绞车滚筒乱绳原因分析及解决方法.docx

绞车滚筒乱绳原因分析及解决方法高加索1 ,范吉祥2 ,刘文娟3(1 . 南阳二机石油装备 (集团) 有限公司 ,河南 南阳 473006 ;2 . 大庆油田井下作业分公司 ,黑龙江 大庆 163355 ;3 . 长庆油田分公司 机械制造总厂 ,西安 710201)摘要 :绞车滚筒乱绳是造成钢丝绳过快磨损和失效的主要原因之一。结合生产 、服务经验 ,对绞车滚筒乱绳的原因进行了分析 ,并提出了解决方法 ,对油田作业现场有效解决绞车滚筒乱绳、提高作 业效率、降低作业成本提供了理论依据。关键词 : 绞车 ;钢丝绳 ;乱绳中图分类号 :文献标识码 : BT E923Analysis and Sol ution f or D isorders of Wire Rope on Dra wwork DrumGA O J ia2suo1 , FA N J i2xia ng2 ,L IU We n2j ua n3( 1 . R G Pet ro2M ac hi ne r y ( Grou p) Co. , L t d. , N a n y a n g 473006 , Chi n a; 2 . D ow n hole O pe rat i on Com p a n y , D aqi n g Oi l f i el d , D aqi n g 163355 , Chi n a; 3 . M ac hi ne r y Fact or y o f Ge ne ral , Cha n g qi n gOi l f iel d Com p a n y , X ian 710201 , Chi na)Abstract : The wi re rop e di so r der i s o ne of t he mai n f acto r s t hat ca u se d t he quick a bra sio n a nd t hequic k i nefficacy of t he wi re rop e . Acco r di ng to t he p ro ductio n a nd se r vice e xp erie nce s , a sy st e m2atic a nal ysi s of wi re rop e di so r der s wa s ma de , a nd a co r re spo ndi ng sol utio n fo r t hi s p ro ble m wa s而在野外及露天环境下的工作可靠度高 ,比电控、液控等自动安全阀具有优势。 p0 T(3)qv = q0p T 0代入标准参数得主阀芯和阀座选用高硬度 、耐腐蚀金属陶4)瓷材料 ,具有很高的耐冲蚀能力 ;其他部件均采用耐H2 S 、CO2 腐蚀的高强度不锈钢 ,适用于输送各种类 型的天然气 。Tqv = 3 . 70 10 - 4 q0(4)p结论7参考文献 :1)设计的自动防喷安全阀在正常生产时不影王志云 ,张积明. 全通径井下自动防喷器设计 J . 石油矿场机械 ,2009 ,38 (4) :37240 .王志云 , 张积明. 燃气管线自动防喷安全阀的研制J . 石油机械 ,2009 ,37 (6) :58261 .赵正修. 石油化工压力容器设计 M . 东营 :石油大学 出版社 ,1996 .陆元章. 现代机械设备设计手册 : 2 卷 K . 北京 :机械 工业出版社 ,1996 . 1 响生产 ,一旦管线发生喷漏 ,可以立即关闭 ,切断气源 ;事故处理完后不需调整就可以方便地恢复生产 ,使用方便 ,维护费用很低 。 2 2)设计了限定流量调节机构 ,可以方便地无 3 级调节限定流量。