QC成果报告-研制集输泵站泵机组移位装置（终稿）

2014年中国质协石化分会QC小组成果材料研制集输泵站泵机组移位装置小组名称：泵机组维修QC小组课题类型：创新型 单位名称：胜利油田分公司胜利采油厂发 布 人：张洪岐2014年3月目 录前言一、小组概况二、选定课题三、设定目标四、提出方案并确定最佳方案五、制定对策六、对策实施七、效果检查八、标准化九、总结及下步打算前言胜利采油厂是胜利油田最早成立的采油厂，已累计生产原油1.86亿吨。采油厂现有集输泵站7座，设计年外输能力754万吨,年实际处理原油218万吨。集输泵站的主要任务担负全厂原油处理及外输任务。在集输生产运行过程中，泵机组作为动力输送的“心脏”， 通过电动机带动泵（离心泵或螺杆泵）高速旋转，将介质输送出去的动力设备。一旦出现电动机异常、泵机械密封刺漏等突发故障，就会影响原油生产的正常秩序。目前，胜利采油厂的7座集输泵站共有泵机组247台。随着现场生产运行工况的不断变化，时常出现运行泵机械密封渗漏、电动机机械或电气故障，泵机组每次出现故障都必需将电动机进行移位，才可以进行维修作业。名词解释：泵机组故障：指泵和电动机在运行过程中，发生的泵机械密封渗漏、泵部件损坏或电动机轴承损坏等机械故障，在生产中通常称为泵机组故障。泵机组基础：为了使泵机组能够平稳运行,不致发生剧烈振动而浇制在较坚实的地基上水泥固体物。拆电动机连接螺丝90电动机从泵基础上移位用管子或绳子拽出（4）人抬或借助工具移动9299990送修 图1 电动机移位操作步骤示意图一、小组概况表1 QC小组概况表小 组 名 称泵机组维修QC小组组建时间2001.1.1注 册 编 号SC039-2013注册时间2013.4.10活 动 日 期2013.4.10-2014.2课 题 类 型创新型小组集体活动总时数30次/39h小组成员平均出勤率98%活 动 方 式集中与分散活动相结合本次活动课题研制集输泵站泵机组移位装置序号姓 名年 龄文化程度职称分 工1张洪岐44大专高级技师组长2薛云利38大学工程师组织实施3张凤梅33大学工程师方案设计4卜春霞42大学工程师现场试验5许永军43大专工程师方案实施6郑峰43大专工程师方案实施7蔡凤琴37大专技师资料整理8梅胜才41大学工程师机械设计9张秀梅39大学技师资料整理10李蕾40大学工程师机械设计资料整理：张洪岐制表人：张凤梅 时间：2013.4.12二、选择课题2012年泵机组因故障移位达43台次，平均耗时51分钟/台次，人员5-6人/台次。详见表2。表2 2012年1 -12月泵机组故障移位统计表序号实施原因实施单位操 作人 数（人/台次）故 障次 数（台次）平均移位时间（分钟/台次）备注1泵机械密封渗漏接转站、宁海站、坨一站、坨二站、坨三站、坨四站、坨五站5-623472电动机轴承损坏接转站、宁海站、坨一站、坨二站、坨三站、坨四站5-6955移动电机时挤伤手指3电动机电气故障坨二站、接转站、宁海站、坨一站5-65544电动机声音异常接转站、坨四站、坨五站5-63535泵运转部件更换宁海站、坨一站、坨二站5-6345平均值：总使用时间操作次数51调查人：张凤梅 调查时间：2013.4.16 数据来源：胜利采油厂集输泵站设备保养台帐从表中可以看出，泵机组故障移位在全厂7座集输泵站均不同程度的发生，职工在操作过程中存在费时费力问题以及不安全因素。为解决以上问题，我们QC小组决定把研制集输泵站泵机组移位装置作为本次QC活动的课题。三、设定目标：（1）目标：研制集输泵站泵机组移位装置。（2）目标值：移位时间由51分钟/台次降低到25分钟/台次。图2 小组活动目标柱状图 四、提出方案并确定最佳方案（一）提出方案针对如何研制集输泵站泵机组移位装置这个问题，小组成员集思广益，运用头脑风暴法，绘制出研制集输泵站泵机组移位装置亲和图。图3 集输泵站泵机组移位装置亲和图根据亲和图，小组成员对整体方案进行了分解，同时对每个技术参数进行优选。(二)方案优选结构形式叉车式随车吊式行吊式1、结构的优选结构形式示意图 叉车式 随车吊式 行吊式图4 三种结构示意图对比表表3 三种结构优选对比表项目叉车式随车吊式行吊式适用性由于该结构的特殊性，只能在电动机后端（风扇处）进行移位操作，受现场空间位置的影响大。