張萬江,于勝存,陳國(guó)黨

(1.新疆第三機(jī)床廠,烏魯木齊830013;2.塔里木第三勘探公司機(jī)動(dòng)科,新疆庫(kù)爾勒841000)

游梁平衡式抽油機(jī)結(jié)構(gòu)件特點(diǎn)及焊接工藝

張萬江1,于勝存1,陳國(guó)黨2

(1.新疆第三機(jī)床廠,烏魯木齊830013;2.塔里木第三勘探公司機(jī)動(dòng)科,新疆庫(kù)爾勒841000)

雖然抽油機(jī)的產(chǎn)品類型很多,但游梁式抽油機(jī)型仍處于主導(dǎo)地位,其組成除曲柄裝置及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置外均為焊接結(jié)構(gòu)件。焊接工藝的制定和執(zhí)行直接關(guān)系到抽油機(jī)的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。闡述了游梁平衡式抽油機(jī)主要焊接件驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接工藝,可為相關(guān)制造企業(yè)提供參考。

抽油機(jī);焊接;工藝;流程

我國(guó)目前機(jī)械采油井的數(shù)量占油井總數(shù)的90%以上,其中由抽油機(jī)組成的抽油設(shè)備的抽油井占80%左右,采油量占總產(chǎn)量的75%以上。常規(guī)型游梁式抽油機(jī)是應(yīng)用時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用最多的機(jī)型[1]。我廠生產(chǎn)的抽油機(jī)主要是游梁平衡式抽油機(jī),為典型的四連桿機(jī)構(gòu),主要部件由驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架、曲柄裝置及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置等組成,除曲柄裝置及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置外,其他部件均為焊接結(jié)構(gòu)件,焊接工藝的制定和執(zhí)行直接關(guān)系到抽油機(jī)的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

1 驢頭[2-5]

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

驢頭作為抽油桿懸繩的支撐和提升載荷部件,其弧面的變形將直接影響抽油桿的穩(wěn)定性和運(yùn)動(dòng)特性。驢頭的結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 驢頭結(jié)構(gòu)

a) 屬于扁箱形結(jié)構(gòu),兩側(cè)板為主要受力支撐體,箱內(nèi)形成混合骨架結(jié)構(gòu)。

b) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,構(gòu)件焊接連成一體,使整個(gè)驢頭成為一個(gè)剛性的焊接結(jié)構(gòu),一旦焊縫結(jié)構(gòu)衍生微小裂紋,就會(huì)快速地?cái)U(kuò)展到相鄰構(gòu)件,造成部分構(gòu)件乃至整體發(fā)生破壞。因此,在焊接時(shí)要避免應(yīng)力集中的因素。

c) 相對(duì)其他構(gòu)件焊接工作量大,其焊縫多為短縫和內(nèi)部焊接,不宜采用高效焊接的方法,除了長(zhǎng)圓弧焊縫外,目前條件下只能采用手工電弧焊。

1.2 焊接工藝

為減少驢頭的變形與應(yīng)力,正確選擇和嚴(yán)格遵守焊接順序是驢頭焊接質(zhì)量的重要保證。焊接順序就是減少結(jié)構(gòu)變形,降低焊接殘余應(yīng)力,并使其分布合理,按一定次序進(jìn)行焊接的過程。

a) 為保證焊后弧板的弧度,減少影響抽油機(jī)驢頭的變形,應(yīng)先焊接內(nèi)置加強(qiáng)板,然后焊接弧板與側(cè)板的角焊縫。

b) 構(gòu)件中先焊對(duì)接焊縫,后焊角焊縫;先焊立焊縫,后焊平焊縫。

c) 剛度大的焊縫,如連接板與側(cè)板的焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

2 游梁

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

游梁為典型的杠桿機(jī)構(gòu)部件,其強(qiáng)度和剛度要求較高,對(duì)整機(jī)的穩(wěn)定性起著重要的作用。游梁的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

a) 游梁在大型抽油機(jī)中結(jié)構(gòu)主要為箱形梁,中小型抽油機(jī)多為工字形梁。游梁一般采用自動(dòng)焊,生產(chǎn)效率高,缺點(diǎn)是制造過程的變形量大。

b) 游梁的頂板、底板和側(cè)板相對(duì)尺寸結(jié)構(gòu)長(zhǎng)窄,焊接時(shí)易引起波浪變形,對(duì)游梁的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都有影響。

c) 游梁的頂板、底板和側(cè)板裝焊時(shí)要控制其傾斜量,否則會(huì)產(chǎn)生扭曲變形,影響抽油機(jī)的運(yùn)行性能和安裝精度。

圖2 游梁結(jié)構(gòu)

