QC成果報告-延長高壓活動彎頭使用壽命

延長高壓活動彎頭使用壽命企業(yè)名稱：中國石化勝利油田分公司孤島采油廠 小組名稱：特車大隊技術(shù)革新QC小組課題類型：攻關(guān)型2014年4月目 錄前 言 2一、小組概況 3二、術(shù)語解釋 4三、選題理由 5四、現(xiàn)狀調(diào)查 6五、目標設(shè)定12六、原因分析13七、要因驗證.14八、制定對策23九、對策實施23十、效果確認32十一、鞏固措施33十二、總結(jié)及下步打算33前 言孤島采油廠特車大隊現(xiàn)有水泥車、洗井車等在用生產(chǎn)設(shè)備109臺套，負責(zé)采油廠原油生產(chǎn)保障任務(wù)。水泥車是油水井施工作業(yè)的重點配套設(shè)備。主要是依靠主車柱塞泵提供一定壓力和排量的液體，通過高壓管匯系統(tǒng)輸送到油水井管柱內(nèi)，滿足油水井作業(yè)施工需要，年度配合水泥車油水井作業(yè)工作量15000余次施工。一、小組概況表1 小組概況表小 組 名 稱特車技術(shù)組QC小組組建時間1990.01小 組 編 號SGC-TC-001-2013注冊時間2013.03活 動 日 期2013.1-2013.8活動次數(shù)16小 組 類 型攻關(guān)型活 動 方 式集中與分散活動相結(jié)合本次活動主題延長高壓活動彎頭使用壽命小組成員簡介序號姓 名性別年齡文化程度職稱或職務(wù)分 工1何茂林46男大學(xué)高級工程師組長 方案設(shè)計2高全新47男大學(xué)高級工程師方案設(shè)計3吳文杰40男大學(xué)高級工程師方案設(shè)計4呂朝顯39男大學(xué)高級工程師組織實施5孫敬軍45男大學(xué)工程師組織實施6張安良40男大專技師資料整理7張鳳偉38男大學(xué)工程師組織實施8吳亞鋒39男大專技術(shù)員現(xiàn)場實施9賈 燕30女大學(xué)工程師資料整理10張 蒙25男大專駕駛員資料整理取得成績2010年 勝利石油管理局優(yōu)秀QC成果二等獎2012年 全國優(yōu)秀質(zhì)量管理小組成果一等獎制表人：何茂林 制表時間：2013年1月5日二、術(shù)語解釋圖1 高壓活動彎頭制圖人 張鳳偉 制圖時間 2013年1月5日1、高壓活動彎頭：高壓活動彎頭（圖1）。高壓活動彎頭是油田修井作業(yè)連結(jié)管線的活動連接件，每個高壓活動彎頭有兩個活動關(guān)節(jié)，調(diào)節(jié)方向。它具有調(diào)節(jié)方位多變，連接快捷的特點。其規(guī)格有14,額定工作壓力14140MPa。2、彎頭活動關(guān)節(jié)：活動彎頭關(guān)節(jié)（圖2）是高壓活動彎頭調(diào)節(jié)方位旋轉(zhuǎn)密封副。主要由A彎頭母體、 B橡膠密封圈、 C鋼球、 D接頭體等構(gòu)成。A 彎頭母體B 橡膠密封圈C 鋼球D 彎頭接頭圖2 彎頭活動關(guān)節(jié)及組件圖制圖人 張鳳偉 制圖時間：2013年1月5日彎頭活動關(guān)節(jié)3、U形膨脹密封圈。U型膨脹密封圈截面呈“U”形內(nèi)環(huán)槽的彈性密封件，借助液體壓力作用在U形環(huán)面上，密封圈膨脹，實現(xiàn)密封。圖3 U型膨脹密封圈制圖人 張鳳偉 制圖時間：32013年1月5日三、選題理由安全環(huán)保要求作業(yè)井場無污染高壓彎頭使用現(xiàn)狀選擇課題彎頭滲漏廢彎頭延長高壓彎頭使用壽命勝利油田有限公司孤島采油廠自2012年6月提出了“作業(yè)井場零污染”的環(huán)保要求。按照這個要求，作業(yè)施工過程中發(fā)生滲漏、刺漏的高壓活動彎頭都不能再繼續(xù)使用，必須及時進行更換。這樣導(dǎo)致了2012年下半年特車大隊高壓彎頭的使用壽命由317小時縮短到了193小時，極大的占用了大隊生產(chǎn)成本。