海洋石油162平臺(tái)樁腿齒條自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高連燁，穆勝軍，程 宇

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司 天津 300452)

0 引 言

海洋石油162平臺(tái)是具備試采、井口作業(yè)、熱采支持等功能的一體化平臺(tái)，采用四樁腿懸臂梁自升平臺(tái)型式，鋼質(zhì)非自航，適用于渤海灣最大水深40m內(nèi)(含天文潮和風(fēng)暴潮)作業(yè)。平臺(tái)主要由平臺(tái)主體、升降系統(tǒng)(電動(dòng)齒輪齒條型式)、樁腿等組成。

樁腿齒條是海洋石油162平臺(tái)的重點(diǎn)核心設(shè)備，須時(shí)刻處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，并合理而完善地對(duì)設(shè)備的摩擦點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑，控制摩擦，降低磨損，防止腐蝕，減少傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中消耗的能量，減少設(shè)備損壞與故障，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[1-2]。

針對(duì)目前齒條潤(rùn)滑是處于人工抹油潤(rùn)滑的現(xiàn)狀，展開(kāi)自動(dòng)潤(rùn)滑裝置設(shè)計(jì)研究，對(duì)各樁腿齒條增加自動(dòng)潤(rùn)滑裝置，提高設(shè)備自動(dòng)化水平。 輪齒條式升降裝置，每個(gè)樁腿共由4個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)8個(gè)小齒輪，每個(gè)電機(jī)一拖二驅(qū)動(dòng)2個(gè)小齒輪。其升降裝置主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 海洋石油162平臺(tái)電動(dòng)升降裝置 Fig.1 Electric lifting device of HYSY 162 platform

1 潤(rùn)滑點(diǎn)的確認(rèn)

海洋石油162平臺(tái)采用圓柱型樁腿，采用電動(dòng)齒

為便于對(duì)齒條充分潤(rùn)滑，在樁腿頂部齒條兩側(cè)設(shè)置2個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，對(duì)兩側(cè)的齒條進(jìn)行潤(rùn)滑；樁腿背面觀察孔設(shè)置4個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，對(duì)驅(qū)動(dòng)小齒輪進(jìn)行潤(rùn)滑，見(jiàn)圖2～4所示。

圖2 樁腿頂部齒條潤(rùn)滑點(diǎn)位置 Fig.2 Position of rack lubrication point at top of pile leg

圖3 樁腿背面4個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn) Fig.3 Four lubrication points on back of pile leg

圖4 樁腿背面安裝孔 Fig.4 Installation hole at back of pile leg

2 潤(rùn)滑消耗量的計(jì)算

潤(rùn)滑點(diǎn)的油脂消耗量大小主要受摩擦面的材質(zhì)、表面的平滑程度、運(yùn)轉(zhuǎn)條件(速度、旋轉(zhuǎn)數(shù)、負(fù)載、運(yùn)轉(zhuǎn)及周圍溫度等)、潤(rùn)滑劑種類、密封狀態(tài)等影響。通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算潤(rùn)滑脂的消耗量[3]。

本項(xiàng)目潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑脂消耗量計(jì)算如下：

小齒輪齒寬b＝160mm

小齒輪模數(shù)m＝101.6

齒輪齒數(shù)Z＝7

小齒輪的節(jié)圓直徑：

本項(xiàng)目中潤(rùn)滑副之間的結(jié)構(gòu)形式為齒輪齒條式摩擦，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)經(jīng)驗(yàn)公式，每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的潤(rùn)滑脂消耗量為：

1條樁腿的潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)量為N＝6，1條樁腿所需的潤(rùn)滑脂消耗量為：

通過(guò)以上計(jì)算可知，單樁腿潤(rùn)滑點(diǎn)消耗量至少為171mL/min。

3 潤(rùn)滑裝置形式的選擇

潤(rùn)滑系統(tǒng)按系統(tǒng)供油方式主要分為單線式和雙線式兩大類[4]，各自特征如表1所示。

表1 單線式和雙線式潤(rùn)滑系統(tǒng)主要特征 Tab.1 Main characteristics of single line and double line lubrication systems