2.2 焊接工藝

為減少游梁的波浪變形和扭曲變形,應(yīng)適當(dāng)采用工裝夾具,保證裝焊的質(zhì)量。

a) 使用胎夾具裝配法裝焊游梁,以提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

b) 為保證游梁的變形在公差允許范圍之內(nèi),頂板、底板和側(cè)板之間的手工封底焊縫要嚴(yán)格控制焊接電流大小,盡可能采用兩側(cè)同時(shí)施焊的方法。

c) 先焊接箱體內(nèi)的筋板焊縫,后焊接側(cè)板與頂板、底板的角焊縫。因?yàn)榉庀浒鍩o法與筋板焊接,考慮受力分布情況,應(yīng)將底板作為封箱蓋板。

d) 側(cè)板與頂板、底板的角焊縫采用埋弧自動(dòng)焊雙機(jī)頭對(duì)稱焊接的方法,可以減少構(gòu)件的總體變形量,嚴(yán)格控制焊接電流在工藝要求范圍之內(nèi)。

e) 剛度大的焊縫,如連接板與頂板、底板的焊縫焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

3 連桿

3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

連桿是抽油機(jī)主要運(yùn)動(dòng)部件之一,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,其結(jié)構(gòu)如圖3所示,一般由管件和上、下接頭焊接而成。

a) 相對(duì)于長(zhǎng)桿焊接件來說,其精度和形位公差要求極高。因?yàn)榫燃扔绊懗橛蜋C(jī)的運(yùn)行,又影響部件的互換性。

b) 結(jié)構(gòu)單薄,在運(yùn)行過程中,受交變載荷作用,設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度,而且要校核其受壓穩(wěn)定性。

c) 由于工件尺寸相對(duì)較長(zhǎng),受限于設(shè)備,一般采用先機(jī)加工、后焊接的方法。

3.2 焊接工藝

由于連桿屬于抽油機(jī)的薄弱部件,對(duì)焊縫的質(zhì)量要求高。

a) 采用定位裝配法進(jìn)行焊裝和焊接,以保證質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

b) 焊接使用直流焊機(jī),焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成,焊接后應(yīng)按要求加熱或保持溫度。

c) 采用高頻振動(dòng)儀或其他方法消除殘余應(yīng)力。

d) 進(jìn)行外觀檢查和無損探傷。

圖3 連桿結(jié)構(gòu)

4 橫梁[6]

4.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

橫梁的結(jié)構(gòu)如圖4,一般以箱形梁或工字梁為主體,形位公差和精度要求很高。要保證橫梁上平面與2個(gè)連桿銷孔的水平度及同軸度精度,一般采用先焊接、后機(jī)加工的方法。

圖4 橫梁結(jié)構(gòu)

4.2 焊接工藝

為減少橫梁的扭曲變形,應(yīng)采用工裝夾具,保證裝焊的質(zhì)量。

a) 橫梁成型焊焊縫要嚴(yán)格控制焊接電流大小,盡可能采用兩側(cè)同時(shí)施焊的方法。

b) 橫梁與連桿銷套的焊接采用定位裝配法進(jìn)行焊裝和焊接。

c) 用加熱或焊后保溫等方法消除殘余應(yīng)力,為后續(xù)冷加工作好加工準(zhǔn)備。

5 底座

5.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

底座作為游梁平衡式抽油機(jī)的支撐部件,其強(qiáng)度和剛度有一定的要求,對(duì)機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性起著重要的作用。底座的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

a) 底座的底部主要是由工字梁組焊而成的框架結(jié)構(gòu),上部為支撐減速器的箱體結(jié)構(gòu)通常采用手工電弧焊,生產(chǎn)效率低,易變形。

b) 底座的底部相對(duì)尺寸結(jié)構(gòu)長(zhǎng)窄,焊接時(shí)易引起扭曲變形,對(duì)整機(jī)的裝配有影響。

c) 底座的底部與上部箱體裝焊時(shí)要控制平行度,否則會(huì)影響后續(xù)加工和抽油機(jī)安裝精度。

圖5 底座結(jié)構(gòu)

