QC成果報(bào)告-延長(zhǎng)高壓活動(dòng)彎頭使用壽命VIP

延長(zhǎng)高壓活動(dòng)彎頭使用壽命企業(yè)名稱：中國(guó)石化勝利油田分公司孤島采油廠 小組名稱：特車大隊(duì)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(yǔ)解釋 4三、選題理由 5四、現(xiàn)狀調(diào)查 6五、目標(biāo)設(shè)定12六、原因分析13七、要因驗(yàn)證.14八、制定對(duì)策23九、對(duì)策實(shí)施23十、效果確認(rèn)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(duì)現(xiàn)有水泥車、洗井車等在用生產(chǎn)設(shè)備109臺(tái)套，負(fù)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(diǎn)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(guò)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(shí)間1990.01小 組 編 號(hào)SGC-TC-001-2013注冊(cè)時(shí)間2013.03活 動(dòng) 日 期2013.1-2013.8活動(dòng)次數(shù)16小 組 類 型攻關(guān)型活 動(dòng) 方 式集中與分散活動(dòng)相結(jié)合本次活動(dòng)主題延長(zhǎng)高壓活動(dòng)彎頭使用壽命小組成員簡(jiǎn)介序號(hào)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(jí)工程師組長(zhǎng) 方案設(shè)計(jì)2高全新47男大學(xué)高級(jí)工程師方案設(shè)計(jì)3吳文杰40男大學(xué)高級(jí)工程師方案設(shè)計(jì)4呂朝顯39男大學(xué)高級(jí)工程師組織實(shí)施5孫敬軍45男大學(xué)工程師組織實(shí)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(shí)施8吳亞鋒39男大專技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(jī)2010年 勝利石油管理局優(yōu)秀QC成果二等獎(jiǎng)2012年 全國(guó)優(yōu)秀質(zhì)量管理小組成果一等獎(jiǎng)制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月5日二、術(shù)語(yǔ)解釋圖1 高壓活動(dòng)彎頭制圖人 張鳳偉 制圖時(shí)間 2013年1月5日1、高壓活動(dòng)彎頭：高壓活動(dòng)彎頭（圖1）。高壓活動(dòng)彎頭是油田修井作業(yè)連結(jié)管線的活動(dòng)連接件，每個(gè)高壓活動(dòng)彎頭有兩個(gè)活動(dòng)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(diǎn)。其規(guī)格有14,額定工作壓力14140MPa。2、彎頭活動(dòng)關(guān)節(jié)：活動(dòng)彎頭關(guān)節(jié)（圖2）是高壓活動(dòng)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(dòng)關(guān)節(jié)及組件圖制圖人 張鳳偉 制圖時(shí)間：2013年1月5日彎頭活動(dòng)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(shí)現(xiàn)密封。圖3 U型膨脹密封圈制圖人 張鳳偉 制圖時(shí)間：32013年1月5日三、選題理由安全環(huán)保要求作業(yè)井場(chǎng)無(wú)污染高壓彎頭使用現(xiàn)狀選擇課題彎頭滲漏廢彎頭延長(zhǎng)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(chǎng)零污染”的環(huán)保要求。按照這個(gè)要求，作業(yè)施工過(guò)程中發(fā)生滲漏、刺漏的高壓活動(dòng)彎頭都不能再繼續(xù)使用，必須及時(shí)進(jìn)行更換。這樣導(dǎo)致了2012年下半年特車大隊(duì)高壓彎頭的使用壽命由317小時(shí)縮短到了193小時(shí)，極大的占用了大隊(duì)生產(chǎn)成本。為了降低高壓活動(dòng)彎頭的使用成本，我們QC小組以延長(zhǎng)高壓活動(dòng)彎頭使用壽命為課題開展了攻關(guān)活動(dòng)。四、現(xiàn)狀調(diào)查為了解高壓活動(dòng)彎頭的使用現(xiàn)狀，小組對(duì)2012年全年高壓活動(dòng)彎頭的使用情況進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查。調(diào)查一 高壓活動(dòng)彎頭使用情況由于2012年6月采油廠提出了“作業(yè)井場(chǎng)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(guò)程中滲漏嚴(yán)重和刺漏的高壓活動(dòng)彎頭都要進(jìn)行更換。因此，小組成員重點(diǎn)對(duì)2012年1月至6月期間和7月至12月期間高壓活動(dòng)彎頭的使用情況進(jìn)行了對(duì)比調(diào)查（見表1）。表1 2012年高壓活動(dòng)彎頭使用調(diào)查統(tǒng)計(jì)表序號(hào)時(shí)間數(shù)量（只）單價(jià)（元/只）使用時(shí)間（小時(shí)）材料費(fèi)（元）平均使用壽命（小時(shí)/只）12012.01-0664950202886080031722012.07-1210695020476100700193標(biāo)準(zhǔn)要求320 制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月5日從表1可以看出，由于開展井場(chǎng)“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(dòng)彎頭42只，增加材料消耗3.99萬(wàn)元，彎頭平均使用壽命從317小時(shí)縮短到193小時(shí)（圖4）。