纯机械控制的燃气管线自动防喷安全阀结3) 4 构简单 ,不需要复杂的检测系统和辅助控制系统 ,因收稿日期 :2009208219作者简介 :高加索 (19672) ,男 ,河南唐河人 ,高级工程师 ,1990 年毕业于西安石油学院 ( 现西安石油大学) 机械制造工艺与 设计专业 ,从事钻采设备的设计制造工作 , E2mail : r ggj s 126 . co m 。第 39 卷 第 2 期高加索 ,等 :绞车滚筒乱绳原因分析及解决方法83 p re se nt e d . It p ro vi de s t heo retical ba si s of eff ectivel y sol vi ng wi re rop e di so r der s wit h a p urpo se toi mp ro ve t he op erati ng efficie ncy a nd to re duce op e rati ng co st s o n oil fiel d op eratio n s.Key words : draw wo r k s ; wi re rop e ; wi re rop e di so r der s钢丝绳在油田起重作业中起着很重要的作用 。随着石油工业的发展 ,钻井和修井作业效率都有很 大的提高 ,对钢丝绳的质量和可靠性要求也随之提 高。在冲击载荷增大 ,运行速度增加 ,弯曲半径减小 的情况下 ,钢丝绳在作业中经常出现磨损、变形和结 构破坏等过早失效现象 1 。滚筒乱绳是造成钢丝绳 过早失效的主要原因。本文分析了乱绳原因 ,提出 了解决方法。乱绳原因分析乱绳就是主滚筒钢丝绳排列不整齐 ,乱绳有空 槽、咬绳、背绳 3 种表现形式。空槽就是跳过相临的 绳槽排到后面的绳槽中而空出 12 个绳槽 ;咬绳就 是绳槽间隙太小硬往里面挤产生较大的摩擦声 ; 背 绳 (有人叫骑绳) 就是钢丝绳不按顺序往下排而在同 一地方堆积 ,越堆越高 ,支撑不住后突然倒下产生比 摩擦声更大的垮塌声 ,所谓“水往低处流 ,绳往高处 走”就是这种现象 。2绞车钢丝绳早期失效原因1钢丝绳在使用过程中要受到循环载荷的作a)用 , 一直处于加速、匀速 、减速 、停止等运行状态 , 钢丝绳所经过的部位都会对钢丝绳产生强烈的摩擦 ,导致钢丝绳表面温度急剧升高 , 对钢丝绳的性能产 生极大的影响 2 。在钻井、修井作业过程中 ,常出现绞车钢丝b)绳排列不整齐、相互挤的乱绳现象 324 ,其他部件运行状态不良对钢丝绳的影响是单方面的 ,乱绳对钢 丝绳寿命的影响则是双倍的 ,是钢丝绳过早失效的主要原因之一 ,严重时作业不完 1 口井就必须更换 钢丝绳 ,严重影响作业效率和生产成本 。钢丝绳乱 绳和磨损情况如图 15 。图 3钢丝绳磨损现象 图 4钢丝绳磨损现象 图 1 钢丝绳排列混乱挤压变形情况图 5钢丝绳磨损现象 图 2 钢丝绳排列混乱情况84 石 油 矿 场 机 械2010 年 2 月钻机和修井机绞车主滚筒通常配有里巴斯 (L e2bu s) 绳槽 5 ,并且在设备出厂前都做过排绳试验 ,主 滚筒钢丝绳排列不整齐 ,空槽 、咬绳 、背绳都不允许出厂。钻机、修井机使用一段时间后可能会出现上述现象 ,根据生产、服务经验 ,总结原因主要有 10 个 方面。当游车下到下死点位置时 ,滚筒上应保留 69 圈钢丝绳 7 ;按国外监理公司的要求 ,大钩装吊卡 、吊卡 下落至转盘上平面时 ,滚筒上应留 1217 圈钢丝绳(过半层) 。这些规定是计算的结果 ,结果的不同取决于使用场合和固定钢丝绳的终端夹的结构形式 , 蕴涵的道理都是一样的。钢丝绳缠绕太少 ,摩擦力 不够 ,容易引起快绳头脱落 ,造成墩钻 ; 钢丝绳缠绕太多 ,容易出现排绳不齐、乱绳、咬绳现象 ,加快钢丝 绳的磨损 ,并且影响快绳拉力 ,造成传动系统过载 。 