游梁式抽油機曲柄剪刀差檢測方法研究

楊紅兵，閆凱，衛(wèi)棟，田新新，韓華剛

（1.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院；2.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室，陜西 西安 710077）

游梁式抽油機曲柄剪刀差檢測方法研究

楊紅兵1,2，閆凱1,2，衛(wèi)棟1,2，田新新1,2，韓華剛1,2

（1.中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院；2.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國家重點實驗室，陜西 西安 710077）

曲柄剪刀差是影響游梁式抽油機傳動系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)。本文分析了現(xiàn)有曲柄剪刀差檢測方法的優(yōu)缺點，提出一種能準(zhǔn)確檢測、操作簡單、實用性強的抽油機曲柄剪刀差檢測新方法，現(xiàn)場實踐表明應(yīng)用效果良好。

抽油機；曲柄剪刀差；檢測方法；

抽油機作為油田生產(chǎn)的重要設(shè)備，其整機平穩(wěn)性、可靠性和安全性是保證抽油機平穩(wěn)低耗高效運行的保障。曲柄是游梁式抽油機中將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動的重要部件，其質(zhì)量直接影響游梁式抽油機的整體性能。游梁式抽油機相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對抽油機曲柄剪刀差做了明確要求，制造廠也將其作為游梁式抽油機質(zhì)量檢驗的重要內(nèi)容。

國標(biāo)G B/T 29021-2012《石油天然氣工業(yè) 游梁式抽油機》中定義“兩曲柄剪刀差”為“距離旋轉(zhuǎn)中心最遠的兩曲柄銷孔中心線之間的距離”，但沒有規(guī)定具體的檢測方法。兩曲柄剪刀差檢測方法是否恰當(dāng)會直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性及檢測的實際應(yīng)用性。目前國內(nèi)抽油機生產(chǎn)廠采用的曲柄剪刀差檢測方法各異，通過分析現(xiàn)有剪刀差檢測方法，提出一種能準(zhǔn)確檢測、操作簡單、實用性強的抽油機曲柄剪刀差檢測方法，有利于游梁式抽油機的質(zhì)量控制與提升。

1 抽油機曲柄剪刀差檢測方法分析

根據(jù)G B/T 29021中兩曲柄剪刀差的定義，較難直接檢測“距離旋轉(zhuǎn)中心最遠的兩曲柄銷孔中心線之間的距離”，可采用間接方法進行檢測。目前國內(nèi)工廠多采用檢驗棒法測量曲柄剪刀差，也有人研究采用激光檢測儀進行曲柄剪刀差測量的方法。

1.1 采用檢驗棒法測量曲柄剪刀差

很多工廠采用借助檢驗棒檢驗的方法來檢測兩曲柄剪刀差，該方法在抽油機載滿載荷運轉(zhuǎn)后進行檢測。檢測步驟如下。首先，將檢驗棒穿入一側(cè)曲柄的孔中，然后在檢驗棒與減速器輸出軸上放置一塊平墊板，該平墊板需要相當(dāng)?shù)膭偠?；待平墊板穩(wěn)定后在其上放置框式水平儀，通過在平墊板與檢驗棒之間插入千分片進行檢測；用上述同樣的方法在另一側(cè)進行檢測，將兩側(cè)的檢測數(shù)據(jù)相比較，以最大值為“兩曲柄剪刀差”數(shù)值。如剪刀差值太大，利用可調(diào)支撐調(diào)整曲柄，使兩曲柄剪刀差在其允許范圍為止，檢測過程示意圖如圖1。

圖1 曲柄剪刀差檢測位置示意圖

這種方法通過在曲柄銷孔中插入檢驗棒，再通過平墊板建立起檢驗棒與減速箱輸出軸的連接，再通過水平儀來多重間接測量兩曲柄剪刀差，屬于多重間接測量。平墊板的剛度、平直度、水平儀的精度、塞尺的配合以及現(xiàn)場人員操作等都會增加測量誤差，最終影響檢測結(jié)果。

1.2 采用激光檢測儀進行測量

針對檢驗棒法存在的多重間接檢測以及各種因素影響檢測結(jié)果的情況，有人研究出一種剪刀差激光檢測儀（中國國家專利C N2 0 13249604 U）來進行剪刀差檢測。該剪刀差激光檢測儀由標(biāo)機和把機構(gòu)成，如圖2所示。左側(cè)部分為把機，安裝有刻度坐標(biāo)板。右側(cè)為標(biāo)機，按裝有激光筆。檢測前應(yīng)將兩個機座上激光筆和刻度坐標(biāo)在水平儀上進行校零。檢測時利用控制磁通的磁通開關(guān)使兩個原件牢固地吸附在曲柄的兩端，通過光標(biāo)筆指示的讀數(shù)可以得到數(shù)值，確定抽油機的曲柄剪刀差是否合格。

