新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的研制與應(yīng)用

楊峰，顧明峰，李洪賓，曲成，吳瑞東，岳賀濤，常海鵬

（1.中國石油冀東油田分公司井下作業(yè)公司， 河北 唐山 063000）（2.鹽城工學(xué)院汽車工程學(xué)院， 江蘇 鹽城 224000）

閘板防噴器是帶壓作業(yè)裝置的核心部分之一，其主要功用是對井口環(huán)空及油管內(nèi)部有效密封[1-2]。為確保閘板防噴器能夠有效控制井內(nèi)壓力，須定期對其進行檢修、清洗作業(yè)，并更換上、下法蘭盤、膠芯等易損耗的功能部件[3]，以規(guī)避井噴事故發(fā)生。在檢修防噴器作業(yè)過程中，經(jīng)常需對其進行0～180°的翻轉(zhuǎn)[4]。然而，閘板防噴器規(guī)格種類繁多，且質(zhì)量普遍在2t以上，翻轉(zhuǎn)難度系數(shù)較大，人工勞動強度高[5]。此外，翻轉(zhuǎn)10t以上的大型防噴器至90°和180°兩種角度時，其易受慣性力沖擊引發(fā)主體側(cè)滑及吊車鋼繩脫落，極大威脅工人生命安全，并造成防噴器的損壞[6-7]。

鑒于此，本文通過對防噴器翻轉(zhuǎn)動作剖析，進一步對升降機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研制了一套新型高穩(wěn)定性的閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置[8]，并設(shè)計了遠程控制系統(tǒng)。

1 防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 結(jié)構(gòu)

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要由工作平臺、升降機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)等部分組成。其中升降機構(gòu)包括支撐平臺、液壓伸縮油缸、旋轉(zhuǎn)支座等；翻轉(zhuǎn)機構(gòu)包括隨行支架、固定支架、回轉(zhuǎn)支架、翻轉(zhuǎn)馬達等。

1.2 工作原理

圖1 新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置采用四組規(guī)格相同的液壓伸縮油缸調(diào)節(jié)支撐平臺垂直位置，協(xié)同絲桿傳動調(diào)節(jié)隨行支架水平位移以實現(xiàn)防噴器精確定位和夾緊，并通過電機驅(qū)動回轉(zhuǎn)支架0～360°旋轉(zhuǎn)完成防噴器翻轉(zhuǎn)作業(yè)。其主要工作流程如圖2所示，采用吊車將閘板防噴器垂直放至支撐平臺頂部旋轉(zhuǎn)支座上，根據(jù)防噴器規(guī)格完成下法蘭與限位槽的軸向配合及水平位置調(diào)節(jié)，并通過液控系統(tǒng)調(diào)節(jié)支撐平臺高度，使其上升至回轉(zhuǎn)支架中心位置。定位完成后，通過電控系統(tǒng)開啟調(diào)距馬達1，驅(qū)動升降機構(gòu)和隨行支架通過絲桿傳動沿軌道水平位移至固定支架側(cè)，以實現(xiàn)固定端缸頭線配合。此外，通過調(diào)距馬達2調(diào)節(jié)隨行支架水平位移至升降機構(gòu)側(cè)，以實現(xiàn)移動端缸頭配合。夾持動作完成后，四組液壓伸縮油缸同步運動帶動支撐平臺下降至初始高度，并通過翻轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)以達到閘板防噴器翻轉(zhuǎn)的目的。

圖2 閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置工作流程圖

1.3 技術(shù)參數(shù)

新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的主要技術(shù)參數(shù)如下：

(1)翻轉(zhuǎn)馬達最大翻轉(zhuǎn)力矩：15000Nm；

(2)支撐平臺起升高度：300mm；

(3)工作平臺運送距離：900mm；

(4)系統(tǒng)額定壓力：16MPa；.

(5)系統(tǒng)工作壓力：10MPa；

(6)馬達：380V-15kW；

(7)防噴器翻轉(zhuǎn)停位角度：0～360°。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 升降機構(gòu)

升降機構(gòu)是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的重要組成部分之一，其主要用于調(diào)節(jié)防噴器垂直方向位移。該機構(gòu)由旋轉(zhuǎn)支座、銷軸、支撐平臺、液壓伸縮油缸和底座組成，底座安裝在工作平臺滑動軌道上并通過絲桿分別與固定支架和移動支架相連，液壓伸縮油缸固定在支撐平臺和底座之間。其中，旋轉(zhuǎn)支座是精確調(diào)節(jié)閘板防噴器位置的關(guān)鍵部件，如圖3所示，其上殼體表面設(shè)有限位槽用于多種型號防噴器下法蘭安全吊放及固定，下殼體通過銷軸固定在支撐平臺上，上殼體和下殼體間內(nèi)置推力球軸承用于調(diào)節(jié)防噴器水平方向角度。在作業(yè)過程中，由液控系統(tǒng)提供工作壓力，液壓伸縮油缸有效工作行程為300mm，能夠滿足不同型號閘板防噴器的平穩(wěn)升降工作。

