RM640—365—168TH型抽油機(jī)性能加載試驗(yàn)

摘要：RM640-365-168TH型游梁式抽油機(jī)是某廠為國(guó)外客戶定制的新型抽油機(jī)，其結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)抽油機(jī)機(jī)型有較大的差異，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的先進(jìn)性和可靠性，對(duì)其進(jìn)行了吊重加載型式試驗(yàn)，并對(duì)主要承載構(gòu)件進(jìn)行了應(yīng)變（應(yīng)力）測(cè)試和分析。結(jié)果表明：吊重法是檢測(cè)主要構(gòu)件極限載荷的有效手段;該抽油機(jī)主要構(gòu)件設(shè)計(jì)安全指標(biāo)和制造質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足大載荷、長(zhǎng)沖程、低扭矩的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：RM640-365-168TH抽油機(jī);型式試驗(yàn);應(yīng)變測(cè)試

RM640-365-168TH型抽油機(jī)是某企業(yè)為國(guó)外客戶設(shè)計(jì)、定制的出口機(jī)型。該抽油機(jī)國(guó)標(biāo)代號(hào)CYJY16-4.2-73HB（異相曲柄平衡型），與國(guó)標(biāo)[1]接近機(jī)型CYJY16-4.8-105，與API SPEC 11E[2]推薦機(jī)型最接近的是RM640-365-144，從結(jié)構(gòu)、配置和外形尺寸上（如圖1所示），均與在用機(jī)型有較大的差異，為了驗(yàn)證其設(shè)計(jì)指標(biāo)、制造質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，采用吊重試驗(yàn)的方法，進(jìn)行了型式試驗(yàn)和主要構(gòu)件的受力測(cè)試。測(cè)試分析表明，吊重試驗(yàn)與應(yīng)變測(cè)試可以滿足該機(jī)結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度（剛度）試驗(yàn)的要求，該抽油機(jī)設(shè)計(jì)指標(biāo)和加工制造質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)要求相符。

圖1 RM640-365-168TH型抽油機(jī)基本結(jié)構(gòu)

1.吊重型式試驗(yàn)分析

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定，整機(jī)型式試驗(yàn)方法進(jìn)行懸點(diǎn)吊重試驗(yàn)。該試驗(yàn)方法相當(dāng)于抽油機(jī)承受如圖2所示的懸點(diǎn)載荷，而抽油機(jī)實(shí)際工作時(shí)，懸點(diǎn)承受的載荷如圖3所示。對(duì)于如圖1所示的抽油機(jī)，在兩種載荷下，主要構(gòu)件的受力對(duì)比如圖4-7所示。從各圖可以看出：采用吊重的方法對(duì)抽油機(jī)進(jìn)行加載試驗(yàn)，除減速器的受力有所惡化外， 其余構(gòu)件基本上均經(jīng)受了相當(dāng)于工作時(shí)最大載荷的考驗(yàn)，可以有效考核構(gòu)件的剛度和靜強(qiáng)度，因此采用吊重試驗(yàn)的方法進(jìn)行型式試驗(yàn)和極限載荷的測(cè)試是一種可接受的型式試驗(yàn)方法[3]。但是，在吊重試驗(yàn)中抽油機(jī)在下沖程時(shí)減速箱承受較大的負(fù)扭矩，雙向大交變載荷對(duì)減速箱的損害較大，因此，吊重試驗(yàn)不能滿載、長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行。

圖2模擬吊重示功圖 ? ? ? ? ? ? 圖3 實(shí)際示功圖

圖4 實(shí)際示功圖時(shí)主要構(gòu)件的受力 ? ? ?圖5 吊重示功圖時(shí)主要構(gòu)件的受力

圖6 實(shí)際示功圖時(shí)減速箱力矩曲線 ? ?圖7 吊重示功圖時(shí)減速箱力矩曲線

2.試驗(yàn)的依據(jù)和主要設(shè)備

根據(jù)文獻(xiàn)[1] 的規(guī)定整機(jī)型式試驗(yàn)方法進(jìn)行懸點(diǎn)吊重試驗(yàn)，通過應(yīng)變儀測(cè)試主要構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)[4]。使用的主要裝備有：抽油機(jī)試驗(yàn)臺(tái)、AHAWA5661C型精密脈沖聲級(jí)計(jì)、SG404無線應(yīng)變儀、DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀、扭矩儀等。試驗(yàn)場(chǎng)地布局如圖8所示，應(yīng)變片的黏貼方式和位置如圖9所示。