圖2 曲柄剪刀差激光檢測儀示意圖

這種儀器在理論上會提高檢測的精確性，但是檢測成本高，對操作人員素質(zhì)要求高，并且電子產(chǎn)品本身會帶來不穩(wěn)定的因素，影響生產(chǎn)檢驗，實際應(yīng)用性較低。

2 一種曲柄剪刀差檢測新方法

采用合適的檢測方法，對提高抽油機兩曲柄剪刀差測量準(zhǔn)確性和現(xiàn)場應(yīng)用性有重要意義和工程實際價值。分析現(xiàn)有檢測方法的優(yōu)缺點，提出一種曲柄剪刀差檢測新方法。該方法利用水平儀直接測量兩曲柄傾斜比，通過測量的傾斜比和曲柄銷孔中心與旋轉(zhuǎn)中心的距離來計算得到兩曲柄剪刀差。

具體檢測步驟：步驟一，抽油機整機負載試驗后，兩曲柄轉(zhuǎn)停至水平位置，分別測量出兩曲柄的傾斜比α和β；步驟二，將檢測出的所述傾斜比以及曲柄銷孔中心與旋轉(zhuǎn)中心的距離代入剪刀差計算公式得到抽油機兩曲柄剪刀差，計算見式1。

式中，α為一個曲柄傾斜比，β為另一個曲柄傾斜比。

檢測示意見圖3，其中J為兩曲柄剪刀差值， S為水平儀。曲柄尺寸示意見圖4，其中d為曲柄銷孔中心K 1與旋轉(zhuǎn)中心K 2的距離，A和B為兩曲柄的檢測平面。

圖3 兩曲柄剪刀差檢測示意圖

圖4 曲柄尺寸示意圖

在制造安裝于同一抽油機的兩曲柄的曲柄銷孔和旋轉(zhuǎn)中心孔時，一次加工出兩曲柄的所述檢測平面，保證兩曲柄的所述檢測平面在同一個平面上，并且與曲柄銷孔與旋轉(zhuǎn)中心孔之間的中心孔軸線平行?？刹捎门?、銑方式一次加工出兩曲柄的所述檢測平面。使用水平儀分別測量兩曲柄傾斜比，測量時只需要兩曲柄轉(zhuǎn)停在水平儀能夠測量的相對水平的位置即可，并不需要兩曲柄轉(zhuǎn)停在絕對水平的位置。

采用此方法對某臺C Y J 6-2.5-18 HY型抽油機兩曲柄剪刀差進行檢測。抽油機組裝并負載試驗后，調(diào)整曲柄轉(zhuǎn)停位置，大概保持曲柄檢測面處于水平位置。將水平儀放置于左曲柄檢測面A上，水平儀上主水準(zhǔn)泡的氣泡向左移動了51個刻度（該水平儀標(biāo)稱分度值為0.02 mm/m），測出左曲柄傾斜比然后將水平儀放置于右曲柄檢測面B上，水平儀上主水準(zhǔn)泡的氣泡向左移動了112個刻度，測出右曲柄傾斜比

從設(shè)計圖紙和曲柄加工中直接獲得曲柄銷孔中心和曲柄中心孔的距離即為曲柄銷孔中心與旋轉(zhuǎn)中心的距離d=0.65 m。將各數(shù)值代入兩曲柄剪刀差計算公式，計算出該臺C Y J 6-2.5-18 HY型抽油機兩曲柄剪刀差J為0.79 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

兩曲柄剪刀差是游梁式抽油機整機質(zhì)量性能的關(guān)鍵參數(shù)，準(zhǔn)確、高效的檢測出兩曲柄剪刀差參數(shù)是抽油機整機性能的保障。目前常用的檢測棒法存在多重間接測量帶來的較大誤差，而采用激光檢測儀的方法檢測成本高、儀器性能不穩(wěn)定。本文提出一種新的兩曲柄剪刀差檢測方法，減少了多重間接測量引入的誤差，人工操作少，降低了人員操作引入的誤差，提高了檢測準(zhǔn)確性?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，這種新的抽油機兩曲柄剪刀差檢測方法使用效果良好，實用性強。

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