柱塞泵凡尔座拆卸专用工具的研制

中国石油新疆油田分公司重油开发公司依力科特QC小组

(新疆克拉玛依834000)

柱塞泵凡尔座拆卸专用工具的研制

中国石油新疆油田分公司重油开发公司依力科特QC小组

(新疆克拉玛依834000)

1 小组概况

1.1 小组简介

小组概况见表1。

1.2 小组活动计划

小组活动计划具体见表2。

表1 小组概况

表2 小组活动计划表

2 选择课题

2.1 问题的提出

2.1.1 立题背景

中国石油新疆油田分公司重油开发公司供汽三联合站下属固定供热站7座,简配站6座,配有高压注汽锅炉55台(其中活动锅炉9台)。主要担负克浅十井区、克浅109井区、六东区以及新疆油田分公司勘探、开发试油的注汽任务。

柱塞泵是油田注汽锅炉的重要辅机,为注汽锅炉提供压力不小于11MPa的给水。柱塞泵属于容积式泵,利用柱塞的往复运动,使泵腔的容积发生变化,从而达到吸入与压出液体的目的。高压柱塞泵的结构主要分为2部分：动力端和液力端。动力端主要由箱体、十字头组合、连杆组合、曲轴齿圈、高速轴、压盖、轴承等组成。液力端主要由泵头体、进排液阀、填料函、柱塞、溢流阀、截止阀部件等组成。

柱塞泵在运行时,液力端凡尔片不停的开启,撞击凡尔座密封面,造成凡尔座密封面凹凸不平,出现泄漏,泵排量下降,给锅炉正常运行造成很大影响,因此需及时更换凡尔座。现场在拆卸柱塞泵凡尔座时,由于没有合适的工具,通常拆卸凡尔座需要管钳、加力棒、凡尔座拉力器、拉力器固定座等工具,需3～5人操作。柱塞泵凡尔座及凡尔座室由于经常受高压水力冲刷,造成凡尔座与凡尔室之间出现卡滞,这种情况下凡尔座的拆卸非常困难。

当卡滞严重时,5个人拆1个凡尔座,耗时2周,扳断凡尔座拉力器2个,800mm、1200mm管钳各1把,还是没能拆下来,最后只能使用电气焊,利用热胀冷缩的原理,对凡尔座室进行加热取出凡尔座。使用气焊加热对柱塞泵损害较大,易造成凡尔座室内壁脆化,使用寿命降低,严重时会使柱塞泵凡尔座室发生变形,柱塞泵报废。

2.1.2 掌握现状

小组对联合站2012年6～12月柱塞泵凡尔座拆卸情况进行了调查统计(表3),由表3可知2012年6～12月联合站共计维护柱塞泵21台次,凡尔座拆卸需4人,平均耗时为103min。

小组针对2012年6～12月柱塞泵凡尔座拆卸时间超过60min的9台柱塞泵进行了进一步调查统计,查找凡尔座拆卸时间长的原因(表4)。

由表4看出,现场拆卸凡尔座时需多人合作,耗时长、损坏工具多。

表3 联合站2012年6～12月柱塞泵凡尔座拆卸现状调查表

2.2 提出课题并从中优选,确定课题

针对“如何方便、快捷的拆卸柱塞泵凡尔座”这一问题,小组运用“头脑风暴法”提出了以下课题：①研制新型柱塞泵凡尔片;②研制新型柱塞泵凡尔座;③柱塞泵凡尔座拆卸专用工具研制。