為了降低高壓活動彎頭的使用成本，我們QC小組以延長高壓活動彎頭使用壽命為課題開展了攻關(guān)活動。四、現(xiàn)狀調(diào)查為了解高壓活動彎頭的使用現(xiàn)狀，小組對2012年全年高壓活動彎頭的使用情況進行了詳細調(diào)查。調(diào)查一 高壓活動彎頭使用情況由于2012年6月采油廠提出了“作業(yè)井場零污染”的環(huán)保要求，在2012年7月至12月期間，作業(yè)施工過程中滲漏嚴重和刺漏的高壓活動彎頭都要進行更換。因此，小組成員重點對2012年1月至6月期間和7月至12月期間高壓活動彎頭的使用情況進行了對比調(diào)查（見表1）。表1 2012年高壓活動彎頭使用調(diào)查統(tǒng)計表序號時間數(shù)量（只）單價（元/只）使用時間（小時）材料費（元）平均使用壽命（小時/只）12012.01-0664950202886080031722012.07-1210695020476100700193標準要求320 制表人：何茂林 制表時間：2013年1月5日從表1可以看出，由于開展井場“零污染”治理，2012年下半年較上半年，在工作量基本相同的情況下，多消耗高壓活動彎頭42只，增加材料消耗3.99萬元，彎頭平均使用壽命從317小時縮短到193小時（圖4）。如果按這種情況進行測算，2014年需多消耗8萬元材料費，成本嚴重超標。圖4 高壓活動彎頭使用壽命對比圖制圖 何茂林 時間 2013年1月5日調(diào)查二 高壓活動彎頭損壞情況調(diào)查為進一步找到高壓活動彎頭使用壽命短的癥結(jié)所在，小組成員對2012年所有廢棄的高壓活動彎頭（見圖5）進行了調(diào)查。廢棄的高壓活動彎頭圖5 廢棄的高壓活動彎頭圖制圖人 吳亞鋒 制圖時間 2013年1月8日通過對現(xiàn)場施工人員進行詢問以及查閱施工記錄本、領(lǐng)料臺賬等記錄，小組人員對高壓活動彎頭更換前的失效形式進行了統(tǒng)計（見表2）。表2 高壓活動彎頭失效形式調(diào)查表序號存在問題頻次（只）頻率（%）累積頻率（%）1低壓滲漏6763.20863.2082中高壓滲漏2927.35890.5663絲扣損壞54.71795.2834由壬損壞32.83298.1135壁厚不足21.8871006合 計106100制表人：何茂林 制表時間：2013年1月5日從表2表我們可以看出，造成高壓活動彎頭更換的主要失效形式為低壓滲漏和中高壓滲漏，占了總失效形式的90.6%。對比這兩種失效形式與絲扣損壞、由壬損壞、壁厚不足這三種失效形式，我們發(fā)現(xiàn)，前兩種失效全部發(fā)生在高壓活動彎頭的關(guān)節(jié)頭部位（見圖6），后三種失效則發(fā)生在高壓活動彎頭的兩端。圖6 高壓活動彎頭關(guān)節(jié)頭為了進一步找出影響高壓活動彎頭使用壽命的最主要因素，小組成員對廢棄的高壓活動彎頭的關(guān)節(jié)頭進行了拆解。通過拆解我們發(fā)現(xiàn)，在低壓施工過程中發(fā)生滲漏的關(guān)節(jié)頭內(nèi)的主要是由密封圈無法與制圖人 張鳳偉 制圖時間 2013年1月5日關(guān)節(jié)頭形成有效密封，而在高壓施工過程中發(fā)生滲漏的是由于關(guān)節(jié)頭軸向活動間隙大造成的。