作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)問題調(diào)查與技改

孫永彥

(中國石化勝利油田分公司濱南采油廠，山東濱州 256600)

油田井下作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)主要有液壓泵及驅(qū)動(dòng)裝置、管路流程、油箱、液壓管鉗等組成，見圖1。系統(tǒng)依靠作業(yè)機(jī)的動(dòng)力實(shí)現(xiàn)上卸管桿絲扣的功能。為解決系統(tǒng)存在的無效運(yùn)轉(zhuǎn)、液壓動(dòng)力鉗傷人等問題，本文從運(yùn)用規(guī)范的調(diào)查原理與方法[1]對(duì)液壓系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究，對(duì)液壓系統(tǒng)實(shí)施隨機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)改造，前后效果比較等方面，進(jìn)行技改安全環(huán)保效果的闡述。

1 調(diào)查研究

先后多次采用觀察、詢問、走訪的方法，與37個(gè)大小修作業(yè)現(xiàn)場和53位操作人員、管理干部等進(jìn)行了交流探討，并設(shè)計(jì)了《起下管桿液壓系統(tǒng)情況調(diào)查表》、《發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間調(diào)查表》，采用抽樣和典型調(diào)查的方式，對(duì)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)查。從施工工況的代表性出發(fā)，分別在兩個(gè)礦區(qū)各選一口有代表性的小修施工作業(yè)井。為既減少調(diào)查工作量又保證調(diào)查的真實(shí)性、科學(xué)性、代表性，對(duì)起下管柱的調(diào)查采用連續(xù)測量20根取其平均值，再乘以總根數(shù)的時(shí)段抽樣調(diào)查方法。對(duì)該井的其它施工工序(發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn))的調(diào)查以現(xiàn)場實(shí)際測量加經(jīng)驗(yàn)(以正常情況為參考)修正的方法進(jìn)行調(diào)查。對(duì)于小修作業(yè)施工的情況取2口井的平均值。大修作業(yè)井以實(shí)際測量加經(jīng)驗(yàn)修正后的值。

按照調(diào)查設(shè)計(jì)，組織2個(gè)小修作業(yè)隊(duì)分別在2口作業(yè)井實(shí)施了現(xiàn)場調(diào)查。結(jié)果見表1、2。對(duì)作業(yè)機(jī)現(xiàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)、標(biāo)定轉(zhuǎn)速、燃油消耗率，液壓泵標(biāo)定排量、壓力、轉(zhuǎn)速等功能參數(shù)進(jìn)行了調(diào)查。

由于現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)液壓泵與液壓管鉗的有效聯(lián)動(dòng)，造成如下問題。

a)液壓泵平均無效工作時(shí)率：小修作業(yè)為93.2%。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)及液壓系統(tǒng)無效功耗情況調(diào)查

表2 作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)現(xiàn)場使用情況調(diào)查

b)液壓泵無效工作時(shí)系統(tǒng)平均壓力：小修作業(yè)為1.613 MPa。

c)每臺(tái)液壓泵無效工作時(shí)平均消耗功率：小修作業(yè)為4.29 kW。

從資料的搜集、現(xiàn)有技術(shù)的查找和液壓系統(tǒng)存在問題的嚴(yán)重性看，對(duì)作業(yè)機(jī)現(xiàn)液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造很有必要、也具有可行性。

2 改造及分析

2.1 原結(jié)構(gòu)分析

2.1.1使用情況

在作業(yè)機(jī)工作起下管桿的過程中需發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)不斷的工作，液壓管鉗也需間歇性連續(xù)上下管桿絲扣，液壓泵一直隨發(fā)動(dòng)機(jī)帶壓運(yùn)轉(zhuǎn)，也就是在起下管桿的作業(yè)過程中，不論是液壓管鉗需要?jiǎng)恿τ凸ぷ髋c否，由于液壓泵始終運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)處于帶壓無效循環(huán)狀態(tài)。存在的問題：一是始終存在液壓管鉗因誤操作運(yùn)轉(zhuǎn)而傷人的風(fēng)險(xiǎn)；二是液壓系統(tǒng)存在90%以上的時(shí)間無效帶壓運(yùn)行，造成大量的無效功耗，增加燃油消耗；三是因液壓循環(huán)消耗功率，使正常起下管桿作業(yè)動(dòng)力變差，工作效率降低，機(jī)械磨損加劇等。