圖8 試驗(yàn)場(chǎng)地主要布局圖

圖9 試驗(yàn)應(yīng)變片的黏貼位置和傳輸原理

3.試驗(yàn)參數(shù)選擇和實(shí)驗(yàn)步驟

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的要求，抽油機(jī)型式試驗(yàn)包括額定值試驗(yàn)和超額定值試驗(yàn)兩部分。為了減少對(duì)減速箱的損傷、保證構(gòu)件受力測(cè)試試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，整個(gè)試驗(yàn)分成兩大步驟。步驟一：抽油機(jī)的型式試驗(yàn);步驟二：抽油機(jī)主要構(gòu)件的應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)。

3.1 抽油機(jī)型式試驗(yàn)

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的要求，需進(jìn)行3個(gè)試驗(yàn)：

試驗(yàn)1：在抽油機(jī)設(shè)計(jì)最大沖程、最高沖次條件下，根據(jù)減速器扭矩達(dá)到或接近額定值的條件，選擇抽油機(jī)的懸點(diǎn)載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間50h試驗(yàn)。主要測(cè)量減速器軸承、油池的溫升、整機(jī)噪聲、支架振幅以及懸點(diǎn)投影，并觀察抽油機(jī)的運(yùn)行狀況。

試驗(yàn)2：在最大懸點(diǎn)載荷、最高沖次條件下，根據(jù)減速器扭矩達(dá)到或接近額定值的條件，選擇抽油機(jī)的允許的最大沖程，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間50h試驗(yàn)。此時(shí)各承載件均處于最大載荷工況下，可進(jìn)行應(yīng)力水平測(cè)試。

試驗(yàn)3：在試驗(yàn)2的基礎(chǔ)上增加懸點(diǎn)載荷、調(diào)整曲柄平衡力矩，進(jìn)行超額定值試驗(yàn)10min。

3.2 抽油機(jī)結(jié)構(gòu)件的受力狀況試驗(yàn)

在抽油機(jī)型式試驗(yàn)2的前期進(jìn)行。按照?qǐng)D9的測(cè)試布點(diǎn)和原理，粘貼應(yīng)變片、連接應(yīng)變儀。游梁置于水平位置，將對(duì)應(yīng)變儀調(diào)零，待零點(diǎn)穩(wěn)定后，啟動(dòng)抽油機(jī)，測(cè)試5-10個(gè)沖次，停機(jī)，使游梁處于水平位置，再測(cè)試1-2min，應(yīng)力測(cè)試完畢，拆除應(yīng)變測(cè)試儀，重新啟動(dòng)抽油機(jī)繼續(xù)運(yùn)行完成型式試驗(yàn)2的50h試驗(yàn)。應(yīng)力水平測(cè)試完整記錄抽油機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、停機(jī)的應(yīng)力（應(yīng)變）曲線，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，判斷抽油機(jī)設(shè)計(jì)和制造的水平。

4.試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 型式試驗(yàn)的結(jié)果

通過該抽油機(jī)型式試驗(yàn)的前后觀察，運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作正確、整機(jī)及部件無可見屈服變形和焊縫開裂現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。從表1可以看出，該抽油機(jī)的整機(jī)制造質(zhì)量，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[1]的要求。

表1型式試驗(yàn)的部分測(cè)試結(jié)果

輸入軸承溫升/最高溫度，℃ 輸出軸承溫升/最高溫度，℃ 油池溫升/最高溫度，℃ 噪聲，dB 支架橫振幅，mm 支架縱振幅，mm 懸點(diǎn)投影，mm

要求 40/70 40/70 15/70 87 6 7 28

結(jié)果 16/52 14/50 6/42 82 4 4 21

4.2 結(jié)構(gòu)件應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

抽油機(jī)主要結(jié)構(gòu)件測(cè)試應(yīng)力值與計(jì)算值的對(duì)比見表2所示，典型測(cè)點(diǎn)（支架）的動(dòng)態(tài)應(yīng)力譜曲線如圖10所示。由表2可知，該抽油機(jī)設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)安全系數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求（均大于3.3），且橫梁、連桿具有更高的安全性。由于在測(cè)試中未拆卸游梁，支架測(cè)試點(diǎn)未取得應(yīng)力零點(diǎn)，測(cè)試數(shù)據(jù)偏小，符合實(shí)際情況。連桿、橫梁中右側(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)大于左側(cè)，表明抽油機(jī)整體安裝稍偏右側(cè)，但偏離較小，在許可的范圍內(nèi)。