通過對關(guān)節(jié)頭失效部位位逐一分解并記錄，小組成員制作出了高壓活動彎頭滲漏影響因素調(diào)查表（表3）表3 高壓活動彎頭滲漏影響因素調(diào)查表序號存在問題頻次（只）頻率（%）累積頻率（%）1密封圈低壓密封不良5860.4260.422活動關(guān)節(jié)軸向間隙大2425.0185.423密封圈老化55.2190.634密封圈磨損44.1794.795密封面磨損33.1397.926其他22.08100制表人：何茂林 制表時間：2013年1月5日根據(jù)調(diào)查表，繪制了高壓活動彎頭滲漏影響因素分析排列圖（圖7）密封圈低壓密封不良活動關(guān)節(jié)軸向間隙大密封圈老化密封圈損壞密封面損壞其他高壓活動彎頭滲漏頻次（次）高壓活動彎頭滲漏累計頻次（%）10203040506070809010010%20%30%40%50%60%70%80%90%100%圖7 壓活動彎頭滲漏影響因素排列圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月5日n=58n=24n=5n=4n=3n=260.42%.42%85.42%.42%90.63%.42%94.79%.42%97.92%.42%從排列圖中可以看出，密封圈低壓密封不良、關(guān)節(jié)頭軸向活動間隙大兩項的比例占為85.42%，是造成高壓活動彎頭使用壽命短的最主要問題。五、目標設(shè)定1、活動目標將高壓活動彎頭的平均使用壽命從193h延長到320h（圖10）制圖人 何茂林 時間 2013年1月8日圖8 小組活動目標柱狀圖依據(jù)：石油鉆采高壓管匯件通用技術(shù)條件2、目標實行可行性分析2、目標可行性分析根據(jù)壽命周期理論，疲勞磨損公式：t=常數(shù)/m6。金屬材料壽命與承受的應(yīng)力的六次方之積成反比，只要降低金屬材料受到的應(yīng)力10%，則（1-10%）6=0.53144，即可延長壽命t=1/0.53144=1.88倍。高壓活動彎頭是軸承式結(jié)構(gòu)，兩道軌道槽，放入鋼球，承受液力沖擊振動負荷。增加鋼球軌道和承載負荷鋼球數(shù)，可以降低每只鋼球的應(yīng)力。320h/193h=1.658倍1.88倍，因此，目標能夠?qū)崿F(xiàn)。六、原因分析針對造成高壓活動彎頭使用壽命短的主要癥結(jié)，QC小組成員集思廣益，繪制了影響因素關(guān)聯(lián)圖（圖9）保養(yǎng)不及時導(dǎo)軌、鋼球潤滑不良材料性能差熱處理工藝不合適密封面壓不緊密封圈低壓密封不良接頭與母體結(jié)合長度短高壓彎頭劇烈振動接頭與座孔偏心密封圈預(yù)緊力不足低壓下密封圈膨脹量不足密封圈易老化圖9 高壓活動彎頭滲漏影響壽命問題癥結(jié)影響因素關(guān)聯(lián)圖制圖人 何茂林 時間2013年1月10日鋼球及軌道負荷大活動關(guān)節(jié)軸向間隙大鋼球直徑磨損變小軌道寬度磨損變大軌道及鋼球耐磨快鋼球及軌道沖擊磨損鋼球及軌道接觸應(yīng)力大密封圈易損壞低壓下密封圈膨脹不及時結(jié)論：經(jīng)過對高壓活動彎頭低壓密封不良及活動關(guān)節(jié)軸向間隙大兩個問題進行分析，最終確定了五個末端因素:末端因素一：保養(yǎng)不及時 末端因素二：高壓彎頭劇烈振動末端因素三：材料性能差 末端因素四： 密封圈預(yù)緊力不足尾端因素五：鋼球及軌道負荷大七、要因驗證為確保集中精力解決主要關(guān)鍵問題，小組成員制定了要因驗證計劃表（表4），并按照驗證計劃對五個末端因素逐一進行了要因驗證，驗證過程如下。表4 要因驗證計劃表序號末端因素確認方法證據(jù)來源確認時間確認地點確認人1保養(yǎng)不及時現(xiàn)場調(diào)查操作驗證、看保養(yǎng)臺賬2013.1.11特車車場一中隊何茂林吳亞峰2高壓活動彎頭劇烈振動現(xiàn)場調(diào)查施工井場2013.01.11GDX2-2GD1-7X904張鳳偉 張 蒙3材料性能差現(xiàn)場調(diào)查供貨商資質(zhì)證明；采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督記錄臺賬2013.01.11物資供應(yīng)中心采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督中心呂朝顯賈 燕4密封圈預(yù)緊力不足現(xiàn)場調(diào)查高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)分析及密封預(yù)緊力不足分析2013.1.12特車大隊何茂林呂朝顯5鋼球及軌道負荷大現(xiàn)場調(diào)查對高壓活動彎頭進行高壓活動彎頭負荷與壽命分析，確定鋼球及軌道負荷與壽命量化關(guān)系。