虽然不同场合有不同的要求 ,但有 2 条原则必须遵 循 : 游车大钩下放到地面 ( 或坡道下端) 时滚筒上 必须有多余的绳子 ; 游车大钩吊管柱离开卡盘上 升时快绳必须在滚筒的第 1 层。这 2 条是保证钢丝绳不脱落 、传动系统又不过载的前提条件 ,作业过程 中必须严格遵守。钢丝绳使用一段时间后 ,尤其是载荷较大a)时 ,会磨损、拉长、变细。绳槽间距不变 ,钢丝绳直径变小 ,会出现排不齐现象。钢丝绳更换后直径和原 来不一样 ,也可能造成排列不整齐。通常认为钢丝 绳直径变小 ,只会出现空槽现象 ,其实不是 ,在这一 层出现空槽或假空槽 ,在下一层上会出现咬绳或背 绳。钢丝绳受力时产生的结构伸长导致附加应力 ,结构伸长越大 ,产生的附加应力也就越大 ,附加应力 对钢丝绳性能的影响非常大。滚筒上每层通常有30 多圈钢丝绳 ,当钢丝绳直径相对于公称直径减小3 % ,每层就要错 1 圈 。通常当钢丝绳直径相对于公 称直径减小 1 % 时就会发生乱绳现象。当钢丝绳直径相对于公称直径减小 7 %或者更多时 , 即使没有 发现断丝 ,也应该将此绳报废 2 。通常 ,钻机、修井机滚筒的里巴斯绳槽都是b)左旋向、下出绳 ,钢丝绳捻向必须根据滚筒的缠绕方向来定。钢丝绳在使用时缠绕方向对钢丝绳的排列 影响很大 ,所以要按照滚筒的旋向正确领用钢丝绳 。如果钢丝绳捻向不正确 ,钢丝绳在缠绕过程中就会出现解捻 (松劲) 现象 ,导致钢丝绳使用时排列混乱 、 磨损加快 、承载能力下降。这一点很容易理解也很 容易被忽视 ,因为订购钢丝绳时不注明旋向即视为右旋。钢丝绳的捻向根据图 6 选择 2 。a 右旋卷筒配左捻钢丝绳滚筒上钢丝绳排列整齐与否 ,与第 1 层的c)排列情况有很大关系。第 1 层排不好 ,后面的肯定混乱。所以第 1 层必须拉紧、密实 ,尤其是入绳口必 须排好 (如图 7 ) ,入绳口排好则可以使快绳切入摩损减小到最小程度 ,使钢丝绳排列整齐快捷 。向滚 筒上缠绕钢丝绳时最好持续施加一定的预紧力 ,以50 kN 左右为宜 ,换算成钩载大约为游车大钩的自 重力。正确的缠绕方法会使钢丝绳在第 1 层缠绕时 略微上劲 ,使钢丝绳的自身握紧力增强 ,避免结构松弛造成的排列混乱和结构破坏 。b 左旋卷筒配右捻钢丝绳图 6 钢丝绳的捻向和卷筒旋向关系钢丝绳都是成盘供应 ( 通常为 1 000主滚筒钢丝绳排列不整齐和钢丝绳的缠绕e)md)1 盘) ,捻制钢丝绳时必须施加外力 (如图 8) ,钢丝绳缠到绳盘上后存在很大的旋转应力 ,拉出后要旋转 很多圈才能把应力释放完。钢丝绳往绞车滚筒上缠绕前必须把应力完全释放 ,否则也会造成钢丝绳扭数量有关 。关于缠绕数量 ,不同的场合有不同的标准 ,按机械设计禁忌 500 例的要求 ,当起重吊钩下 降至最低点时 ,钢丝绳在卷筒上应至少保留 2 圈 6 ;按石油行业标准石油修井机使用与维护的要求 ,第 39 卷 第 2 期高加索 ,等 :绞车滚筒乱绳原因分析及解决方法85 结、排绳不齐、磨损加快。都会引起排绳混乱。主滚筒钢丝绳排列整齐与否还和操作有关g)系。正常作业时不要紧急刹车和突然启动 , 要尽量匀速起落 , 辅助刹车更不要当成主刹车使用。大油 门摘挂离合器或一下刹死 , 引起剧烈震动和冲击 , 会 导致大绳跳槽 , 造成排绳混乱 , 而且会造成传动系统 损伤 , 减少使用寿命。主滚筒钢丝绳排列不整齐和滚筒绳槽两侧h)调整板 (也称之为耐磨板) 的磨损有很大关系 。调整板的作用一是用来调节绳槽宽度 ,二是减少钢丝绳 对滚筒体的磨损。调整板的材质通常为 Q235 (低碳 钢) ,很容易磨损 ( 用中碳钢或高碳钢虽耐磨但焊接 性能差) ,属于易损件 。调整板磨损后 ,绳槽宽度加 大 ,钢丝绳排列不紧密 ,造成下一层或下下层乱绳 。 