本項(xiàng)目根據(jù)實(shí)船調(diào)研情況及上述表格分析，潤(rùn)滑形式采用單線式的潤(rùn)滑系統(tǒng)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用噴射閥噴射的方式對(duì)齒輪及摩擦面提供持久的油膜，可減小停機(jī)時(shí)間及降低維修費(fèi)用，提高設(shè)備使用壽命。

4 分配器的選擇

分配器是把潤(rùn)滑脂按照要求的數(shù)量、周期可靠地供送到摩擦副的潤(rùn)滑元件[5]。根據(jù)潤(rùn)滑類型及潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)選用6出口的分配器，分配器具體參數(shù)如表2所示，其外形如圖5所示。

表2 分配器具體參數(shù) Tab.2 Specific parameters of distributor

圖5 分配器外形圖 Fig.5 Outline drawing of distributor

根據(jù)潤(rùn)滑類型為了減少管路及集中安裝，分配器安裝在自動(dòng)潤(rùn)滑泵站內(nèi)部。分配器自帶出油管的卡套式接頭，直接現(xiàn)配管路即可。

5 潤(rùn)滑脂的選擇

在選擇潤(rùn)滑脂時(shí)以適合機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑為首要因素，其次是使集中潤(rùn)滑裝置能順利工作[6]。

潤(rùn)滑脂主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 潤(rùn)滑脂主要技術(shù)參數(shù) Tab.3 Main technical parameters of lubricating grease

6 潤(rùn)滑泵的選擇

電動(dòng)潤(rùn)滑泵(含電機(jī))的主要功能是為整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)輸出潤(rùn)滑脂[7]。

泵的輸出流量應(yīng)大于所有潤(rùn)滑點(diǎn)的總消耗量(171mL/min)，初步選用400mL/min的潤(rùn)滑泵，使其輸出有較大的富余量。泵額定壓力初步選用400bar(40MPa)，一般定義工作壓力為額定壓力的85%，需要對(duì)系統(tǒng)壓力損失進(jìn)行驗(yàn)算，使工作壓力有較大的富余量。其外形如圖6所示。

圖6 潤(rùn)滑泵外形圖 Fig.6 Outline drawing of lubrication pump

7 噴射閥的選擇

噴射閥的作用就是將電動(dòng)潤(rùn)滑泵輸送過(guò)來(lái)的潤(rùn)滑脂在壓縮空氣的作用下噴射到驅(qū)動(dòng)單元的表面上，以達(dá)到潤(rùn)滑效果。其安裝位置及安裝角度是否合適影響最終的潤(rùn)滑效果[8]。在選擇噴射閥時(shí)需考慮噴射閥的噴射距離、噴射直徑、用氣量及最大工作壓力等，見(jiàn)圖7。

圖7 噴射閥原理示意圖 Fig.7 Schematic diagram of injection valve

8 總體技術(shù)方案

該平臺(tái)4條樁腿，每條樁腿配備套1套自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)，共計(jì)4套潤(rùn)滑系統(tǒng)。每套潤(rùn)滑系統(tǒng)由潤(rùn)滑泵站、本地控制柜、噴射閥組件、管路及電纜附件等組成。本項(xiàng)目自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖8所示。

圖8 潤(rùn)滑系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案原理圖 Fig.8 Schematic diagram of lubrication system

通過(guò)確認(rèn)潤(rùn)滑點(diǎn)數(shù)量計(jì)算出每條樁腿的潤(rùn)滑脂消耗量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況選用單線噴射式潤(rùn)滑方式，合理選擇潤(rùn)滑系統(tǒng)的分配器、潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑泵、噴射閥等關(guān)鍵部件，確定自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)方案。該自動(dòng)潤(rùn)滑方案取代了目前人工抹油潤(rùn)滑的方案，提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，使用壽命長(zhǎng)[9]。■