2013.1.12特車大隊何茂林呂朝顯制表人：何茂林 制表時間：2013年1月10日要因驗證一：保養(yǎng)不及時驗證標準：現(xiàn)場操作是否規(guī)范、檢查總體潤滑保養(yǎng)是否達到52次/年.只 驗證時間：2013年1月11日 驗證地點：特車車場 一中隊驗證人：何茂林 吳亞鋒 圖10 職工現(xiàn)場操作進行高壓活動彎頭保養(yǎng)制圖人：何茂林 時間：2013年1月11日驗證過程：通過在現(xiàn)場職工進行高壓活動彎頭保養(yǎng)進行現(xiàn)場操作演練（如圖），操作過程符合要求；再檢查2012年特車大隊一中隊高壓活動彎頭潤滑保養(yǎng)臺賬，做出統(tǒng)計匯總表（表5）。表5 特車大隊一中隊水泥車高壓活動彎頭保養(yǎng)統(tǒng)計匯總表水泥車數(shù)量（臺）高壓彎頭數(shù)量（只）2012年保養(yǎng)高壓彎頭（次）平均保養(yǎng)次數(shù)（次/只*年）計劃保養(yǎng)（次/只.年）1734179452.7652制表人：何茂林 制表時間：2013年1月11日結(jié)論：高壓活動彎頭保養(yǎng)符合要求，該因素為非要因。要因驗證二：高壓彎頭劇烈振動驗證標準：用VC63型振動檢測儀檢測高壓活動彎頭振動量（m）驗證時間：2013年1月11日驗證地點：施工井場GDX2-2 GD1-7X904驗 證 人：張鳳偉 張 蒙驗證過程：為量化說明高壓活動彎頭的振動情況，我們采用專用數(shù)顯式振動檢測儀到現(xiàn)場對四只高壓活動彎頭的六個不同具體位置進行了振動幅度檢測，高壓活動彎頭檢測過程（圖11），高壓活動彎頭檢測統(tǒng)計表（表6）。圖11 現(xiàn)場進行高壓活動彎頭振動量檢測圖制圖人 張鳳偉 制圖時間 2013年1月11日表6 高壓活動彎頭振動量檢測統(tǒng)計表 單位 m位置點彎頭1彎頭2彎頭3彎頭414575234815042588545586871360866467971549218568828395124513671452156361618152416891724制表人：何茂林 制表時間：2013年1月11日從檢測統(tǒng)計表（表6）可以看出，高壓活動彎頭工作過程中，高壓液體的沖擊作用下，高壓活動彎頭及管匯系統(tǒng)劇烈振動，振幅在481m1724m范圍內(nèi)，劇烈震動下，高壓活動彎頭的內(nèi)連接處鋼球及軌道受到?jīng)_擊振動，疲勞磨損。對高壓活動彎頭的使用壽命影響較大。但是，我們現(xiàn)場確認，水泥車高壓管匯全部牢固固定，同時，水泥車至井口管線全部用鐵凳子支撐著，對于振動量的預(yù)防，措施已經(jīng)到位。高壓活動彎頭受高壓液體作用劇烈沖擊振動屬于工作過程的客觀不可控因素，故確認為非要因。 結(jié)論：工作條件惡劣為非要因。要因驗證三：材料性能差驗證標準：材料是否由有資質(zhì)廠家提供，是否有配件合格證驗證時間：2013年1月11日驗證地點：特車大隊車場驗 證 人：呂朝顯 賈 燕驗證過程：1、查閱供貨商資質(zhì)：特車大隊所有在用的高壓活動彎頭全部由“安陽市飛達石油機械有限責(zé)任公司”提供，該是鉆采配件的專業(yè)生產(chǎn)廠家，具有油田入網(wǎng)資質(zhì)，編號slw55992、查閱供貨商產(chǎn)品質(zhì)量：到采油廠技術(shù)質(zhì)量監(jiān)督中心進行現(xiàn)場落實，查閱抽檢記錄，共10批次，30件高壓活動彎頭的配件質(zhì)量符合率100%，無不合格記錄。 