如果按這種情況進(jìn)行測(cè)算，2014年需多消耗8萬(wàn)元材料費(fèi)，成本嚴(yán)重超標(biāo)。圖4 高壓活動(dòng)彎頭使用壽命對(duì)比圖制圖 何茂林 時(shí)間 2013年1月5日調(diào)查二 高壓活動(dòng)彎頭損壞情況調(diào)查為進(jìn)一步找到高壓活動(dòng)彎頭使用壽命短的癥結(jié)所在，小組成員對(duì)2012年所有廢棄的高壓活動(dòng)彎頭（見圖5）進(jìn)行了調(diào)查。廢棄的高壓活動(dòng)彎頭圖5 廢棄的高壓活動(dòng)彎頭圖制圖人 吳亞鋒 制圖時(shí)間 2013年1月8日通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行詢問(wèn)以及查閱施工記錄本、領(lǐng)料臺(tái)賬等記錄，小組人員對(duì)高壓活動(dòng)彎頭更換前的失效形式進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（見表2）。表2 高壓活動(dòng)彎頭失效形式調(diào)查表序號(hào)存在問(wèn)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(jì)106100制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月5日從表2表我們可以看出，造成高壓活動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)彎頭的兩端。圖6 高壓活動(dòng)彎頭關(guān)節(jié)頭為了進(jìn)一步找出影響高壓活動(dòng)彎頭使用壽命的最主要因素，小組成員對(duì)廢棄的高壓活動(dòng)彎頭的關(guān)節(jié)頭進(jìn)行了拆解。通過(guò)拆解我們發(fā)現(xiàn)，在低壓施工過(guò)程中發(fā)生滲漏的關(guān)節(jié)頭內(nèi)的主要是由密封圈無(wú)法與制圖人 張鳳偉 制圖時(shí)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(guò)程中發(fā)生滲漏的是由于關(guān)節(jié)頭軸向活動(dòng)間隙大造成的。通過(guò)對(duì)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(dòng)彎頭滲漏影響因素調(diào)查表（表3）表3 高壓活動(dòng)彎頭滲漏影響因素調(diào)查表序號(hào)存在問(wèn)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(dòng)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(shí)間：2013年1月5日根據(jù)調(diào)查表，繪制了高壓活動(dòng)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(dòng)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(dòng)彎頭滲漏頻次（次）高壓活動(dòng)彎頭滲漏累計(jì)頻次（%）10203040506070809010010%20%30%40%50%60%70%80%90%100%圖7 壓活動(dòng)彎頭滲漏影響因素排列圖制圖 何茂林 制圖時(shí)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(dòng)間隙大兩項(xiàng)的比例占為85.42%，是造成高壓活動(dòng)彎頭使用壽命短的最主要問(wèn)題。五、目標(biāo)設(shè)定1、活動(dòng)目標(biāo)將高壓活動(dòng)彎頭的平均使用壽命從193h延長(zhǎng)到320h（圖10）制圖人 何茂林 時(shí)間 2013年1月8日?qǐng)D8 小組活動(dòng)目標(biāo)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(biāo)實(shí)行可行性分析2、目標(biāo)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(zhǎng)壽命t=1/0.53144=1.88倍。高壓活動(dòng)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(dòng)負(fù)荷。增加鋼球軌道和承載負(fù)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(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)。六、原因分析針對(duì)造成高壓活動(dòng)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(shí)導(dǎo)軌、鋼球潤(rùn)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(zhǎng)度短高壓彎頭劇烈振動(dòng)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(dòng)彎頭滲漏影響壽命問(wèn)題癥結(jié)影響因素關(guān)聯(lián)圖制圖人 何茂林 時(shí)間2013年1月10日鋼球及軌道負(fù)荷大活動(dòng)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(shí)結(jié)論：經(jīng)過(guò)對(duì)高壓活動(dòng)彎頭低壓密封不良及活動(dòng)關(guān)節(jié)軸向間隙大兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，最終確定了五個(gè)末端因素:末端因素一：保養(yǎng)不及時(shí) 末端因素二：高壓彎頭劇烈振動(dòng)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(fù)荷大七、要因驗(yàn)證為確保集中精力解決主要關(guān)鍵問(wèn)題，小組成員制定了要因驗(yàn)證計(jì)劃表（表4），并按照驗(yàn)證計(jì)劃對(duì)五個(gè)末端因素逐一進(jìn)行了要因驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程如下。