小组针对3个可供选择的课题进行了分析、评估,选定课题(表5)。

通过分析评价,小组成员一致认为：若要解决柱塞泵凡尔座拆卸难的问题,需研制适用的柱塞泵凡尔座拆卸专用工具。柱塞泵凡尔座拆卸专用工具的研制确定为课题。

3 设定目标及目标可行性分析

3.1 设定目标

小组确定活动目标为柱塞泵凡尔座拆卸时间由

平均103min降低到25min,拆卸人数由4人降为2人(柱状图略)。

表4 柱塞泵凡尔座拆卸现状调查表

表5 课题的分析、评价选择表

3.2 目标可行性分析

目标值是否可行,小组开展了表6的试验来确定目标值可行。

4 研制方案的提出与最佳方案的确定

4.1 研制方案提出

如何开展新型柱塞泵凡尔座拆卸工具的研制,小组召开会议,运用“头脑风暴法”,相互启发,深入思考,提出许多想法,小组运用亲和图对收集的意见进行了整理(图1)。

通过亲和图,小组提出研制新型柱塞泵凡尔座拆卸工具最基本的3部分组成做为一级方案,并逐级分解如图2所示。

4.2 新型柱塞泵凡尔座拆卸工具最佳方案的确定

4.2.1 千斤顶选择

1)千斤顶型号选择(表7)。

2)立式液压千斤顶形状、大小选择(表8)。

3)千斤顶定位方案选择。小组通过对立式液压千斤顶形状、大小选择对比,选择了4t液压千斤顶,由于要分放在两侧端面上,因此需用2个千斤顶,为了便于携带,同时保证操作安全,小组决定制作一个千斤顶定位器,将2个千斤固定在一定位置上,同时对千斤顶定位器制作提出了2种制作方案(表9)。

4.2.2 力传动方案选择

1)拉力传动杆方案选择(表10)。

2)力平衡块研制方案选择(表11)。

4.2.3 凡尔座固定器研制方案选择

方案可行性评价见表12。

根据以上一系列的分析试验和对比选择后,小组人员确定了研制机械回旋取样冷却器的最佳方案见图3。

表6 确定目标值的可行性试验

5 制定对策

根据确定的最佳方案,为保证实施成功,小组绘制了研制过程流程图(图4),依据流程图制定了对策表(表13)。

图1 研制方案提出亲和图制图人：顾嵘制图时间：2013年4月15日

图2 研制方案选择制图人：顾嵘制图时间：2013年4月15日

6 对策实施

6.1 实施一:订购液压千斤顶、制作拉杆

1)依据对策方案,2013年5月初,小组成员用一周时间选定4t液压千斤顶的型号,并制订了材料购置计划,上报公司物管部门。

2)实施效果。2013年8月10日小组订购的4t液压千斤顶到货,小组选定的千斤顶小巧、轻便,底座尺寸与柱塞泵液力端上堵盖两边大小相符,达到小组要求。

3)制作拉杆。现场拆卸柱塞泵泵阀拉力器的丝杆直径为20mm,螺纹保证载荷为7.6t·m/s2。符合对策里对拉杆的要求,小组将其长度截成1m作为拆卸凡尔座的拉杆。

4)效果：小组成员开动脑筋,集思广益,利用现有材料,制作出了与拆阀工具相配的拉杆,高于千斤顶产生的最大拉力,节省了材料费用。

表7 千斤顶的选型

表8 方案可行性评价表

表9 千斤顶定位方案选择

表10 拉力传动杆方案选择

表11 力平衡块方案选择

表12 方案可行性评价表

6.2 实施二:设计凡尔座固定器、力平衡块图纸

1)依据对策方案,小组运用solidworks设计软件,根据柱塞泵凡尔座的构造尺寸,考虑到2个液压千斤顶同时作用时产生的力达到800MPa左右。在设计时,为保证操作安全性及预防意外应力,将固定器增加至能承900MPa拉力的厚度。2013年6月22日,小组设计出凡尔座固定器加工图纸(图5)。

2)同样考虑到2个液压千斤顶同时作用时产生的合力,及为保证操作安全性及预防意外应力,将力平衡器导向孔周边设计成能承受900MPa拉力的厚度。小组采用solidworks软件设计出力平衡块的加工图纸(图6)。

3)实施效果。设计图明确标注了各部件之间尺寸,精确反映了凡尔座固定器、力平衡块的结构,为加工制作提供了方便。

图3 研制柱塞泵凡尔座拆卸专用工具的最佳方案制图人：曾俊制图时间：2013年4月25日

6.3 实施三、加工制作

1)力平衡块图纸设计好后,经公司技术科审核后于2013年8月25日交到具有相关资质的加工单位进行加工。

2)在等待平衡块加工的同时,小组成员自己动手,利用5mm扁铁,加工制作了千斤顶定位套。

3)效果验证：千斤顶定位套将2个千斤顶组合,固定了千斤顶之间的距离和拉杆的位置,携带方便、稳定性好,提高了操作安全性。

6.4 实施四:现场试验

凡尔座固定器、力平衡块加工好后,小组在6#供热站8#锅炉进行了现场试验。

图4 凡尔座拆卸工具研制对策流程图制图人：钟汉昌制图时间：2013年5月8日

采用小组研制的凡尔座拆卸了3个凡尔座,3次平均用时14min,达到了预期效果(表14)。

6.5 实施五:巩固验证

6.5.1 推广应用

表13 对策表

小组又加工制作了5套凡尔座拆卸工具,分别在5个供热站拆卸了8个凡尔座,具体拆卸情况见表15。

6.5.2 效果对比

实施前后效果对比见表16。

图5 凡尔座固定器设计图

图6 力平衡块设计图

表14 凡尔座拆卸工具现场试验时间统计表

由表16可知,柱塞泵凡尔座拆卸专用工具应用现场后,柱塞泵凡尔座拆卸时间由103min降到13.8min,大幅度的降低了柱塞泵凡尔座拆卸时间,小组的研制取得了成功。