經(jīng)過以上調(diào)查，我們認為，高壓活動彎頭材料性能差為非要因。 結(jié)論：確認為非要因。 結(jié)論：高壓活動彎頭材料性能差為非要因。要因驗證四：密封預(yù)緊力不足驗證標準：解剖分析高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)存在問題，根據(jù)鋼材受力與壽命的對應(yīng)關(guān)系，量化進行高壓活動彎頭進行壽命性能分析，確認是否具有改進結(jié)構(gòu)的潛力。驗證時間：2013年1月12日驗證地點：特車大隊車場驗 證 人：何茂林 張鳳偉驗證過程：高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)分析及密封預(yù)緊力不足分析橡膠密封圈彎頭母體鋼球及軌道彎頭接頭圖12 高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)示意圖制圖人 何茂林 時間 2013年1月12日為了便于表述高壓活動彎頭的結(jié)構(gòu)和刺漏原因，繪制了高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)示意圖（圖12）及裝配圖（圖13），裝配圖圖顯示組裝完成不受液體作用下的自然裝配狀態(tài)。繪制了低壓（低于3.5Mpa）時高壓活動彎頭的密封圈與接頭端部密封面刺漏的示意圖（圖14），由于密封圈初始預(yù)緊力不足，液體無法將密封圈張開到位，出現(xiàn)液體滲漏。圖13 高壓活動彎頭裝配圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月12日圖14 高壓活動彎頭低壓下刺漏示意圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月12日刺漏面結(jié)論：密封預(yù)緊力不足是造成高壓活動彎頭低壓滲漏的關(guān)鍵原因。要因驗證五：鋼球軌道負荷大驗證時間：2013年1月12日驗證地點：特車大隊驗 證 人：何茂林 張鳳偉 驗證標準：對高壓活動彎頭進行高壓活動彎頭負荷與壽命分析，確定鋼球及軌道負荷與壽命量化關(guān)系。 驗證過程：1、結(jié)構(gòu)分析 2、負荷壽命關(guān)系計算1、高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)特征分析高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)特征（圖15）有兩排軌道，每排有28只直徑8mm的鋼球，軌道中心距73.5mm，彎頭半徑80mm，彎頭流通直徑40mm 。并繪制了高壓活動彎頭主要結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計表（表7）圖15 高壓活動彎頭結(jié)構(gòu)特征圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月14日鋼球兩排鋼球軌道表7 高壓活動彎頭主要參數(shù)統(tǒng)計表軌道數(shù)（個）單軌鋼球數(shù)（只）總鋼球數(shù)（只）鋼球直徑（mm）軌道中心直徑（mm）彎頭半徑R（mm）彎頭流通直徑d（mm）22856873.58040制表人：何茂林 制表時間：2013年1月15日2、高壓彎頭負荷壽命分析計算F2F3yF3xF111圖16 高壓活動彎頭受力分析圖制圖 何茂林 制圖時間2013年1月16日（1）受力分析：為定量了解高壓活動彎頭的易刺漏的關(guān)鍵原因，我們繪制出高壓活動彎頭受力分析示意圖（圖16）。