圖10支架的動(dòng)態(tài)應(yīng)力譜曲線 ? ? ? ? ?圖11 減速器凈扭矩對(duì)比

表2主要應(yīng)力測(cè)點(diǎn)應(yīng)力測(cè)量數(shù)

序號(hào) 測(cè)試點(diǎn)位置 最大應(yīng)變，μm 最大應(yīng)力，MPa 最大應(yīng)力理論值，MPa 設(shè)計(jì)安全系數(shù)

1 支架前腿 左前 -192.857 -40.5 43.5 約5.8

2 左后 -200.952 -42.2 43.5 約5.6

3 右前 -189.524 -39.8 43.5 約5.9

4 右后 -198.095 -41.6 43.5 約5.6

5 支架后腿 左前 -217.143 -45.6 48.4 約5.2

6 左后 -213.333 -44.8 48.4 約5.2

7 右前 -226.19 -47.5 48.4 約4.9

8 右后 -214.762 -45.1 48.4 約5.2

9 左連桿 前 198.5714 41.7 42.6 5.5

10 后 194.761 40.9 42.6 5.5

11 右連桿 前 207.619 43.6 42.6 5.5

12 后 196.667 41.3 42.6 5.5

13 游梁 左 339.523 71.3 69.8 3.4

14 右 326.190 68.5 69.8 3.4

15 橫梁 左 244.285 51.3 52.2 4.5

16 右 255.238 53.6 52.2 4.5

應(yīng)力測(cè)試值與理論計(jì)算值接近，且對(duì)稱測(cè)試點(diǎn)測(cè)試值一致性良好，測(cè)試結(jié)果可信度高，本測(cè)試方法滿足要求。

4.3 先進(jìn)性分析

該抽油機(jī)與相同機(jī)型普通游梁機(jī)在實(shí)際示功圖、額定載荷下的曲柄凈扭矩對(duì)比見圖11。試驗(yàn)抽油機(jī)曲柄凈扭矩峰值降低約20%，可降低電機(jī)裝機(jī)功率，基本消除負(fù)扭矩 ，該機(jī)型具有較好的節(jié)能效果。

5.結(jié)論

（ 1）RM640-365-168TH型抽油機(jī)主要構(gòu)件設(shè)計(jì)安全指標(biāo)和制造質(zhì)量符合文獻(xiàn)[1]的要求，該抽油機(jī)曲柄凈扭矩峰值較常規(guī)機(jī)型降低約20%，具有較好節(jié)能效果，滿足大載荷、長(zhǎng)沖程、低扭矩的設(shè)計(jì)要求。

（2）主要構(gòu)件應(yīng)力測(cè)試結(jié)果與理論值一致性良好，應(yīng)變測(cè)試法是抽油機(jī)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力水平、安全性測(cè)試驗(yàn)證的有效手段;

（3）本文給出的試驗(yàn)方法，可以滿足抽油機(jī)型式試驗(yàn)和主要承載構(gòu)件應(yīng)力測(cè)試的要求;

（4）吊重試驗(yàn)法減速器必然出現(xiàn)正負(fù)扭矩轉(zhuǎn)換，與抽油機(jī)實(shí)際工況不符，開發(fā)能夠模擬真實(shí)懸點(diǎn)示功圖的，經(jīng)濟(jì)、可靠的抽油機(jī)載荷試驗(yàn)裝置是解決此問題的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)：

[1GB/T 29021-2012.《石油天然氣工業(yè)游梁式抽油機(jī)》.

[2API SPEC 11E.《抽油機(jī)規(guī)范》.

[3]張慧文，綦耀光.抽油機(jī)型式試驗(yàn)方法分析[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，1991（3）：13-15.

[4]王立成，郭燈明等.CYJ2-1.6-3HY游梁平衡抽油機(jī)的應(yīng)力測(cè)試[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2007，4（29）：141-144.

作者簡(jiǎn)介：李風(fēng)，工程師，（1970-），現(xiàn)就職中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心，中國(guó)石油大學(xué)（華東）石工學(xué)院工程碩士在讀，從事石油機(jī)械產(chǎn)品檢測(cè)與研究工作。