升沉補償裝置天車導向輪支座的加工工藝

□ 王振德 □ 周曉軍 □ 楊 琨 □ 邊小玲 □ 何俊杰

1.寶雞石油機械有限責任公司 陜西寶雞 721002 2.中油國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司 陜西寶雞 721002

1 升沉補償裝置概況

深水浮式鉆井補償系統(tǒng)是浮式石油鉆井平臺必備的關鍵裝備,也是海洋深水油氣生產系統(tǒng)的關鍵裝備,采用經濟、有效開發(fā)海洋深水及邊際油氣田的關鍵技術,其性能的優(yōu)劣直接影響海洋石油開發(fā)能否順利進行[1-2]。浮式補償技術具有高技術、高風險、高投入等特點[3],長期以來被西方少數(shù)幾個國家所壟斷,我國仍處于空白狀態(tài)。由此可見,開發(fā)具有自主知識產權的補償裝置[4]對保障我國油氣資源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

升沉補償裝置是為適應海洋環(huán)境進行深水鉆探作業(yè)而研制的一種新型產品。浮式鉆井平臺在波浪的作用下,會產生周期性升沉運動[5],影響海底鉆壓,縮短鉆頭和鉆桿的壽命,造成巨大經濟損失。應用升沉補償裝置,可以減小鉆頭與井底的相對運動,保證鉆壓穩(wěn)定,進而保證平臺產生升沉運動時持續(xù)鉆進,提高鉆井效率[6]。在進行水下設備安裝作業(yè)過程中,還能夠精確定位,快速安裝,提高作業(yè)效率。

2 工件基本情況

升沉補償裝置天車導向輪支座如圖1所示,這一工件屬于組焊結構件,具備不規(guī)則空間結構?？譐、孔K及端面L1、L2之間具有空間形位要求,在加工時,如何保證左、右兩端孔J、孔K的尺寸公差,是問題的關鍵點[7]。

▲圖1 升沉補償裝置天車導向輪支座

3 加工難點

由圖1可見,孔J、孔K有嚴格的尺寸精度要求,孔K兩耳板之間有同軸度要求,孔J中心和孔K整體中心有距離和角度要求,且孔K和工件整體中心有對稱度要求?？譐、孔K有空間位置關系要求,中心線之間有夾角,高度不同。由于孔J、孔K對稱中心不重合,整個工件沒有直接可利用的整體加工中心,因此在加工孔J、孔K時沒有直接的定位基準和加工基準,L1和L2尺寸在加工時無法保證。

鑒于以上原因,存在的加工難點是:加工完孔K后,再加工孔J和L1端面時,工件或工作臺必須轉動角度,這時,原先設定的機床加工基準位置就會發(fā)生變動,原先已經設定的基準坐標無法用作繼續(xù)加工的基準坐標,從而就無法保證孔J及相關L1端面間的形位精度要求?？梢?要達到設計的精度要求,必須解決加工時基準統(tǒng)一的問題[8-9]。

4 技術方案

工藝支撐和工藝板如圖2所示。在升沉補償裝置天車導向輪支座組焊時,增加工藝支撐和工藝板。增加工藝支撐,能夠提高焊接時的剛性,有效減小焊接變形[10],同時方便工件裝夾。工藝支撐還可以在整體劃線時保證各基準線的連續(xù)性,利于找正。增加工藝板,可以將各孔及端面間的關系統(tǒng)一至工藝基準孔,雖然加工不同部位時工藝基準孔的位置隨工件轉動而發(fā)生改變,但是只要重新找正工藝板上的工藝孔,就能保證工件轉動前后基準的統(tǒng)一。這一方法操作簡單、方便,降低了生產成本,同時滿足了加工過程中對基準的要求。增加工藝支撐和工藝板,有效保證了工件尺寸、形位公差的加工要求,提高了生產效率和關鍵工序的合格率。

▲圖2 工藝支撐和工藝板

5 工藝過程

組焊時,在圖2所示位置焊接工藝支撐和工藝板。焊接后對工件進行時效處理,以消除工件內部焊接應力。進行表面噴丸處理,去除表面氧化皮。

將工件水平放置在劃線平臺上,進行整體劃線。劃線時留出各部分余量,劃出整體中心線和水平找正線,劃出工藝板上的工藝孔加工線,并劃出其余部分的加工線。

將工件平放于數(shù)控鏜銑床回轉工作臺上,主視圖右端面正對主軸,找正水平線和整體中心線,在適當位置墊實壓緊。按所劃工藝孔加工線先鉆再鏜,完成工藝孔加工。工藝孔直徑應盡量大些,以利于后續(xù)加工找正。同時將工藝板上平面和一側面銑光,用作后續(xù)找正基準。

以已加工的工藝孔為找正基準,操作數(shù)控鏜銑床,記錄水平坐標,加工主視圖右端耳板端面及孔K。

轉動工作臺95°,此時工件基準位置發(fā)生改變,必須以工藝孔重新嚴格找正,以保證整個加工中各個加工部位基準的統(tǒng)一和一致性。以重新找正的工藝孔為基準,操作數(shù)控鏜銑床,鏜孔J,并按已銑工藝板側面對刀,銑刮主視圖左端L7尺寸,保證對稱度要求。

6 結束語

通過采取增加工藝支撐和工藝板的方法,提高了升沉補償裝置天車導向輪支座的剛性,防止焊接和加工時產生變形。在左邊一組孔系處增加工藝板,將這一孔系的虛擬中心轉換為工藝板上的工藝孔中心,加工出工藝孔和端面,以工藝孔中心和端面為基準,作為整個孔系和相關端面加工的統(tǒng)一基準,解決了不規(guī)則結構件上具有空間位置精度要求的孔系和端面加工中的基準統(tǒng)一問題,有利于結構的穩(wěn)定性,保證了各加工件的尺寸精度和各部位的形位精度要求。所介紹的加工工藝為類似結構產品的加工提供了一種新方法。