高壓活動彎頭主要受進液端液體壓力F1（與液體壓強大小及進液端流通截面有關(guān)）、出液端液體壓力F1（與液體壓強大小及出液端流通截面有關(guān)）、管壁對液體的反沖力F3（F按照受力效果分為相互垂直的兩個分力F3x和F3y。其中，F(xiàn)3x和F3y的受力最后作用在高壓活動彎頭進出口的兩排軌道共56只鋼球上，由鋼球及軌道來承擔(dān)。（2）設(shè)計計算1）入口端液體壓力F1=p1A1=d12*p1/4，方向垂直于入口端面。d1=d=40mm=0.04m A1=d12/4=0.001256m22）出口端液體壓力F2=p2A2=d22*p2 /4，垂直于出口端面。d2=d=40mm=0.04m A2=d22/4=0.001256m2 3）液體對高壓彎頭的沖擊力F3= F3x+F3y分力F3x與F1平衡，分力F3y與F2平衡4）根據(jù)力的平衡原理有：F3x=F1=A1*p1； F3y= F2=A2*p2 ；F3x=p1*A1=0.001256p1取p1=40MPa=40000000Pa 則F3x=50240N5）單個鋼球受力F鋼球=F3x/n （n鋼球數(shù)） F鋼球=F3x/n=50240N/56=897.14N6）鋼球受到的接觸應(yīng)力= F鋼球/A鋼球=4*897.14/（ 3.14*0.008*0.008）=17857086Pa=178.6MPa7）查閱機械設(shè)計手冊， Q235鋼對Gcr15鋼的疲勞極限應(yīng)力=180MPa，顯然，高壓活動彎頭鋼球的最大工作應(yīng)力已經(jīng)接近極限工作載貨，鋼球加速磨損。8）根據(jù)疲勞磨損公式：t=常數(shù)/m6增加軌道1個，即從2個軌道到3個軌道，則鋼球的接觸應(yīng)力降低到原來的2/3， m降為為119MPa，（178.6 MPa /119 Mpa）6=11.05，因此，降低鋼球載貨，理論上可延長鋼球壽命11.05倍。 經(jīng)過分析計算可知：增加鋼球軌道1個，從兩軌道彎頭改為三軌道彎頭，降低鋼球接觸應(yīng)力的2/3，可延長鋼球壽命11.05倍。結(jié)論：鋼球軌道負荷大為要因。經(jīng)現(xiàn)場逐一對高壓活動彎頭驗證，最后QC小組要因驗證結(jié)論（表8）表8 高壓活動彎頭要因分析論證結(jié)果統(tǒng)計表序號末端因素是否要因1保養(yǎng)不及時非要因2高壓劇烈振動非要因3材料性能差非要因密封圈預(yù)緊力不足要 因4鋼球軌道負荷大要 因制表人：何茂林 制表時間：2013年1月12日八、制定對策小組成員根據(jù)要因分析及確認結(jié)果，制定對策表（表9）要因?qū)Σ吣繕舜胧┑攸c完成時間負責(zé)人鋼球軌道負荷大降低鋼球軌道負荷降低接觸應(yīng)力1/31、改進方案設(shè)計,增加軌道槽 2、尺寸設(shè)定特車大隊特車大隊2013.1.152013.1.15何茂林何茂林密封圈預(yù)緊力不足提供密封圈需要的初始預(yù)緊力能調(diào)節(jié)補償鋼球軌道磨損量1mm的間隙3 、密封圈的受力分析 4、增加彈性元件提供密封圈的初始預(yù)緊力 5、委托加工 6、現(xiàn)場試驗 特車大隊特車大隊專業(yè)廠家施工現(xiàn)場2013.1.152013.1.152013.1.252013.1.30何茂林何茂林呂朝顯吳亞鋒表9 對策表制表人：何茂林 制表時間：2013年1月12日九、對策實施實施一 高壓活動彎頭降低承力鋼球受力方案設(shè)計為確保改進的針對性和有效性，我們首先對在用的兩軌道高壓活動彎頭密封面及有關(guān)尺寸進行分析（圖17）。兩個密封面：密封圈的外圓柱面與彎頭母體內(nèi)孔貼合密封（密封面2）；密封圈的外端面與接頭的端部平面貼合密封（密封面1）。