|
输油泵机组是管道输送原油的核心设备,由于传统拆卸输油泵靠背轮的工具在作业中工作效率较低,拆卸员工体能支出较大,对当前需短时间完成抢维修任务提出了严峻的挑战。针对传统拆卸输油泵靠背轮工具在使用中存在的问题,研制一种快速、安全的新型输油泵靠背轮拆装专用拉马工具。这种新型专用拉马工具通过订制手动液压泵、拉马材质核算与结构设计和液压两爪拉马制作,有效缩短输油泵维抢修时间。所研制的新型输油泵靠背轮专用拉马工具已在襄阳处维修抢修中心的工作中得到了验证,具有很好的应用前景。 1.引言 输油泵机组是原油集输系统的主要设备,是保证顺利完成原油输送任务的关键设备[1-3]。目前输油泵抢维修是维修抢修中心的主要工作之一,而在对输油泵机组更换机械密封和轴承时,首先就要拆卸靠背轮。但是传统维修方式存在诸多弊端,已经不能满足当前抢维修的需要,如在拆卸过程中如何缩短其拆卸时间、如何减少拆卸人员,降低成本和如何避免对靠背轮和中轴的损伤,在靠背轮与电机轴向距离仅为170mm情况下,如何使用拉马工具。因此,针对传统拆卸输油泵靠背轮工具在使用中存在的问题,研制出了一种快速、安全的新型输油泵靠背轮拆装专用拉马工具。这种新型专用拉马工具保证输油泵靠背轮拆装过程中的高效性和安全性,具有很强的工程应用价值。 2.传统拆卸输油泵靠背轮方式的弊端 在拆卸输油泵靠背轮对输油泵机组更换机械密封和轴承时,传统的拆卸方式存在以下问题: (1)需提前加热靠背轮,然后用铜棒均匀敲击才能拆卸,作业效率低,劳动强度高,靠背轮全程拆卸需60分钟。 (2)需要6名作业人员,占用人员多,人工成本高。 (3)靠背轮与电机轴向距离仅为 170mm,操作空间小,普通拉马工具无法使用。 (4)拆卸过程要用铜棒不断敲击,对靠背轮和中轴会有一定损伤。 3.新型输油泵靠背轮专用拉马工具的研制 3.1 设计要求 新型输油泵靠背轮专用拉马工具设计时,应考虑目前输油泵抢维修业务多,需短时间内完成维修任务。要重点考虑以下因素: (1)拉马工具应满足能够在170mm空间内的安装操作要求。 (2)拉马工具动力来源可以使用人工或电力,但均需满足携带方便、经济性、动力性好的要求。 3.2 方案选择 3.2.1 拉马类型选择 本文对各种拉马类型进行充分的调研,收集技术材料对比筛选,汇集各种拉马的优缺点,根据输油泵靠背轮空间狭小的情况提出了以下3个方案,其优缺点如表1所示。 从劳动强度、作业空间轴距和平衡安装时间对3种拉马类型进行了对比分析,确定采用结构简单、成本低、安全可靠的第3种拉马类型,即:液压两爪拉马方案。 3.2.2 液压两爪拉马方案选择 拉马类型确定为液压两爪拉马后,接下来就是选择液压拉马动力源、拉马材质及设计拉马结构。 (1)动力源方式选择 常见为液压拉马提供动力源的泵有 3种:电动液压泵、气动液压泵、手动液压泵。经过调研与查看相关资料,对3种动力源方案的优缺点做了对比分析,如表2所示。 从携带性、经济性和动力性能对3种动力源方案进行了对比分析,确定采用携带方便、经济性、动力性好的第 3种动力源方案,即:手动液压泵。 (2)拉马材质选择 针对拉马的自身作业需求,通过调研和查阅相关资料对拉马本体选材进行了研究,提出了以下 3种可选的方案并对其优缺点做了对比分析,如表 3所示。 从上表可以得出铸钢 ZG230-450H材质的拉马造价高、制作难度大,不适合批量生产;20#钢无缝管由于与缸体背板存在材质差异,易产生焊接裂纹;而 45#钢由于承压能力强,满足液压缸需要承受较大压强的要求。故确定采用承压效果更好的45#钢。 (3)拉马结构设计 由于对输油泵进行维修时经常要拆卸电机与泵之间的传动部件靠背轮,两靠背轮之间的距离较近,通常在 170mm左右。为提高工作效率和现场实用性,本文对液压两爪拉马主要从液压缸活塞复位方式、液压缸注油方式、拉马抓盘结构以及活塞密封四个方面进行了分析选择。 液压缸活塞复位方式选择 对活塞复位方案进行了研究,并对弹簧复位式和重力复位 式这 2种进行了分析,其优缺点如下表 4所示。 对2种活塞复位方案进行了对比分析,弹簧复位式由于制作难度大,不能满足输油泵维修时狭小空间的使用要求;而重力复位式制作简单,能够满足输油泵维修时狭小空间的使用要求。故确定采用结构简单、成本低、便于安装与维护的第 2种活塞复位方案,即:重力复位式。 液压缸注油方案选择 液压缸注油孔方案常见的有背板轴向注油和背板径向注油2种,其优缺点如表5所示。 对2种液压缸注油方案进行了对比分析,背板轴向注油的注油接管使拉马整体长度增大,不能满足在轴向空间狭小条件下操作的需要;背板径向注油使拉马整体长度缩短,可以满足在轴向空间狭小条件下操作的需要。