建议生产厂家将调整板材质改为中碳钢或高碳钢 , 固定方式由焊接改为螺栓连接 ,以增加耐磨性 ,也便 于磨损后的更换。图 7钢丝绳入绳口的排列更换刹车毂或游动系统滑轮时破坏了原来i)的动平衡 , 产生不平衡抖动也会造成钢丝绳排列混乱。主滚筒钢丝绳排列整齐与否和滚筒绳槽板j)的设计尺寸有关。绳槽的宽度、深度 、槽间距不合适 ,会影响钢丝绳的排列 ( 如图 9) ,使磨损加快 , 可 以通过试验发现问题 。a 非捻制状态图 9 绳槽尺寸对钢丝绳排列的影响解决方法2钢丝绳排列不整齐、磨损快是一个很复杂的问题 ,是各种因素综合影响的结果 ,很难归咎于某一原 因。针对绞车滚筒乱绳的原因 ,提出以下解决方法 , 供现场作业人员参考 。b 捻制状态图 8 钢丝绳捻制状态车装钻机主滚筒钢丝绳排列整齐与否还与f )检查钢丝绳的规格型号是否和绳槽吻合 ,a)井场地面平度、底盘平度 、井架直度 、绷绳松紧一致与否、快绳轮磨损程度有关系 。各种误差、间隙、变 形累积 , 造成天车快绳轮和主滚筒相对位置的改变 ,是否符合使用说明书的要求。b)检查钢丝绳的捻向是否适合滚筒的旋向。第 1 层必须排整齐 , 必要时下大功夫修磨c)86 石 油 矿 场 机 械2010 年 2 月入绳口 , 保证入绳的角度合适、圆滑、通顺 , 缠绕第 1层时必须施加预紧力 , 防止出现空套现象。备稳绳器 。车装钻机 、修井机可以加装一种可折叠的稳绳器 ,当井架立起进行起下钻作业时 ,稳绳器打 开工作 ;当井架放倒运输时 ,稳绳器折叠收起 ,不用 拆卸 ,不影响运输 。主滚筒上钢丝绳的缠绕数量多少很重要 ,d)务必遵循 1 . 4 所述 2 条原则。推荐做法 :换钢丝绳时先把游车大钩放到地面( 无钻台) 或放到坡道下端 ( 有钻台) , 支起游车一端 , 固定好活绳头后撤掉支 撑 ,用游车大钩的重力作为预紧力缠绕钢丝绳 。这样做不仅符合 1 . 3 的要求也符合 1 . 4 的要求 , 是最 省事的做法。更换里巴斯绳槽板。里巴斯绳槽板 ( 如图j)10) 通常为铸钢件 ,根据生产方式的不同可分为整体加工和分体组合 2 种形式 ,专业生产厂家都有加工 里巴斯绳槽的专门设备 ,能够保证加工精度。偶尔有设计不合理、加工工艺参数调整失误 、加工误差累积等原因造成绳槽的宽度、深度 、槽间距超标 ,也可 能引起排绳混乱 。乱绳通常出现在每层的最后几 圈。这种原因引起的乱绳 (刚开始可能不太明显 ,出 厂试验时未被发现、处理 ,随着绳槽和钢丝绳的磨损 而加剧) 必须更换绳槽板才能解决。整体式绳槽板 更换起来很麻烦 , 必须拆开绞车 , 连滚筒体一起更 换。分体式绳槽板 ,滚筒和绳槽板是可以拆分的 ,容 易更换绳槽板。不同厂家生产的钢丝绳内应力大小不一e)样 ,应力大小和钢丝绳存放的时间也有关系 。往滚筒上缠绕钢丝绳前最好先释放应力。更换刹车毂或天车滑轮时 , 必须进行动平f )衡试验。便携式动平衡仪在作业现场可以很方便地检测出回转体的不平衡力矩 , 在指示的方位添加或 去除计算好的质量 , 使滚筒和滑轮保持动平衡。严格按照操作规程 , 养成良好的操作习g)惯。高速起下钻、一下刹死对钢丝绳的排列不利 , 对刹车系统的损伤严重 。结论3更换绳槽调整板( 如图 10) 可以很大程度1)绞车滚筒乱绳是造成钢丝绳过快磨损、过h)上解决乱绳问题。绳槽调整板的厚度可以根据磨损情况和现场乱绳程度决定。更换绳槽调整板并不麻 烦 , 只需把外圈段焊的焊缝割掉 , 打磨后即可更换 。 只更换无入绳口一侧( 左调整板) 就可以解决问题。早失效、影响使用寿命的主要原因。2)滚筒乱绳有各种表现形式 ,原因各不相同 。所使用钢丝绳的规格 、型号 、旋向 、缠绕数量、缠绕方法不合适 ,滚筒绳槽的宽度 、深度 、槽间距不合理 ,是