海洋鉆修機滑靴優化設計

海洋鉆修機滑靴優化設計

王曉雷

(中海油能源發展裝備技術有限公司 機械設備技術服務中心, 天津 300452)

摘要：針對近年來海洋鉆修機滑靴經常發生嚴重劃痕、偏磨等問題，分析認為傳統的滑靴結構存在潤滑性能差，維護難度大等缺點，設計開發新型滑靴，對原滑靴結構進行優化，增加了自潤滑墊板以及強制潤滑機構，解決了滑靴潤滑效果差，無法維護的難題。實際應用表明，該新型滑靴大大提高了海洋鉆修機的使用性能。

關鍵詞：海洋鉆修機;滑靴;優化設計;自潤滑;可維護

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.018

中圖分類號：U662；P756.5

文獻標志碼：A

文章編號：1671-7953(2015)05-0062-03

收稿日期：2015-07-30

作者簡介：第一王曉雷(1979-)，男，學士，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:海洋鉆修機技術

E-mail:wxljhx@126.com

海洋鉆修機是海洋鉆采平臺上的關鍵設備，是實現鉆采作業的設施。滑靴是海洋鉆修機承載的支撐部位，也是其在導軌上縱橫滑移的部位。傳統鉆修機滑靴只是簡單的鋼結構組焊件，未考慮后期使用中潤滑、維護等問題。鉆修機滑移易造成滑靴產生偏磨、劃痕等問題，但又無法在現場進行維修，造成維修盲點，給鉆修機滑移性能及支腿承載情況均造成不利影響。近年來，鉆修機總機重量漸趨變大，鉆修機滑靴及導軌出現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傳統滑靴結構形式及缺點

傳統鉆修機滑靴的結構形式為鋼結構組焊件，滑靴安裝在鉆修機導軌上，能夠沿導軌滑移。常見結構形式見圖1。

圖1　傳統滑靴結構

傳統滑靴與導軌直接接觸，在使用時，導軌表面涂抹潤滑脂，鉆修機沿導軌方向滑移。這種形式的滑靴存在明顯缺點。

1)潤滑效果不好。在鉆修機滑移時，滑靴前端常常將潤滑脂從導軌表面刮走，導致滑靴與導軌貼合部位只殘余很少一點潤滑脂，不能達到良好的潤滑效果。滑靴底板與導軌容易產生劃痕，滑靴底板的劃痕不易清理、維修。得不到及時修理的滑靴底板隨著使用而加劇摩擦和劃痕。隨著滑靴與導軌之間劃痕加劇，滑移時摩擦力加大，影響鉆修機正常滑移。

2)滑靴維修難。目前投入使用的海洋鉆修機多套設備出現刮傷、劃傷及重度撕傷等現象[1]。滑靴損傷面均為下平面，其緊靠著導軌上平面。滑靴出現劃痕時，無法對滑靴損傷部位進行修復，只能對導軌面的劃痕進行修復。滑靴與導軌之間劃痕或者偏磨嚴重時，造成支點受力不均，對鉆修機承載產生不利影響。滑靴由于承受鉆修機整機重量超過200 t，現場無法進行維修。即使采用千斤頂頂起一定高度也只能對滑靴損傷部位進行簡單的打磨、矬平等簡單處理。鉆修機整機重量200 t左右，千斤頂起升作業風險大。

2滑靴優化設計

針對以上問題，對滑靴結構進行優化設計。借鑒滑動軸承原理，在滑靴底板下面設計一塊可拆卸式墊板，利用沉頭螺釘固定在滑靴上。在后期使用中，墊板可根據使用情況進行更換。新滑靴結構見圖1、2。

圖2　新滑靴的結構

圖3　墊板結構

2.1滑靴墊板選型

根據墊板的使用條件，材質選擇必須滿足以下條件。

1)耐磨性。墊板是與導軌相對滑移的部件，因此要求有較高的耐磨性。

2)自潤滑性。墊板材質良好的自潤滑性能，在潤滑不良情況下，夠確保鉆修機順利滑移。

3)耐腐蝕性。滿足海洋潮濕、鹽霧的使用環境。

根據上述材料性能要求，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性能，在缺乏潤滑介質和以水為介質時，有特別好的自潤滑性能，耐硫酸腐蝕，易切削，但鑄造性能差。常應用到高滑動速度的軸承，符合達到40 MPa的零件，耐腐蝕零件等。由于鉆修機滑靴經常出現潤滑狀況不良的現象，因此，該材質的自潤滑性能能夠更好地滿足鉆修機滑移的要求。該材料耐腐蝕性能夠更好地滿足海洋鹽霧、潮濕環境的要求。

其主要成分和力學性能見表1、2。

表1　20-5鉛青銅成分

表2　20-5鉛青銅力學性能

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

圖4　墊板潤滑油道

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

3.2滑靴潤滑方式改進

根據目前傳統滑靴潤滑方式存在的不足，設計一套強制潤滑裝置。通過在每個滑靴上增加一套強制潤滑裝置，并在滑靴上設計潤滑脂油槽、油道，實現增強潤滑效果的目的。

本套強制潤滑裝置主要由調速閥、液動油杯、潤滑管路組成。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)，通過調速閥手動控制液動油杯的給油速度。液動油杯采用大容量油杯，內部盛放潤滑脂能夠滿足常規滑移行走所需的油脂量。液動油杯出口與滑靴墊板上的注油接頭連接。在鉆修機滑移時，手動調整調速閥，保證液動油杯輸出的潤滑脂油量能夠滿足鉆修機滑移要求。在鉆修機滑移時，通過利用液動油杯的高壓作用，強制將潤滑脂注入到鉆修機滑靴與導軌之間的油道，從而實現滑靴與導軌接觸面充分覆蓋潤滑脂油膜。該潤滑裝置原理見圖5。

圖5　新型強制潤滑裝置

3結論

新型鉆修機滑靴結構簡單、性能可靠、操作安全簡單、成本低廉且改造工作量小，能夠實現鉆修機滑靴的可維護，能夠改善滑靴潤滑效果，提高鉆修機滑移的安全性、可靠性，對鉆修機的設計、建造以及在役鉆修機的升級改造具有十分積極的意義。

參考文獻

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

[2] 聞邦春.機械設計手冊第5版，北京，機械工業出版社，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