2.1.2結(jié)構(gòu)情況

原作業(yè)機(jī)液壓泵驅(qū)動(dòng)方式是由變速器動(dòng)力輸出端1通過手動(dòng)齒套離合器2、驅(qū)動(dòng)液壓泵3工作，通過液壓管路至液壓油管鉗手動(dòng)換向閥6實(shí)現(xiàn)液壓油管鉗7的工作。設(shè)計(jì)中忽視了關(guān)鍵的液壓油管鉗手動(dòng)開關(guān)(換向閥6)與手動(dòng)齒套離合器2的隨機(jī)聯(lián)動(dòng)，見圖1。

圖1 作業(yè)機(jī)原液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意1—變速器動(dòng)力輸出端；2—手動(dòng)齒套離合器；3—液壓泵；4—液壓油箱；5—溢流閥；6—管鉗操縱閥；7—液壓馬達(dá)(管鉗)

2.2 改造設(shè)計(jì)

2.2.1系統(tǒng)特構(gòu)

改造后結(jié)構(gòu)見圖2，其驅(qū)動(dòng)方式：選用電磁離合器9取代手動(dòng)齒套離合器2，其隨動(dòng)控制開關(guān)安裝在液壓油管鉗操縱閥14適當(dāng)位置，通過電路16與電磁離合器9連接，實(shí)現(xiàn)隨機(jī)離合，從而實(shí)現(xiàn)液壓泵10與執(zhí)行元件液壓管鉗15工作時(shí)的隨機(jī)聯(lián)動(dòng)。

圖2 新作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意8—?jiǎng)恿敵龆耍?—電磁離合器；10—液壓泵；12—液壓油箱；13—溢流閥；14—液壓油管鉗操縱閥及隨動(dòng)控制開關(guān)；15—液壓馬達(dá)(液壓管鉗)；16—控制電路

2.2.2工作原理

當(dāng)需要使用液壓管鉗15時(shí)，推動(dòng)液壓管鉗的

操縱閥14，同時(shí)帶動(dòng)隨動(dòng)控制開關(guān)即刻指示電磁離合器9結(jié)合，液壓泵10隨即工作向液壓油管鉗15提供液壓動(dòng)力。當(dāng)不需要使用液壓油管鉗15時(shí)，推動(dòng)液壓油管鉗15的操縱閥14的同時(shí)，帶動(dòng)隨動(dòng)控制開關(guān)使電磁離合器9分離，液壓泵10隨即停止工作，從而達(dá)到液壓管鉗15、電磁離合器9和液壓泵10之間隨機(jī)聯(lián)動(dòng)的目的。

2.2.3改造前后對(duì)比(表3)

2.3 改造分析

按照改造設(shè)計(jì)，組織了作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)技術(shù)改造的工業(yè)性試驗(yàn)，以及效果測試分析，證明了調(diào)查的客觀性、科學(xué)性和改造的可行性。我們?cè)趲讉€(gè)作業(yè)隊(duì)進(jìn)行了現(xiàn)場安裝使用和測試分析。

表3 作業(yè)機(jī)新、老液壓系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

2.3.1經(jīng)濟(jì)性分析

將以往43臺(tái)通井機(jī)(小修機(jī))、8臺(tái)修井機(jī)(大修機(jī))的年合計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和相關(guān)消耗與改造后的14臺(tái)測試情況進(jìn)行比較分析。證明了改造的可行性、經(jīng)濟(jì)性(單臺(tái)作業(yè)機(jī)年可節(jié)約費(fèi)用1.2萬元以上)，見表4。