对重量在400kg以上的电动机移位较困难。适用性有一定限制。该结构现场可安装在故障泵机组左右两端处，不受现场空间的影响。由于该结构辅助支架可拆卸，外送维修时整体移出方便。适用性广。该结构现场可安装在故障泵机组左右两端处，不受现场空间的影响。但由于是整体结构，电动机需外移送修时整体移动不方便。不适合运出操作。适用范围电动机重量在400kg以下电动机重量在（150-850）kg电动机重量在（150-850）kg经济性2.5万元1万元6000元操作时间18分钟25分钟45分钟操作人数（3-4）人3人（4-5）人实现目标水平移位、整体移出垂直吊起、水平移位、整体移出垂直吊起、水平移位优选评价不选选用不选叉车式主要由立式液压缸、链条传动机构、滚动管排等部件组成。（见图4）图5 叉车式现场运行轨迹图小组成员张洪岐、许永军根据现场模拟操作发现（见图5），由于泵机组型号不同，其基础长度、宽度、高度也不同，电动机底座长度小于其本身的整体长度。该结构管排前段无法直接与电动机底座平面接触，中间留有（10-20）cm的空间，电动机移到装置上还需要借助其他工具或人抬的方式，对重量在400kg以上的电动机移位较困不采用该结构难，操作比较费力。随车吊式主要由横梁、主支架、辅助支架、底盘等部分组成。（见图4）图6 随车吊式现场运行轨迹图小组成员张洪岐、薛云利在热采区泵房通过模拟操作，认为由于电动机在吊起后移动，因此操作不受泵机组基础长度、宽度、高度的采用该结构影响，可以实现电动机吊起、移动、运出一体化的功能。行吊式主要由人字形支撑架、横梁、手拉葫芦等部件组成。（见图4） 图7 行吊式现场运行轨迹图小组成员张洪岐、卜春霞经现场模拟操作（见图7）认为，通过手拉葫芦可以实现电动机在原位置上垂直升降和水平移动，但电动机外送维修移动时，需要挪动整个装置，由于该结构为一不采用该结构体式，体积较大，移动不方便，在移动过程中存在不安全因素。小组成员随后对该装置结构中的长度、高度进行优选。长度1.5m2.0m2.5m（2）长度表4 结构长度可行性评价表名称尺寸（m）结构长度范围（m）泵机组基础最小宽度0.71.5-1.7泵机组基础最大宽度0.9装置底盘长度0.8结构可选长度1.50m2.0m2.5m可行性分析装置仅适用于基础宽度为0.7m的泵机组，装置与泵机组基础接触过于紧凑，不利用现场调整，使用范围小。装置适用于基础宽度为（0.70.9）m的泵机组，装置与泵机组基础接触有0.3m的活动余量，装置通用性强。装置适用于基础宽度为（0.70.9）m的泵机组，装置与泵机组基础接触有0.8m活动余量。余量大，横梁的抗拉强度减小，同时装置整体移动、存放受到限制。简易图示评价不可行可行不可行该结构长度取决于现场泵机组基础的宽度和装置底盘的长度。考虑到装置安装调整的灵活性和现场实际，对整体长度预留0.3m的活动余量比较符合现场操作实际。因此，确定长度2.0m。高度1.5m1.8m2.0m（3）高度表5 结构高度可行性评价表名称尺寸（m）结构高度范围（m）电动机与基础最小高度0.71.3-1.7电动机与基础最大高度1.1H型钢与倒链长度0.4电动机提升高度0.2结构可选高度1.5m1.8m2.0m可行性分析适合于电动机与基础高度在(0.70.9)m的泵机组。该高度仅用于部分泵机组移位。适合于电动机与基础高度在(0.71.1)m的泵机组。该高度适合全部泵机组，高度适中。适合于电动机与基础高度在(0.71.1)m的泵机组。但高度高出最大高度0.3m，整体稳定、美观性差。简易图示对比优选不选用选用不选用结构高度取决于电动机在基础上的高度和倒链与H型钢的整体长度。基于上述参数要求，考虑到结构整体的美观、实用和稳定性，确定最佳高度为1.8m。2、传动方式的优选三种传动方式液压式电动式机械式传动方式传动方式示意图 图8三种传动方式传动方式对比表 表6三种传动方式性能比较类型操作 时间环境 要求构造运行速度维护价格液压式35分钟区域防爆需专业厂家定做，制作精度高。复杂（0.2-0.5）米/分专业人员，复杂1.8万元电动式10分钟区域防爆可购买，容易实现1米/分专业人员，复杂1.0万元机械式25分钟任何环境可购买，容易实现0.5米/分一般工人，简单0.1万元小组成员张洪岐、许永军先后于2013年6月27-28日，在技术检测大队泵修车间、胜利总机械厂咨询有关技术人员，查阅工程机械基础等相关资料，对三种传动方式进行性能对比。