海洋鉆修機(jī)滑靴優(yōu)化設(shè)計(jì)

王曉雷

(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 機(jī)械設(shè)備技術(shù)服務(wù)中心, 天津 300452)

摘要：針對(duì)近年來海洋鉆修機(jī)滑靴經(jīng)常發(fā)生嚴(yán)重劃痕、偏磨等問題，分析認(rèn)為傳統(tǒng)的滑靴結(jié)構(gòu)存在潤(rùn)滑性能差，維護(hù)難度大等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)新型滑靴，對(duì)原滑靴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加了自潤(rùn)滑墊板以及強(qiáng)制潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，解決了滑靴潤(rùn)滑效果差，無法維護(hù)的難題。實(shí)際應(yīng)用表明，該新型滑靴大大提高了海洋鉆修機(jī)的使用性能。

關(guān)鍵詞：海洋鉆修機(jī);滑靴;優(yōu)化設(shè)計(jì);自潤(rùn)滑;可維護(hù)

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.018

中圖分類號(hào)：U662；P756.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1671-7953(2015)05-0062-03

收稿日期：2015-07-30

作者簡(jiǎn)介：第一王曉雷(1979-)，男，學(xué)士，工程師

Abstract:In recent years, the offshore drilling and workover rig boots often occur serious scratches and eccentric wear. The traditional sliding boots structure has shortcomings such as poor lubrication performance and hard to maintain. The new type of sliding boots is designed by optimizing the original structure, increasing the self-lubricating plate and forced lubrication system to solve the problem of poor lubrication effect and maintenance difficult. The practical application of this new type sliding boots improves the operation performance of the offshore drilling and workover rig greatly.

修回日期：2015-09-01

研究方向:海洋鉆修機(jī)技術(shù)

E-mail:wxljhx@126.com

海洋鉆修機(jī)是海洋鉆采平臺(tái)上的關(guān)鍵設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)鉆采作業(yè)的設(shè)施?；ナ呛Ｑ筱@修機(jī)承載的支撐部位，也是其在導(dǎo)軌上縱橫滑移的部位。傳統(tǒng)鉆修機(jī)滑靴只是簡(jiǎn)單的鋼結(jié)構(gòu)組焊件，未考慮后期使用中潤(rùn)滑、維護(hù)等問題。鉆修機(jī)滑移易造成滑靴產(chǎn)生偏磨、劃痕等問題，但又無法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維修，造成維修盲點(diǎn)，給鉆修機(jī)滑移性能及支腿承載情況均造成不利影響。近年來，鉆修機(jī)總機(jī)重量漸趨變大，鉆修機(jī)滑靴及導(dǎo)軌出現(xiàn)劃痕的情況也越來越多，迫切需要采取有效措施解決這一問題。

1傳統(tǒng)滑靴結(jié)構(gòu)形式及缺點(diǎn)

傳統(tǒng)鉆修機(jī)滑靴的結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)組焊件，滑靴安裝在鉆修機(jī)導(dǎo)軌上，能夠沿導(dǎo)軌滑移。常見結(jié)構(gòu)形式見圖1。

圖1　傳統(tǒng)滑靴結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)滑靴與導(dǎo)軌直接接觸，在使用時(shí)，導(dǎo)軌表面涂抹潤(rùn)滑脂，鉆修機(jī)沿導(dǎo)軌方向滑移。這種形式的滑靴存在明顯缺點(diǎn)。

1)潤(rùn)滑效果不好。在鉆修機(jī)滑移時(shí)，滑靴前端常常將潤(rùn)滑脂從導(dǎo)軌表面刮走，導(dǎo)致滑靴與導(dǎo)軌貼合部位只殘余很少一點(diǎn)潤(rùn)滑脂，不能達(dá)到良好的潤(rùn)滑效果?；サ装迮c導(dǎo)軌容易產(chǎn)生劃痕，滑靴底板的劃痕不易清理、維修。得不到及時(shí)修理的滑靴底板隨著使用而加劇摩擦和劃痕。隨著滑靴與導(dǎo)軌之間劃痕加劇，滑移時(shí)摩擦力加大，影響鉆修機(jī)正常滑移。

2)滑靴維修難。目前投入使用的海洋鉆修機(jī)多套設(shè)備出現(xiàn)刮傷、劃傷及重度撕傷等現(xiàn)象[1]。滑靴損傷面均為下平面，其緊靠著導(dǎo)軌上平面?；コ霈F(xiàn)劃痕時(shí)，無法對(duì)滑靴損傷部位進(jìn)行修復(fù)，只能對(duì)導(dǎo)軌面的劃痕進(jìn)行修復(fù)。滑靴與導(dǎo)軌之間劃痕或者偏磨嚴(yán)重時(shí)，造成支點(diǎn)受力不均，對(duì)鉆修機(jī)承載產(chǎn)生不利影響。滑靴由于承受鉆修機(jī)整機(jī)重量超過200 t，現(xiàn)場(chǎng)無法進(jìn)行維修。即使采用千斤頂頂起一定高度也只能對(duì)滑靴損傷部位進(jìn)行簡(jiǎn)單的打磨、矬平等簡(jiǎn)單處理。鉆修機(jī)整機(jī)重量200 t左右，千斤頂起升作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。

