抽油機節(jié)約履帶吊0.5個臺班，安裝效率提高20%計算，則共計節(jié)約費用（人工費2 686.5元，機械費65 000元，材料費忽略不計）為67 686.5元。

表2 應(yīng)用剎車保險裝置的游梁式抽油機數(shù)量

3）應(yīng)用了游梁式抽油機剎車保險裝置后，未出現(xiàn)一起事故，安全效益相當(dāng)可觀。

5 結(jié)論

游梁式抽油機剎車保險裝置具有整體設(shè)計小巧、多樣化，制作方便，便于攜帶，操作簡單，使用周轉(zhuǎn)次數(shù)多、安全等優(yōu)點，完全滿足游梁式抽油機平衡塊“施工質(zhì)量驗收要求”，也得到項目部及安裝班組的一致認(rèn)可，現(xiàn)已作為抽油機必備工具之一。在安全管理越來越重視的大環(huán)境下，游梁式抽油機剎車保險裝置將具有很好的推廣應(yīng)用價值。

[1]中國石油大港油田油氣開發(fā)事業(yè)部.抽油機安裝工程施工及驗收規(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.石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗收規(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：中國建筑工業(yè)出版社，2012：1-40.

[4]李偉，李紹奇，董宏宇.抽油機剎車裝置故障分析及解決方案[J].石油礦場機械，2009，38（3）：88-91.

[5]郭占林，吳春燕，何曉琴，等.游梁式抽油機剎車鎖止裝置的研制與應(yīng)用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（1）：95-96.

[6]羅紅專.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2016：85-105.

[7]康鋒.考慮摩擦的游梁式抽油機動力學(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。