从表中可以看出，机械传动现场容易实现，成本低，日常维护操作简单易行。因此，优选机械传动方式。3、连接方式的优选（1）主支架连接主支架连接焊接铆接 连接方式 工房施工照片 图9焊接 图10铆接两种连接对比表表7 焊接质量跟踪表方案实验分析优缺点综合评价焊接1、操作人数：2人优点：对几何形体适应性强，构造简单，整体结构稳固，现场易于实现。缺点：对材质及焊接质量要求高。可行2、操作时间：1天3、成本：人工费、材料费600元4、加工：小组成员委托专业机械加工厂家，由2名专业资质焊接人员负责施工。5、试验：在现场进行1500kg承载量的强度抗压测试，连接处无异常变化。试验时间：2013年7月2日 地点：东营孚德机械厂 责任人：张洪岐表8 铆接质量跟踪表方案实验分析优缺点综合评价铆接连接1、操作人数：2人优点：传力可靠，韧性和塑性好。缺点：费钢、费工，操作精度高，成本高，开孔截面受力消弱，操作难度大。不可行2、操作时间：1天3、成本：人工费、材料费2500元4、加工：小组成员委托专业机械加工厂家，由2名专业资质人员负责施工。5、试验：在现场进行1500kg承载量的强度抗压测试，连接处无异常变化。试验时间：2013年7月8日 地点：东营孚德机械厂 责任人：许永军小组成员通过对上述两种连接方式的对比，认为在施工质量、安全性上两种连接均能达到要求，但从经济性和加工难以程度上，焊接比较普遍，容易实现。而铆接目前只用于承受较大的动力荷载的大跨度钢结构，一般情况下在工厂几乎为焊接所代替。因此，选用焊接连接。（2）辅助支架辅助支架连接普通精制螺栓普通粗制螺栓 连接方式对比表表9 辅助支架螺栓连接可行性评价表螺栓规格普通精制螺栓普通粗制螺栓精度分类A级和B级C级强度等级5.6级和8.8级4.6级和4.8级加工方式车床经过切削而成由未经加工的圆杆制成加工精度螺杆与栓孔直径之差为（0.250.5）mm螺杆与栓孔直径之差为（1.53）mm经济性能价格高价格经济用途构件精度很高的结构（机械结构），在钢结构中很少采用沿螺栓杆轴受拉的连接，次要的抗剪连接，安装的临时固定。评价结果不选用选用销轴安装示意图图11 销轴安装示意图剪切强度及挤压强度分析对选用粗制螺栓销轴的设计。A=P/2=12936/2270106=0.00002396m2计算得到：销轴直径D0=0.5524cm现场实际选用的销轴直径为D=25mm受到的剪切应力为：=QA=12936/214(2510-3)2=13.18MPa所以，足以满足剪切强度要求。挤压应力计算：jy=PAjy=1293625510-6=103.488MPajy=235MPa综上所述，所选直径的粗制螺栓销轴足以满足设计中的剪切强度和挤压强度要求。4、材质的优选（1）横梁材质选择 10H型钢12# H型钢14# H型钢横梁 横梁材质 横梁示意图图12 横梁受力示意图 图13横梁弯矩图受力分析起重量最大为1000kg，横梁长度为2m，倒链等附件重量约为100kg，考虑装置起吊重物时具有一定的动载荷，取动载荷系数为1.2。所以得到横梁受到的集中力为：P=G1+G2Kd=12939N=12.939KN根据横梁承受弯矩、强度和挠度计算公式，分别得到10#、12#、14# H型钢数据为：表10 10#、12#、14#型H字钢参数对比钢号中央最大弯矩N/m强度MPa刚度(挠度)cm重量kg价格（元）106524133.1430.4235422.412653984.3430.2128828.414655264.2350.1463533.8许用值140MPa吊装横梁要求l/500=0.4参考价：3800元/吨从表中看出， 10#、12#、14# H型钢理论上都可满足横梁强度要求，但从刚度校核看，10# H型钢结果非常接近于许用值(=140MPa)，不满足要求，12#、14#满足要求，考虑成本等因素，优先选择12#H型钢。（2）主支架材质选择8#槽钢10#槽钢12#槽钢主支架 主支架材质主支架示意图图14 主支架截面示意图主支架受力分析当起重物移动到主支架顶部时，主支架的受力最大。