故确定采用能够满足轴向空间狭小的第 2种结构方案,即:背板径向注油。 拉马抓盘结构方案选择 拉马抓盘结构主要有圆形孔式和 U形孔式,其优缺点如表 6所示。 对 2种拉马抓盘结构方案进行了分析比较,圆形孔式适用范围小,只能对单一型号输油泵靠背轮使用,不符合抢维修业务需求。U型孔式适用范围大,可在孔距 158mm-258mm的各类型号输油泵靠背轮上使用。故采用适用范围广的 U型孔式。 活塞密封方案选择 常见的活塞密封方案有 O型圈密封和聚四氟乙烯矩形圈与O型圈密封2种,其优缺点如表 7所示。 对 O型圈密封和聚四氟乙烯矩形圈与 O型圈密封这 2种活塞密封方案进行综合分析,O型圈密封容易磨损,造成液压缸渗漏;聚四氟乙烯矩形圈与 O型圈密封是由高耐磨聚四氟乙烯复合材料矩形圈与 O形橡胶密封圈组成。O形圈提供足够的密封力,对矩形圈的磨耗起补偿作用,可双向密封。故采用密封效果好、寿命长的聚四氟乙烯矩形圈与 O型圈密封。 3.3 成品制作 3.3.1 订制手动液压泵 通过咨询厂家技术人员以及查阅输油泵相关资料,计算出克服靠背轮与中轴摩擦力的数据,并通过市场调研,与美国 ENERPAC厂家订制了一台轻型手动液压泵,如图 1所示。轻型手动液压泵油容量 901cm3,额定压力第一段 1.47Mpa,第二段70Mpa。每冲程排油量第一段 11.26cm3,第二段 2.47cm3,重量5.1kg,完全满足液压拉马的动力需求。 3.3.2 拉马材质核算、结构设计 (1)拉马力学分析 液压缸及活塞顶杆壁厚、直径等参数均经过力学分析,其承压能力符合液压泵的最大输出压力,液压缸的最大工作压力符合靠背轮拆卸拉力要求。 (2)液压拉马行程计算 根据对天一泵靠背轮的尺寸测量,并通过反复计算核对,设计了专用拉马。最终确立了以下设计:X = (L - b - c - d - r)/2 = (170 - 25 - 22 - 10 - 5)/2 = 54(mm)其中:X为拉马行程,L为靠背轮间距,b为液压缸背板厚度,c为活塞止推板厚度,r为安装余量 5mm,d为液压缸端盖厚度。最大工作行程计算:最大工作行=L2+X=111+54=165(mm),其中L2为安装长度。由计算得液压拉马最大工作尺寸 165mm,小于天一泵两靠背轮 170mm间距,所以该拉马符合天一泵拆除靠背轮空间狭小的条件。 (3)拉马抓盘、拉杆螺栓设计参数 为了缩小液压拉马外形尺寸,增大拉马液压缸行程,经过反复推敲和比对,能在较小空间内将靠背轮抓紧。最终采用平板式抓盘与拉杆螺栓相配合的方法拉紧靠背轮,拉杆螺栓采用M16mm全丝杠可以调节。 3.3.3 制作专用拉马工具 (1)液压缸、活塞制作 拉马的缸体和活塞材料采用 45#钢,顶针尖部需淬火处理。液压缸活塞底部采用两个环形凹槽,可以双重密封,提高密封性。 (2)液压缸注油孔制作 液压缸背板侧面开一个注压孔,能增加拉马行程,在背板侧面加工锥形内丝接口。在锥形管螺纹底部钻?6mm孔与液压缸导通。 (3)拉马爪盘制作 液压缸背板为 25mm,缸体为 5mm,采用焊接,经过调质处理。背板螺母处有凹槽且加工成U形状,最小孔距158mm,最大孔距258mm,使拉杆螺栓范围可调100mm。液压缸与背板的垂直度控制在 0.1mm以内,使抓盘受力 均匀。靠背轮专用液压拉马采用渗氮处理,将拉马工具加热成暗红色,浸入机油中自然冷却,表面形成氮化膜,可以防锈耐磨。 (4)活塞与缸体密封制作 液压缸缸口内侧加工成螺纹,使端盖能可靠密封液压缸,缸体内侧螺纹端口有30°倒角,使活塞密封圈可以轻松放入; 液压缸内壁加工精度达到0.8级,形成良好的密封; 加工高耐磨聚四氟乙烯复合材料矩形圈与O形橡胶密封圈组成。O形圈提供足够的密封力,对矩形圈的磨耗起补偿作用,可双向密封。 最终制作完成的液压拉马如图2所示 4 现场测试 为了说明所研制的新型输油泵靠背轮专用拉马工具具有实际的应用价值,在襄阳处维修抢修中心的工作中对其进行了测试。其测试结果是输油泵靠背轮专用拉马工具相比传统手工拆卸模式,具备效率高,安全可靠,劳动强度低等优点,技术经济效益分析如表8所示。 5 结束语 新型输油泵靠背轮专用拉马工具是针对传统拆卸输油泵靠背轮工具缺陷的基础上研制出的一种高效的新型输油泵靠背轮拆装专用拉马工具。该工具具备体积小巧、操作简便、适用范围广和安全高效等特点,同时克服了泵机组维修时受空间限制的困难,大大提高了维抢修中心对输油泵的应急抢险能力,有效缩短了输油泵维抢修时间。并且已在襄阳处维修抢修中心的工作中得到了验证,具有很好的工程应用价值。 感谢国石化管道储运有限公司襄阳输油处,湖北 襄阳 441002 梁 志 勇资料支持。 |