圖3 旋轉(zhuǎn)支座實物圖

2.2 翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

翻轉(zhuǎn)機構(gòu)是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的核心部位，該機構(gòu)由夾持組件和翻轉(zhuǎn)組件構(gòu)成。其中，夾持組件包括隨行支架、固定支架、調(diào)距馬達和絲桿，翻轉(zhuǎn)組件包括回轉(zhuǎn)支架、卡套接頭、卡套、卡套中心距調(diào)節(jié)桿和翻轉(zhuǎn)馬達?；剞D(zhuǎn)支架規(guī)定在固定支架和隨行支架頂端，如圖4所示，兩組卡套接頭通過卡套中心距調(diào)節(jié)桿固定在回轉(zhuǎn)支架上，根據(jù)閘板防噴器規(guī)格更換相應(yīng)的卡套并根據(jù)杠頭距離調(diào)節(jié)卡套的中心距。隨行支架安裝在工作平臺滑動軌道上，通過調(diào)距馬達驅(qū)動絲桿傳動實現(xiàn)水平方向位移并以卡套為承力點將防噴器懸掛，卡套內(nèi)部為錐形孔與防噴器缸頭進行線接觸配合以減輕磨損。

圖4 回轉(zhuǎn)支架結(jié)構(gòu)示意圖

翻轉(zhuǎn)馬達是閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置的主要動力來源，其作業(yè)質(zhì)量的好壞直接影響整套裝置的工作性能及安全性能?？紤]到閘板防噴器質(zhì)量普遍較大，為確保防噴器翻轉(zhuǎn)過程的平穩(wěn)性和安全性，本裝置將翻轉(zhuǎn)馬達輸出軸、回轉(zhuǎn)支架旋轉(zhuǎn)中心及防噴器質(zhì)心置于同一軸心線上，以減小回轉(zhuǎn)半徑從而降低轉(zhuǎn)動慣性力對回轉(zhuǎn)支架的沖擊。同時為滿足防噴器任意角度的停頓，翻轉(zhuǎn)馬達配備制動迅速、安全可靠的制動器，以避免斷電時帶來的安全隱患。

1.2 方法 兩組孕婦均定期到紹興市婦幼保健院實施常規(guī)性的孕期檢查。基礎(chǔ)檢查包括心電圖、血尿常規(guī)、肝腎功能、血糖等。常規(guī)產(chǎn)前檢查包括胎兒監(jiān)護、產(chǎn)前診斷篩查等內(nèi)容。觀察組在常規(guī)檢查的基礎(chǔ)上，實施步行鍛煉，即在陪護人員的陪同下，于餐后1 h進行步行運動，每次運動時間至少1 h，每周運動5次以上，運動時間截止至分娩前1 d。在運動中，出現(xiàn)呼吸急促、心慌氣短、子宮疼痛、陰道流血等情況應(yīng)立即就醫(yī)。對照組進行常規(guī)檢查，運動情況自行把握。

2.3 控制系統(tǒng)

閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置設(shè)有獨立的控制平臺，控制箱采用液控系統(tǒng)和電控系統(tǒng)混合控制。其中，液控系統(tǒng)選用齒輪泵為動力源，控制支撐平臺的升降，工作臺顯示液壓伸縮油缸實時工作壓力并可根據(jù)防噴器規(guī)格設(shè)定不同的壓力值，有效地避免因壓力不足或過高對回轉(zhuǎn)機構(gòu)的損壞；電控系統(tǒng)通過控制馬達的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)防噴器的夾持作業(yè)和翻轉(zhuǎn)作業(yè)。整套裝置通過控制箱進行遠程控制，極大地保證了翻轉(zhuǎn)防噴器作業(yè)過程的安全性，控制箱對各執(zhí)行元件的動作命令如表1所示。

表1 系統(tǒng)動作命令流程表

3 現(xiàn)場應(yīng)用

如圖5所示，新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置已應(yīng)用于冀東油田井控車間維修現(xiàn)場，并針對不同型號閘板防噴器共計完成2300余次翻轉(zhuǎn)作業(yè)，成功率達100%。其在作業(yè)過程中，升降機構(gòu)能夠安全有效地完成防噴器高度調(diào)節(jié)，且翻轉(zhuǎn)機構(gòu)能夠在1min內(nèi)實現(xiàn)0～360°之間的任意角度翻轉(zhuǎn)。

圖5 裝置現(xiàn)場應(yīng)用圖

經(jīng)江蘇省機械研究設(shè)計院有限責(zé)任公司機械檢測中心的檢測，新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置各項指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)已經(jīng)開始在鹽城市金巨石油機械制造有限公司批量成產(chǎn)，實物如圖6所示。

圖6 新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置實物圖

4 結(jié)論

(1)研制的新型閘板防噴器翻轉(zhuǎn)裝置采用旋轉(zhuǎn)支座限位槽及卡套中心距調(diào)節(jié)組件的設(shè)計，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備通用性差的不足，并通過液控與電控系統(tǒng)的結(jié)合實現(xiàn)了升降機構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的協(xié)同作業(yè)，由控制平臺遠程操作實現(xiàn)了對閘板防噴器任意角度的停位翻轉(zhuǎn)。

(2)該裝置已應(yīng)用于冀東油田井控車間維修現(xiàn)場，其應(yīng)用結(jié)果表明該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、操作簡便。且翻轉(zhuǎn)過程精準(zhǔn)穩(wěn)定、安全可靠，可適用于不同型號閘板防噴器的翻轉(zhuǎn)作業(yè)，大大提高了翻轉(zhuǎn)效率。其具有良好的經(jīng)濟和社會效益，且應(yīng)用前景廣闊。

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