表4 要因驗(yàn)證計(jì)劃表序號(hào)末端因素確認(rèn)方法證據(jù)來(lái)源確認(rèn)時(shí)間確認(rèn)地點(diǎn)確認(rèn)人1保養(yǎng)不及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查操作驗(yàn)證、看保養(yǎng)臺(tái)賬2013.1.11特車車場(chǎng)一中隊(duì)何茂林吳亞峰2高壓活動(dòng)彎頭劇烈振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查施工井場(chǎng)2013.01.11GDX2-2GD1-7X904張鳳偉 張 蒙3材料性能差現(xiàn)場(chǎng)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(tái)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(chǎng)調(diào)查高壓活動(dòng)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(duì)何茂林呂朝顯5鋼球及軌道負(fù)荷大現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查對(duì)高壓活動(dòng)彎頭進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭負(fù)荷與壽命分析，確定鋼球及軌道負(fù)荷與壽命量化關(guān)系。2013.1.12特車大隊(duì)何茂林呂朝顯制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月10日要因驗(yàn)證一：保養(yǎng)不及時(shí)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：現(xiàn)場(chǎng)操作是否規(guī)范、檢查總體潤(rùn)滑保養(yǎng)是否達(dá)到52次/年.只 驗(yàn)證時(shí)間：2013年1月11日 驗(yàn)證地點(diǎn)：特車車場(chǎng) 一中隊(duì)驗(yàn)證人：何茂林 吳亞鋒 圖10 職工現(xiàn)場(chǎng)操作進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭保養(yǎng)制圖人：何茂林 時(shí)間：2013年1月11日驗(yàn)證過(guò)程：通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)職工進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭保養(yǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作演練（如圖），操作過(guò)程符合要求；再檢查2012年特車大隊(duì)一中隊(duì)高壓活動(dòng)彎頭潤(rùn)滑保養(yǎng)臺(tái)賬，做出統(tǒng)計(jì)匯總表（表5）。表5 特車大隊(duì)一中隊(duì)水泥車高壓活動(dòng)彎頭保養(yǎng)統(tǒng)計(jì)匯總表水泥車數(shù)量（臺(tái)）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(jì)劃保養(yǎng)（次/只.年）1734179452.7652制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月11日結(jié)論：高壓活動(dòng)彎頭保養(yǎng)符合要求，該因素為非要因。要因驗(yàn)證二：高壓彎頭劇烈振動(dòng)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：用VC63型振動(dòng)檢測(cè)儀檢測(cè)高壓活動(dòng)彎頭振動(dòng)量（m）驗(yàn)證時(shí)間：2013年1月11日驗(yàn)證地點(diǎn)：施工井場(chǎng)GDX2-2 GD1-7X904驗(yàn) 證 人：張鳳偉 張 蒙驗(yàn)證過(guò)程：為量化說(shuō)明高壓活動(dòng)彎頭的振動(dòng)情況，我們采用專用數(shù)顯式振動(dòng)檢測(cè)儀到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)四只高壓活動(dòng)彎頭的六個(gè)不同具體位置進(jìn)行了振動(dòng)幅度檢測(cè)，高壓活動(dòng)彎頭檢測(cè)過(guò)程（圖11），高壓活動(dòng)彎頭檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表（表6）。圖11 現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭振動(dòng)量檢測(cè)圖制圖人 張鳳偉 制圖時(shí)間 2013年1月11日表6 高壓活動(dòng)彎頭振動(dòng)量檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表 單位 m位置點(diǎn)彎頭1彎頭2彎頭3彎頭414575234815042588545586871360866467971549218568828395124513671452156361618152416891724制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月11日從檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表（表6）可以看出，高壓活動(dòng)彎頭工作過(guò)程中，高壓液體的沖擊作用下，高壓活動(dòng)彎頭及管匯系統(tǒng)劇烈振動(dòng)，振幅在481m1724m范圍內(nèi)，劇烈震動(dòng)下，高壓活動(dòng)彎頭的內(nèi)連接處鋼球及軌道受到?jīng)_擊振動(dòng)，疲勞磨損。