關(guān)鍵尺寸(見圖上標準）：母體內(nèi)孔高60mm，軌道槽寬8.1mm，鋼球直徑8mm，接頭第二軌道槽與端面距離30mm，密封圈厚度13mm，與母體內(nèi)孔貼合面外徑68mm，內(nèi)徑46mm，接頭外徑73.5mm，接頭配合的母體內(nèi)孔直徑為74mm。圖17 兩軌道高壓活動彎頭密封面及結(jié)構(gòu)分析圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月17日三軌道高壓活動彎頭軌道設(shè)計方案（圖18）。在對目前在用的兩軌道高壓活動彎頭結(jié)構(gòu)進行認真分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)“要因驗證四：密封結(jié)構(gòu)存在缺陷的結(jié)論：增加鋼球軌道1個，從兩軌道彎頭改為三軌道彎頭，降低鋼球接觸應(yīng)力的2/3，可延長鋼球壽命11.05倍”這一結(jié)論，我們設(shè)計在彎頭母體內(nèi)腔和接頭體外表面上增加環(huán)形軌道槽一個，軌道槽之間距離為17mm，改進的三軌道槽高壓活動彎頭的母體與接頭體結(jié)合長度同時加長了17mm，軌道寬度按照直徑8mm鋼球軌道設(shè)計。圖18 三軌道高壓活動彎頭軌道設(shè)計方案制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月17日實施二 密封圈初始預(yù)緊力彈簧設(shè)計圖19 壓活動彎頭密封圈受力分析圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月17日1、高壓彎頭密封圈的受力分析（圖19）密封圈軸向受到三個力：F1、F2、F3，三個力作用下平衡。1 F1(彎頭母體施加的預(yù)緊力）2 F2（高壓液體的膨脹力）3 F3（彎頭接頭的推力）其中， F1由密封圈的軸向間隙確定， F2由彎頭內(nèi)流經(jīng)液體的壓強P確定，F(xiàn)3由彎頭的軌道槽內(nèi)鋼球與軌道的間隙確定。密封條件： F3= F1-F202、密封改進設(shè)計計算：根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，彎頭受液體壓強P3MPa時，彎頭容易滲漏。原因是密封圈受到的軸向預(yù)緊力不足。為彌補不足，只要能在密封圈不受液體壓力作用時，就在液體作用的反方向提供給密封圈的壓力能夠克服3MPa壓強下作用在密封圈上產(chǎn)生的軸向力，就必定能防止低壓狀態(tài)下的密封。 密封圈受到液體壓力F2的確定 當(dāng)P=3*106Pa時 F2=P*S圓環(huán) =3*106Pa*3.14*(0.0512-0.04552 )/4m2 =1234.6N 根據(jù)密封條件：F3=F1-F20 即F1-1234.6N0 當(dāng)F1 1234.6N 時 密封圈有效預(yù)緊,液體不滲漏 要防止密封圈低壓刺漏或軸向間隙增大后刺漏，需要給密封圈提供不低于1234.6N的預(yù)緊力。3、增加彈性元件提供密封圈的初始預(yù)緊力設(shè)計（1）方案優(yōu)選根據(jù)設(shè)計設(shè)計要求，我們設(shè)計了增加彈性原件提供密封圈初四預(yù)緊力的三種方案（表10），并根據(jù)各種方案對滿足密封性能的特點，進行對比分析，優(yōu)化進行方案選擇如下。表10 增加彈性元件提供密封圈的初始預(yù)緊力方案優(yōu)選表方案方案示意圖高壓活動彎頭密封預(yù)緊要求彈性元件特點優(yōu)選A 普通壓縮彈簧承受載貨1235N,變形量3mm，總高度限制在5mm以內(nèi)。儲能、緩沖、減震，壓縮變形、高度在4mm內(nèi)無合適的彈簧。不用B 碟形彈簧承受載貨12345N,變形量3mm，總高度限制在5mm以內(nèi)。儲能、緩沖、減震，壓縮變形，彈力大、變形小，調(diào)節(jié)能力不足。