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。
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。
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]。
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
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。
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。
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。
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。