對(duì)高壓活動(dòng)彎頭的使用壽命影響較大。但是，我們現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，水泥車高壓管匯全部牢固固定，同時(shí)，水泥車至井口管線全部用鐵凳子支撐著，對(duì)于振動(dòng)量的預(yù)防，措施已經(jīng)到位。高壓活動(dòng)彎頭受高壓液體作用劇烈沖擊振動(dòng)屬于工作過(guò)程的客觀不可控因素，故確認(rèn)為非要因。 結(jié)論：工作條件惡劣為非要因。要因驗(yàn)證三：材料性能差驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：材料是否由有資質(zhì)廠家提供，是否有配件合格證驗(yàn)證時(shí)間：2013年1月11日驗(yàn)證地點(diǎn)：特車大隊(duì)車場(chǎng)驗(yàn) 證 人：呂朝顯 賈 燕驗(yàn)證過(guò)程：1、查閱供貨商資質(zhì)：特車大隊(duì)所有在用的高壓活動(dòng)彎頭全部由“安陽(yáng)市飛達(dá)石油機(jī)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(hào)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(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)落實(shí)，查閱抽檢記錄，共10批次，30件高壓活動(dòng)彎頭的配件質(zhì)量符合率100%，無(wú)不合格記錄。 經(jīng)過(guò)以上調(diào)查，我們認(rèn)為，高壓活動(dòng)彎頭材料性能差為非要因。 結(jié)論：確認(rèn)為非要因。 結(jié)論：高壓活動(dòng)彎頭材料性能差為非要因。要因驗(yàn)證四：密封預(yù)緊力不足驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：解剖分析高壓活動(dòng)彎頭密封結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題，根據(jù)鋼材受力與壽命的對(duì)應(yīng)關(guān)系，量化進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭進(jìn)行壽命性能分析，確認(rèn)是否具有改進(jìn)結(jié)構(gòu)的潛力。驗(yàn)證時(shí)間：2013年1月12日驗(yàn)證地點(diǎn)：特車大隊(duì)車場(chǎng)驗(yàn) 證 人：何茂林 張鳳偉驗(yàn)證過(guò)程：高壓活動(dòng)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(dòng)彎頭密封結(jié)構(gòu)示意圖制圖人 何茂林 時(shí)間 2013年1月12日為了便于表述高壓活動(dòng)彎頭的結(jié)構(gòu)和刺漏原因，繪制了高壓活動(dòng)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(shí)高壓活動(dòng)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(wú)法將密封圈張開到位，出現(xiàn)液體滲漏。圖13 高壓活動(dòng)彎頭裝配圖制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月12日?qǐng)D14 高壓活動(dòng)彎頭低壓下刺漏示意圖制圖 何茂林 制圖時(shí)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(dòng)彎頭低壓滲漏的關(guān)鍵原因。要因驗(yàn)證五：鋼球軌道負(fù)荷大驗(yàn)證時(shí)間：2013年1月12日驗(yàn)證地點(diǎn)：特車大隊(duì)驗(yàn) 證 人：何茂林 張鳳偉 驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)高壓活動(dòng)彎頭進(jìn)行高壓活動(dòng)彎頭負(fù)荷與壽命分析，確定鋼球及軌道負(fù)荷與壽命量化關(guān)系。 驗(yàn)證過(guò)程：1、結(jié)構(gòu)分析 2、負(fù)荷壽命關(guān)系計(jì)算1、高壓活動(dòng)彎頭密封結(jié)構(gòu)特征分析高壓活動(dòng)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(dòng)彎頭主要結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表（表7）圖15 高壓活動(dòng)彎頭結(jié)構(gòu)特征圖制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月14日鋼球兩排鋼球軌道表7 高壓活動(dòng)彎頭主要參數(shù)統(tǒng)計(jì)表軌道數(shù)（個(gè)）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(shí)間：2013年1月15日2、高壓彎頭負(fù)荷壽命分析計(jì)算F2F3yF3xF111圖16 高壓活動(dòng)彎頭受力分析圖制圖 何茂林 制圖時(shí)間2013年1月16日（1）受力分析：為定量了解高壓活動(dòng)彎頭的易刺漏的關(guān)鍵原因，我們繪制出高壓活動(dòng)彎頭受力分析示意圖（圖16）。