不用C 波形彈簧承受載貨12345N,變形量3mm，總高度限制在5mm以內(nèi)。儲能、緩沖、減震，壓縮變形，有一定彈力，變形大，調(diào)節(jié)能力強。選用制表人：何茂林 制表時間：2013年1月17日（2）方案設(shè)計總體要求：耐油、耐酸堿腐蝕，低壓預(yù)緊變形量2mm，鋼球磨損軸向補償量1mm，總變形量3mm，產(chǎn)生預(yù)緊力1235N，壓靠在密封圈上。波形彈圈的結(jié)構(gòu)圖及設(shè)計參考資料圖（圖20）。查閱機械設(shè)計手冊，根據(jù)波紋墊圈的負重/位移曲線，及高壓活動彎頭尺寸，選擇不銹鋼波紋墊片。波紋圈基本尺寸：厚度0.5mm，自由高度5mm，內(nèi)徑50mm，外徑60mm，壓縮量3mm的波紋片。圖20 波紋圈方案設(shè)計及優(yōu)選圖制圖 何茂林 時間 2013年1月17日實施三 高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)整體改進方案設(shè)計與加工1、高壓活動彎頭密封結(jié)構(gòu)改進設(shè)計要點（1）設(shè)計彈性件提供密封圈初始預(yù)緊力。（2）增加軌道設(shè)計三軌道高壓活動彎頭用于補償?shù)蛪侯A(yù)緊力和補償鋼球磨損軸向間隙。（3）裝配時，彈性件推力使與軌道有一定偏移量，壓縮后鋼球才能進入軌道內(nèi)，形成預(yù)緊力。2、三軌道高壓活動彎頭密封預(yù)緊原理（1）軌道從錯位到對正過程，波紋片被壓縮3mm，積蓄彈性能量。圖21 三軌道高壓活動彎頭密封預(yù)緊原理制圖人 何茂林 制圖時間 2013年1月18日（2）增加軌道一個、鋼球28只，鋼球及軌道受到的應(yīng)力降低到了原來的2/3，實現(xiàn)降低鋼球與軌道磨損。三軌道高壓活動彎頭密封預(yù)緊原理（圖21）。3、三軌道高壓活動彎頭裝配及使用說明將波紋圈、密封圈、彎頭接頭體裝入彎頭母體前示意圖（圖22）波紋圈密封圈圖22 三軌道高壓活動彎頭組裝前后示意圖制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月18日三軌道高壓活動彎頭組裝到位波紋圈未壓縮時軌道錯位（圖23）。波紋圈安裝到位未壓縮時，彎頭母體軌道槽與彎頭接頭體軌道槽相差3mm，推動彎頭接頭體繼續(xù)進入彎頭母體內(nèi)才能實現(xiàn)內(nèi)外軌道槽對正。彎頭母體軌道槽彎頭接頭軌道槽圖23 三軌道高壓活動彎頭組裝到位波紋圈未壓縮時軌道錯位制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月18日三軌道高壓活動彎頭組裝到位波紋圈被壓縮軌道對正（圖24）。高壓活動彎頭內(nèi)的波紋圈被壓縮了3mm，提供給密封圈預(yù)緊力。圖24 三軌道高壓活動彎頭組裝到位波紋圈被壓縮軌道對正制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月18日根據(jù)以上分析，設(shè)計了具有預(yù)緊功能的三軌道高壓活動彎頭總成件裝配圖（圖25）圖25 三軌道高壓活動彎頭總成設(shè)計模型制圖 何茂林 制圖時間 2013年1月18日4、委托加工圖26 三軌道高壓活動彎頭加工零件及安裝位置圖制圖 張鳳偉 制圖時間：2013年2月26日由于高壓活動彎頭為鉆采工具，額定工作壓力40MPa,一般加工廠家無生產(chǎn)資質(zhì)，不能加工。我們聯(lián)系了有資質(zhì)的安陽飛達石油機械廠進行了有關(guān)配件的加工，1月24日加工完成。三軌道高壓活動彎頭加工零件及安裝位置圖（圖26）將加工完成的三軌道高壓活動彎頭按照安裝位置擺放并組裝成總成件（圖27）圖27 三軌道高壓活動彎頭零件及總成件圖片制圖 張鳳偉 時間 2013年1月26日