海洋钻修机滑靴优化设计

海洋钻修机滑靴优化设计

王晓雷

(中海油能源发展装备技术有限公司 机械设备技术服务中心, 天津 300452)

摘要：针对近年来海洋钻修机滑靴经常发生严重划痕、偏磨等问题，分析认为传统的滑靴结构存在润滑性能差，维护难度大等缺点，设计开发新型滑靴，对原滑靴结构进行优化，增加了自润滑垫板以及强制润滑机构，解决了滑靴润滑效果差，无法维护的难题。实际应用表明，该新型滑靴大大提高了海洋钻修机的使用性能。

关键词：海洋钻修机;滑靴;优化设计;自润滑;可维护

DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2015.05.018

中图分类号：U662；P756.5

文献标志码：A

文章编号：1671-7953(2015)05-0062-03

收稿日期：2015-07-30

作者简介：第一王晓雷(1979-)，男，学士，工程师

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:海洋钻修机技术

E-mail:wxljhx@126.com

海洋钻修机是海洋钻采平台上的关键设备，是实现钻采作业的设施。滑靴是海洋钻修机承载的支撑部位，也是其在导轨上纵横滑移的部位。传统钻修机滑靴只是简单的钢结构组焊件，未考虑后期使用中润滑、维护等问题。钻修机滑移易造成滑靴产生偏磨、划痕等问题，但又无法在现场进行维修，造成维修盲点，给钻修机滑移性能及支腿承载情况均造成不利影响。近年来，钻修机总机重量渐趋变大，钻修机滑靴及导轨出现划痕的情况也越来越多，迫切需要采取有效措施解决这一问题。

1传统滑靴结构形式及缺点

传统钻修机滑靴的结构形式为钢结构组焊件，滑靴安装在钻修机导轨上，能够沿导轨滑移。常见结构形式见图1。

图1　传统滑靴结构

传统滑靴与导轨直接接触，在使用时，导轨表面涂抹润滑脂，钻修机沿导轨方向滑移。这种形式的滑靴存在明显缺点。

1)润滑效果不好。在钻修机滑移时，滑靴前端常常将润滑脂从导轨表面刮走，导致滑靴与导轨贴合部位只残余很少一点润滑脂，不能达到良好的润滑效果。滑靴底板与导轨容易产生划痕，滑靴底板的划痕不易清理、维修。得不到及时修理的滑靴底板随着使用而加剧摩擦和划痕。随着滑靴与导轨之间划痕加剧，滑移时摩擦力加大，影响钻修机正常滑移。

2)滑靴维修难。目前投入使用的海洋钻修机多套设备出现刮伤、划伤及重度撕伤等现象[1]。滑靴损伤面均为下平面，其紧靠着导轨上平面。滑靴出现划痕时，无法对滑靴损伤部位进行修复，只能对导轨面的划痕进行修复。滑靴与导轨之间划痕或者偏磨严重时，造成支点受力不均，对钻修机承载产生不利影响。滑靴由于承受钻修机整机重量超过200 t，现场无法进行维修。即使采用千斤顶顶起一定高度也只能对滑靴损伤部位进行简单的打磨、矬平等简单处理。钻修机整机重量200 t左右，千斤顶起升作业风险大。

2滑靴优化设计

针对以上问题，对滑靴结构进行优化设计。借鉴滑动轴承原理，在滑靴底板下面设计一块可拆卸式垫板，利用沉头螺钉固定在滑靴上。在后期使用中，垫板可根据使用情况进行更换。新滑靴结构见图1、2。

图2　新滑靴的结构

图3　垫板结构

2.1滑靴垫板选型

根据垫板的使用条件，材质选择必须满足以下条件。

1)耐磨性。垫板是与导轨相对滑移的部件，因此要求有较高的耐磨性。

2)自润滑性。垫板材质良好的自润滑性能，在润滑不良情况下，够确保钻修机顺利滑移。

3)耐腐蚀性。满足海洋潮湿、盐雾的使用环境。

根据上述材料性能要求，选择ZCuPb20Sn5[2]，合金名称为20-5铅青铜。该材料的特性是具有较高的滑动性能，在缺乏润滑介质和以水为介质时，有特别好的自润滑性能，耐硫酸腐蚀，易切削，但铸造性能差。常应用到高滑动速度的轴承，符合达到40 MPa的零件，耐腐蚀零件等。由于钻修机滑靴经常出现润滑状况不良的现象，因此，该材质的自润滑性能能够更好地满足钻修机滑移的要求。该材料耐腐蚀性能够更好地满足海洋盐雾、潮湿环境的要求。

其主要成分和力学性能见表1、2。

表1　20-5铅青铜成分

表2　20-5铅青铜力学性能

钻修机滑靴垫板下平面上设计油道，并在合理位置设置黄油接头(耐压型)。油道截面为半圆形，按照网格方式排布在垫板下表面，见图4。

图4　垫板润滑油道

工作时，润滑脂从液动油杯注入到网格状的油道中，保证润滑脂油膜均匀覆盖在滑靴与导轨接触面上。该分布形式的油道不但能够将润滑脂均匀分布到导轨平面上，而且油道能容纳一定的铁屑、杂物，避免杂物二次进入到滑靴垫板与导轨的接触面，影响滑移。油道内的杂物可通过导轨上平面上的矩形棘爪孔，利用铁丝等物进行疏通。

3.2滑靴润滑方式改进

根据目前传统滑靴润滑方式存在的不足，设计一套强制润滑装置。通过在每个滑靴上增加一套强制润滑装置，并在滑靴上设计润滑脂油槽、油道，实现增强润滑效果的目的。

本套强制润滑装置主要由调速阀、液动油杯、润滑管路组成。其工作原理是：滑靴附近的步行油缸液路提供压力源(5～7 MPa)，通过调速阀手动控制液动油杯的给油速度。液动油杯采用大容量油杯，内部盛放润滑脂能够满足常规滑移行走所需的油脂量。液动油杯出口与滑靴垫板上的注油接头连接。在钻修机滑移时，手动调整调速阀，保证液动油杯输出的润滑脂油量能够满足钻修机滑移要求。在钻修机滑移时，通过利用液动油杯的高压作用，强制将润滑脂注入到钻修机滑靴与导轨之间的油道，从而实现滑靴与导轨接触面充分覆盖润滑脂油膜。该润滑装置原理见图5。

图5　新型强制润滑装置

3结论

新型钻修机滑靴结构简单、性能可靠、操作安全简单、成本低廉且改造工作量小，能够实现钻修机滑靴的可维护，能够改善滑靴润滑效果，提高钻修机滑移的安全性、可靠性，对钻修机的设计、建造以及在役钻修机的升级改造具有十分积极的意义。

参考文献

[1] 张超.海洋修井机移动滑轨划痕的形成原因分析与处理方法[J].机械工程师,2012，(7):215-216.

[2] 闻邦春.机械设计手册第5版，北京，机械工业出版社，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