高壓活動(dòng)彎頭主要受進(jìn)液端液體壓力F1（與液體壓強(qiáng)大小及進(jìn)液端流通截面有關(guān)）、出液端液體壓力F1（與液體壓強(qiáng)大小及出液端流通截面有關(guān)）、管壁對(duì)液體的反沖力F3（F按照受力效果分為相互垂直的兩個(gè)分力F3x和F3y。其中，F(xiàn)3x和F3y的受力最后作用在高壓活動(dòng)彎頭進(jìn)出口的兩排軌道共56只鋼球上，由鋼球及軌道來(lái)承擔(dān)。（2）設(shè)計(jì)計(jì)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(duì)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(gè)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)， Q235鋼對(duì)Gcr15鋼的疲勞極限應(yīng)力=180MPa，顯然，高壓活動(dòng)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(gè)，即從2個(gè)軌道到3個(gè)軌道，則鋼球的接觸應(yīng)力降低到原來(lái)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(zhǎng)鋼球壽命11.05倍。 經(jīng)過(guò)分析計(jì)算可知：增加鋼球軌道1個(gè)，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(zhǎng)鋼球壽命11.05倍。結(jié)論：鋼球軌道負(fù)荷大為要因。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)逐一對(duì)高壓活動(dòng)彎頭驗(yàn)證，最后QC小組要因驗(yàn)證結(jié)論（表8）表8 高壓活動(dòng)彎頭要因分析論證結(jié)果統(tǒng)計(jì)表序號(hào)末端因素是否要因1保養(yǎng)不及時(shí)非要因2高壓劇烈振動(dòng)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(fù)荷大要 因制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月12日八、制定對(duì)策小組成員根據(jù)要因分析及確認(rèn)結(jié)果，制定對(duì)策表（表9）要因?qū)Σ吣繕?biāo)措施地點(diǎn)完成時(shí)間負(fù)責(zé)人鋼球軌道負(fù)荷大降低鋼球軌道負(fù)荷降低接觸應(yīng)力1/31、改進(jìn)方案設(shè)計(jì),增加軌道槽 2、尺寸設(shè)定特車大隊(duì)特車大隊(duì)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(bǔ)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(chǎng)試驗(yàn) 特車大隊(duì)特車大隊(duì)專業(yè)廠家施工現(xiàn)場(chǎng)2013.1.152013.1.152013.1.252013.1.30何茂林何茂林呂朝顯吳亞鋒表9 對(duì)策表制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月12日九、對(duì)策實(shí)施實(shí)施一 高壓活動(dòng)彎頭降低承力鋼球受力方案設(shè)計(jì)為確保改進(jìn)的針對(duì)性和有效性，我們首先對(duì)在用的兩軌道高壓活動(dòng)彎頭密封面及有關(guān)尺寸進(jìn)行分析（圖17）。兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)）：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(dòng)彎頭密封面及結(jié)構(gòu)分析圖制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月17日三軌道高壓活動(dòng)彎頭軌道設(shè)計(jì)方案（圖18）。在對(duì)目前在用的兩軌道高壓活動(dòng)彎頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)“要因驗(yàn)證四：密封結(jié)構(gòu)存在缺陷的結(jié)論：增加鋼球軌道1個(gè)，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(zhǎng)鋼球壽命11.05倍”這一結(jié)論，我們?cè)O(shè)計(jì)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(gè)，軌道槽之間距離為17mm，改進(jìn)的三軌道槽高壓活動(dòng)彎頭的母體與接頭體結(jié)合長(zhǎng)度同時(shí)加長(zhǎng)了17mm，軌道寬度按照直徑8mm鋼球軌道設(shè)計(jì)。圖18 三軌道高壓活動(dòng)彎頭軌道設(shè)計(jì)方案制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月17日實(shí)施二 密封圈初始預(yù)緊力彈簧設(shè)計(jì)圖19 壓活動(dòng)彎頭密封圈受力分析圖制圖 何茂林 制圖時(shí)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(gè)力：F1、F2、F3，三個(gè)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(qiáng)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(jìn)設(shè)計(jì)計(jì)算：根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，彎頭受液體壓強(qiáng)P3MPa時(shí)，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(bǔ)不足，只要能在密封圈不受液體壓力作用時(shí)，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(qiáng)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(shí) 