表15 凡尔座拆卸工具现场验证时间表

7 效果确认

7.1 成果验收

2013年11月,重油公司生产技术科组织相关技术专家,对小组研制的工具实用性能、安全性能进行了现场鉴定。通过专家现场实际操作一致认为：小组研制的柱塞泵凡尔座拆卸专用工具体积小,操作安全、简便,有效解决了柱塞泵阀座拆卸难的问题,为柱塞泵维护保养提供了较好的实用工具,具有较大的推广应用前景。

表16 实施前后效果对比

7.2 效果调查

2013年10～12月,小组对联合站15台锅炉使用新型工具拆卸柱塞泵凡尔座的情况进行了调查统计(表17)

表17 实施后柱塞泵凡尔座拆卸现状调查表

小组通过此次活动,使用小组研制的柱塞泵凡尔座拆卸工具由2人平均用13.7min即可完成凡尔座拆卸操作,完成并超过了小组年初设定的目标,减少了维修工作量,节约了时间,提高了设备维修质量(折线图、柱状图略)。

7.3 经济效益

小组研制的柱塞泵凡尔座拆卸工具,有效降低了锅炉柱塞泵维修时间,提高了设备维修质量,活动期间产生的经济效益如下：

经济效益=节约维修时间产生的经济效益+实施前损坏工具费用-拆卸工具的加工费用=37× (103-13.7)÷60×21×82+10×210-6×2750=78327(元)

7.4 社会效益

1)降低了操作人员的劳动强度;降低了操作人员在维修过程中的机械伤害风险,杜绝了事故的发生,确保安全生产。

2)设备维修时间的降低,减少了注汽锅炉停炉时间,保证了连续注汽生产顺利进行,提高了注蒸汽效果。

3)该成果科学、严谨,投入少、见效快,具有一定的推广应用价值,可在所有注汽锅炉柱塞泵上推广应用。

8 标准化

1)将柱塞泵凡尔座拆卸工具设计资料、图纸整理,报公司技术科归档备案,准备在公司所有供热站推广使用。

2)制定了柱塞泵凡尔座拆卸操作规程。

3)小组成员正在将柱塞泵凡尔座拆装工具申请国家实用新型专利,目前专利申请已上报集团公司。

4)采取以上巩固措施后,小组对2014年1～2月锅炉柱塞泵凡尔座拆卸情况进行了跟踪调查(表18)。由调查统计表可见,采用小组研制的柱塞泵凡尔座拆卸工具平均13.5min拆卸1个凡尔座,整个拆卸过程快捷方便。

表182014 年1~2月柱塞泵凡尔座拆卸现状调查表

9 总结及下一步打算

9.1 总结

小组通过利用QC管理知识,运用创新思维,成功研制了柱塞泵凡尔座专用拆卸工具,小组自我总结如表19。根据表19数据可得自我评价雷达图7。

表19 自我总结表

图7 小组自我评价雷达图制图人：曾俊制图时间：2014年2月25日

由雷达图知通过本次活动：①团队精神得到提升,凝聚力和团队意识进一步增强;②QC知识的掌握更加深入,成员的技术能力在活动中提高。

9.2 下步打算

新型凡尔座拆卸工具研制与应用,使拆卸凡尔座的时间由原来半小时以上,缩短到不到15min,大大缩短了设备维修保养时间,同时亦减少了工人现场操作强度,降低工作量,达到了预期效果,同时小组成员在团队精神、创新意识、改进意识方面有明显提高,小组将继续开展QC活动,2014年小组的活动课题为“管道篮式过滤器组件提升装置的研制”。

■成果点评

优点：用实验数据分析目标可行,最佳方案选择做到有理有据,活动过程层次清楚,逻辑性强。

不足之处：选题理由叙述过多,评价选题时缺少事实和数据,如采用打分方式决定选题。统计工具运用不够恰当,如采用“亲和图”归纳新工具的性能要求,此环节可以省略,可以直接针对目标进行方案选择。“现场试验、巩固验证”等内容,不应该放在对策表中。

摄影/徐志武

尉立岗

2014-09-15