5.2 焊接工藝

a) 使用胎夾具裝配法裝焊底座,提高裝配質(zhì)量和裝配效率。

b) 為減少扭曲變形,應(yīng)先焊橫筋與主梁的焊縫,然后焊接內(nèi)置加強(qiáng)板,且須沿中心部分向外延展對(duì)稱焊接。

c) 構(gòu)件中先焊對(duì)接焊縫,后焊角焊縫;先焊立焊縫,后焊平焊縫。

d) 剛度大的焊縫,如底板的焊接應(yīng)不間斷,力求迅速完成。

6 支架[7]

6.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

支架作為游梁平衡式抽油機(jī)的衍架式支撐部件,其強(qiáng)度和剛度有一定的要求,對(duì)機(jī)構(gòu)的整體穩(wěn)定性起著重要的作用,支架的結(jié)構(gòu)如圖6。

a) 支架的前架和后架是由工字梁組焊而成的衍架式結(jié)構(gòu),采用手工電弧焊,生產(chǎn)效率低,易變形。

b) 衍架式結(jié)構(gòu)部件交錯(cuò),焊接時(shí)易引起扭曲變形,對(duì)整機(jī)的裝配和運(yùn)行有很大影響。

c) 支架在平臺(tái)裝焊時(shí)要控制平行度精度,否則會(huì)影響抽油機(jī)安裝精度。

6.2 焊接工藝

焊接工藝基本同5.2。

圖6 支架結(jié)構(gòu)

7 整體組對(duì)方法對(duì)焊接工藝的影響

總體組對(duì)方法主要采用“配對(duì)倒裝法”的裝焊工藝,主要是驢頭和游梁必須配對(duì)使用。這樣抽油機(jī)的各個(gè)部件可以采取較為靈活的焊接工藝來滿足技術(shù)要求,對(duì)設(shè)備的依賴程度也大為降低。主要缺點(diǎn)是:這2個(gè)部件沒有互換性,返修的驢頭和游梁需要整機(jī)回廠調(diào)試。

8 結(jié)語

本文闡述了游梁平衡式抽油機(jī)主要焊接件驢頭、游梁、連桿、橫梁、底座、支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及焊接工藝,可為相關(guān)制造企業(yè)提供參考。但每個(gè)企業(yè)的設(shè)備狀況和操作人員的水平都有所不同,應(yīng)根據(jù)具體狀況制定與其相適應(yīng)的焊接工藝和加工路線。

[1] 張曉東,賈國(guó)超.關(guān)于我國(guó)抽油機(jī)發(fā)展的幾點(diǎn)思考[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(1):24-27.

[2] 田錫唐.焊接結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[3] 周浩森.焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)及設(shè)備[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[4] 宇永福.焊接結(jié)構(gòu)制造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1995.

[5] 李紅才,李海東,宋念友.抽油機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)式驢頭改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2009,38(12):100-102.

[6] 馬述儉,龔曉明,孫存文.游梁平衡抽油機(jī)橫梁連桿連接技術(shù)方案探討[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(3):94-95.

[7] 李海東,秦德福,趙普忠,等.抽油機(jī)支架數(shù)值模擬和結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2008,37(7):38-41.

TE933.1

B

1001-3482(2010)06-0082-03

2009-12-30

張萬江(1973-),男,甘肅武威人,工程師,1996年畢業(yè)于新疆工學(xué)院汽車應(yīng)用工程專業(yè),主要從事采油機(jī)械的技術(shù)及管理工作。