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(shí) 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(jì)（1）方案優(yōu)選根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，我們?cè)O(shè)計(jì)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(duì)滿足密封性能的特點(diǎn)，進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)化進(jìn)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(dòng)彎頭密封預(yù)緊要求彈性元件特點(diǎn)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(chǔ)能、緩沖、減震，壓縮變形、高度在4mm內(nèi)無(wú)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(chǔ)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(chǔ)能、緩沖、減震，壓縮變形，有一定彈力，變形大，調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。選用制表人：何茂林 制表時(shí)間：2013年1月17日（2）方案設(shè)計(jì)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(bǔ)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(jì)參考資料圖（圖20）。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)波紋墊圈的負(fù)重/位移曲線，及高壓活動(dòng)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(jì)及優(yōu)選圖制圖 何茂林 時(shí)間 2013年1月17日實(shí)施三 高壓活動(dòng)彎頭密封結(jié)構(gòu)整體改進(jìn)方案設(shè)計(jì)與加工1、高壓活動(dòng)彎頭密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)（1）設(shè)計(jì)彈性件提供密封圈初始預(yù)緊力。（2）增加軌道設(shè)計(jì)三軌道高壓活動(dòng)彎頭用于補(bǔ)償?shù)蛪侯A(yù)緊力和補(bǔ)償鋼球磨損軸向間隙。（3）裝配時(shí)，彈性件推力使與軌道有一定偏移量，壓縮后鋼球才能進(jìn)入軌道內(nèi)，形成預(yù)緊力。2、三軌道高壓活動(dòng)彎頭密封預(yù)緊原理（1）軌道從錯(cuò)位到對(duì)正過(guò)程，波紋片被壓縮3mm，積蓄彈性能量。圖21 三軌道高壓活動(dòng)彎頭密封預(yù)緊原理制圖人 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月18日（2）增加軌道一個(gè)、鋼球28只，鋼球及軌道受到的應(yīng)力降低到了原來(lái)的2/3，實(shí)現(xiàn)降低鋼球與軌道磨損。三軌道高壓活動(dòng)彎頭密封預(yù)緊原理（圖21）。3、三軌道高壓活動(dòng)彎頭裝配及使用說(shuō)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(dòng)彎頭組裝前后示意圖制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月18日三軌道高壓活動(dòng)彎頭組裝到位波紋圈未壓縮時(shí)軌道錯(cuò)位（圖23）。波紋圈安裝到位未壓縮時(shí)，彎頭母體軌道槽與彎頭接頭體軌道槽相差3mm，推動(dòng)彎頭接頭體繼續(xù)進(jìn)入彎頭母體內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)內(nèi)外軌道槽對(duì)正。彎頭母體軌道槽彎頭接頭軌道槽圖23 三軌道高壓活動(dòng)彎頭組裝到位波紋圈未壓縮時(shí)軌道錯(cuò)位制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月18日三軌道高壓活動(dòng)彎頭組裝到位波紋圈被壓縮軌道對(duì)正（圖24）。高壓活動(dòng)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(dòng)彎頭組裝到位波紋圈被壓縮軌道對(duì)正制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月18日根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)了具有預(yù)緊功能的三軌道高壓活動(dòng)彎頭總成件裝配圖（圖25）圖25 三軌道高壓活動(dòng)彎頭總成設(shè)計(jì)模型制圖 何茂林 制圖時(shí)間 2013年1月18日4、委托加工圖26 三軌道高壓活動(dòng)彎頭加工零件及安裝位置圖制圖 張鳳偉 制圖時(shí)間：2013年2月26日由于高壓活動(dòng)彎頭為鉆采工具，額定工作壓力40MPa,一般加工廠家無(wú)生產(chǎn)資質(zhì)，不能加工。我們聯(lián)系了有資質(zhì)的安陽(yáng)飛達(dá)石油機(jī)械廠進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(dòng)彎頭零件及總成件圖片制圖 張鳳偉 時(shí)間 2013年1月26日