表4 液壓系統(tǒng)改造直接效益(每臺(tái)車年平均)

2.3.2工效分析

現(xiàn)場工作效率與作業(yè)機(jī)的動(dòng)力性有直接關(guān)系。由于改造后直接用于起下管桿的功率增加，直接反映在工作時(shí)間縮短。以參加測試的作業(yè)井施工時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行計(jì)算。不使用原系統(tǒng)所用施工時(shí)間261 min，使用新系統(tǒng)所用施工時(shí)間240 min。使用改造后的液壓系統(tǒng)系統(tǒng)比不使用縮短工作時(shí)間21 min?？紤]使用時(shí)的工況條件，再減去1 min,即：使用新系統(tǒng)縮短工作時(shí)間20 min，提高工效7.7%。

2.3.3燃油消耗分析

由于作業(yè)機(jī)工作期間發(fā)動(dòng)機(jī)用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)的功率普遍減少，進(jìn)而減少了燃油的消耗。對(duì)此進(jìn)行了6個(gè)月跟蹤測試統(tǒng)計(jì)。實(shí)際效果統(tǒng)計(jì)見表5。單機(jī)年減少柴油無效消耗2.01 t。

3 安全環(huán)保效果分析

3.1 現(xiàn)場安全效果

a)液壓管鉗安全性提高。通過液壓泵隨機(jī)驅(qū)動(dòng)的技術(shù)改造，使作業(yè)機(jī)工作90%以上的時(shí)間，液壓系統(tǒng)處于非工作狀態(tài)，無工作壓力存在，極大地提高了液壓管鉗的使用安全性，從根本上消除了現(xiàn)場液壓管鉗因誤操作而傷人的設(shè)備本質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

b)現(xiàn)場工人行為安全性得到改善。由于作業(yè)機(jī)動(dòng)力性增強(qiáng)使工作效率提高，改善了現(xiàn)場工人的工作心理情緒，使操作更能準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了現(xiàn)場工作的安全性。

3.2 環(huán)境保護(hù)效果

根據(jù)資料[3]顯示，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒廢氣主要環(huán)境污染物排放值是分別為：二氧化碳(溫室氣體)3 226 kg/t、煙塵顆粒2.1 kg/t、氮氧化物(僅以NO2計(jì))7.3 kg/t、二氧化硫11.8 kg/t。改造后作業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)單臺(tái)減少無效柴油燃燒2.01 t，按目前勝利油田區(qū)域使用作業(yè)機(jī)560余臺(tái)預(yù)測，改造后年可減少無效柴油燃燒1 125.6 t。

表5 液壓系統(tǒng)隨機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置安裝前后(柴油消耗)效果對(duì)比

年減少主要環(huán)境污染物排放：無法捕集二氧化碳：3631.2 t；煙塵顆粒：2.364 t；氮氧化物：8.217 t；二氧化硫：13.282 t。

4 結(jié)論及展望

經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)范的調(diào)查分析，證明了現(xiàn)有液壓系統(tǒng)存在問題的客觀性；找到了作業(yè)機(jī)液壓系統(tǒng)存在問題的癥結(jié)，實(shí)施了液壓泵隨機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)改造；通過現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)測計(jì)算分析，驗(yàn)證了此項(xiàng)技術(shù)改造的可行性、必要性、價(jià)值性，對(duì)全油田應(yīng)用的減排環(huán)保效果進(jìn)行預(yù)測。隨著此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步完善，推廣于更大范圍類似礦場機(jī)械的液壓系統(tǒng)，必將產(chǎn)生更大的安全環(huán)保效益。

[1] 周德民，廖益光，曾崗.社會(huì)調(diào)查原理與方法[M].湖南：中南大學(xué)出版社，2012.

[2] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版第3卷、第4卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3] 國家環(huán)境保護(hù)總局監(jiān)督管理司.中國環(huán)境影響評(píng)價(jià)培訓(xùn)教材[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.