此时，不计横梁等自重，并考虑动载荷系数，主支架顶部受力为：P=12939N强度校核选择8号、10号、12号槽钢进行应力计算。=PA查机械设计手册可知8号、10号、12号槽钢的相关数据如下：表11 主支架强度校核表槽钢规格截面积，cm2实际应力MPa备注820.486.32各规格槽钢计算以两根槽钢按照图对焊而成1025.485.081231.384.12可知，各规格槽钢可以看出，各规格槽钢均满足强度条件要求。稳定性校核计算选用不同规格槽钢的主支架的失稳临界力如下。PLj=2EI(L)2临界力如下表：表12主支架临界力计算结果槽钢规格临界力安全系数853041.004.101081798.166.3212121387.209.38以上计算未考虑主支架所受的弯矩及振动影响。由于横梁选用12号H型钢，考虑横梁与主支架在安装时尺寸的匹配对应性，所以应选择较大规格的槽钢作为主支架，选择10号槽钢。（3）辅助支架：1寸钢管1.5寸钢管2寸钢管辅助支架辅助支架材质辅助支架受力分析设辅助支架与横梁的夹角为，两根辅助支架之间的夹角为。1)不同的角度对应的两辅助支架的长度计算如下表：表13 辅助支架的长度(单位：m)数据102030405060图例301.891.992.152.432.903.73602.112.222.402.713.234.16902.582.722.943.323.965.09从上述计算数据中看出，辅助支架两个角度过大，会占用较大的作业空间，施工不方便，同时不利于结构稳定。两辅助支架可看做二力杆，所受的内应力计算公式如下：=ND1A=ND114(D2-d2)式中，D和d分别为所选钢管的外径和内径，单位：m，钢管规格初步选择1寸、1.5寸、2寸。利用公式求出对应的辅助支架受到的压力ND，单位：N。表14辅助支架选择不同尺寸钢管的内应力(单位：MPa)从表中看出，不同规格的钢管，不同角度对其内应力产生较大影响。两支架与横梁夹角越大，两辅助支架之间夹角越大，所受的内应力越大，但都满足强度要求。2)辅助支架稳定性校核根据不同情况下辅助支架的长度，计算其稳定性。根据欧拉公式计算临界力为：PLj=2EI(L)2其中长度系数取=2。I=64(D4-d4) 不同角度下各规格支架所得的临界力（见表15）。表15辅助支架选择不同尺寸钢管的临界力(单位：N)从表中看出，辅助支架与横梁夹角越大，两支架之间夹角越大，辅助支架失稳的临界力越小。选择1.0寸钢管不满足稳定性要求；选择1.5寸和2.0寸钢管时，在不同角度下会失稳（如图15红色所示）。综上所述，两辅助支架之间的夹角为20-60较合适，而辅助支架与横梁的夹角应在20-30（如图15蓝色所示）。该范围的数据既能满足强度要求，又能满足支架稳定性要求，同时其长度也适合现场实际。小组成员决定选用1.5寸钢管。（三）确定最佳方案图15集输泵站泵机组移位装置最佳方案五、制定对策表16 对策表六、对策实施实施一：设计图纸。2013年7月20日图纸设计完毕。图16随车吊式装置加工图实施二：加工组装。 2013年7月25日，小组成员委托具有加工资质的东营孚德机械制造厂进行加工制作。8月3日装置加工组装完成。 图17 集输泵站泵机组移位装置样机实施三：现场试验。2013年8月5日，小组成员将装置运至一矿掺水接转站在1#外输泵进行试验，取得预期效果。图18现场试验照片 8月15日，小组成员用该装置对接转站2#外输泵更换机械密封实施电动机移位操作。同时邀请采油厂集输科、机动科、安全科、科技办等专家对装置现场应用试验情况进行评价、论证。 图19现场试验照片8月24日，小组成员又将装置运到胜采一矿宁海站，对该站4#脱水泵进行电动机移位操作。 图20电动机移位操作照片经过三次现场操作进一步验证，泵机组故障移位装置取得预期效果。操作只需三名职工，时间在25分钟以内，操作方便，安全可靠。七、效果确认（一）目标值检查装置应用后，小组成员统计了2013年9月2014年2月现场使用情况，取得预期效果。表17 泵机组故障移位装置使用情况统计表序号实施日期设备名称实施人实施单位实施情况使用时间（分）12013.9.223#外输泵张新华、李明涛李卫东、接转站换新电机2522