2滑靴優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)以上問題，對(duì)滑靴結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。借鑒滑動(dòng)軸承原理，在滑靴底板下面設(shè)計(jì)一塊可拆卸式墊板，利用沉頭螺釘固定在滑靴上。在后期使用中，墊板可根據(jù)使用情況進(jìn)行更換。新滑靴結(jié)構(gòu)見圖1、2。

圖2　新滑靴的結(jié)構(gòu)

圖3　墊板結(jié)構(gòu)

2.1滑靴墊板選型

根據(jù)墊板的使用條件，材質(zhì)選擇必須滿足以下條件。

1)耐磨性。墊板是與導(dǎo)軌相對(duì)滑移的部件，因此要求有較高的耐磨性。

2)自潤(rùn)滑性。墊板材質(zhì)良好的自潤(rùn)滑性能，在潤(rùn)滑不良情況下，夠確保鉆修機(jī)順利滑移。

3)耐腐蝕性。滿足海洋潮濕、鹽霧的使用環(huán)境。

根據(jù)上述材料性能要求，選擇ZCuPb20Sn5[2]，合金名稱為20-5鉛青銅。該材料的特性是具有較高的滑動(dòng)性能，在缺乏潤(rùn)滑介質(zhì)和以水為介質(zhì)時(shí)，有特別好的自潤(rùn)滑性能，耐硫酸腐蝕，易切削，但鑄造性能差。常應(yīng)用到高滑動(dòng)速度的軸承，符合達(dá)到40 MPa的零件，耐腐蝕零件等。由于鉆修機(jī)滑靴經(jīng)常出現(xiàn)潤(rùn)滑狀況不良的現(xiàn)象，因此，該材質(zhì)的自潤(rùn)滑性能能夠更好地滿足鉆修機(jī)滑移的要求。該材料耐腐蝕性能夠更好地滿足海洋鹽霧、潮濕環(huán)境的要求。

其主要成分和力學(xué)性能見表1、2。

表1　20-5鉛青銅成分

表2　20-5鉛青銅力學(xué)性能

鉆修機(jī)滑靴墊板下平面上設(shè)計(jì)油道，并在合理位置設(shè)置黃油接頭(耐壓型)。油道截面為半圓形，按照網(wǎng)格方式排布在墊板下表面，見圖4。

圖4　墊板潤(rùn)滑油道

工作時(shí)，潤(rùn)滑脂從液動(dòng)油杯注入到網(wǎng)格狀的油道中，保證潤(rùn)滑脂油膜均勻覆蓋在滑靴與導(dǎo)軌接觸面上。該分布形式的油道不但能夠?qū)?rùn)滑脂均勻分布到導(dǎo)軌平面上，而且油道能容納一定的鐵屑、雜物，避免雜物二次進(jìn)入到滑靴墊板與導(dǎo)軌的接觸面，影響滑移。油道內(nèi)的雜物可通過導(dǎo)軌上平面上的矩形棘爪孔，利用鐵絲等物進(jìn)行疏通。

3.2滑靴潤(rùn)滑方式改進(jìn)

根據(jù)目前傳統(tǒng)滑靴潤(rùn)滑方式存在的不足，設(shè)計(jì)一套強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置。通過在每個(gè)滑靴上增加一套強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置，并在滑靴上設(shè)計(jì)潤(rùn)滑脂油槽、油道，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)潤(rùn)滑效果的目的。

本套強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置主要由調(diào)速閥、液動(dòng)油杯、潤(rùn)滑管路組成。其工作原理是：滑靴附近的步行油缸液路提供壓力源(5～7 MPa)，通過調(diào)速閥手動(dòng)控制液動(dòng)油杯的給油速度。液動(dòng)油杯采用大容量油杯，內(nèi)部盛放潤(rùn)滑脂能夠滿足常規(guī)滑移行走所需的油脂量。液動(dòng)油杯出口與滑靴墊板上的注油接頭連接。在鉆修機(jī)滑移時(shí)，手動(dòng)調(diào)整調(diào)速閥，保證液動(dòng)油杯輸出的潤(rùn)滑脂油量能夠滿足鉆修機(jī)滑移要求。在鉆修機(jī)滑移時(shí)，通過利用液動(dòng)油杯的高壓作用，強(qiáng)制將潤(rùn)滑脂注入到鉆修機(jī)滑靴與導(dǎo)軌之間的油道，從而實(shí)現(xiàn)滑靴與導(dǎo)軌接觸面充分覆蓋潤(rùn)滑脂油膜。該潤(rùn)滑裝置原理見圖5。

圖5　新型強(qiáng)制潤(rùn)滑裝置

3結(jié)論

新型鉆修機(jī)滑靴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、操作安全簡(jiǎn)單、成本低廉且改造工作量小，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆修機(jī)滑靴的可維護(hù)，能夠改善滑靴潤(rùn)滑效果，提高鉆修機(jī)滑移的安全性、可靠性，對(duì)鉆修機(jī)的設(shè)計(jì)、建造以及在役鉆修機(jī)的升級(jí)改造具有十分積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張超.海洋修井機(jī)移動(dòng)滑軌劃痕的形成原因分析與處理方法[J].機(jī)械工程師,2012，(7):215-216.

[2] 聞邦春.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第5版，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2012，1.

Optimization Design for Offshore Drilling and Workover Rig Slipper Boot

WANG Xiao-lei

(CNOOC Energy Development Equipment Technology Co. Ltd, Tianjin 300452, China)

Key words: offshore drilling and workover rig; slipper boot; optimization design; self lubrication; maintainable