游梁式抽油机刹车保险装置研制与应用

任虎林（大庆油田工程建设有限公司）

游梁式抽油机刹车保险装置研制与应用

任虎林（大庆油田工程建设有限公司）

在抽油机上安装平衡块时抽油机刹车装置未完善，减速器刹车仅用两个螺丝保证曲柄水平；在平衡块安装和调平过程中的锤击、敲打会导致螺丝松动、刹车失灵，曲柄装置突然转动而发生安全事故。因此，研制一种游梁式抽油机刹车保险装置，在安全上双重保护，增大抽油机安装的安全冗余，通过验证使用达到了100%的安全。

游梁式抽油机；刹车保险装置；研制；应用

游梁式抽油机为油田最常用的采油设备，油田生产每年都会安装大批的游梁式抽油机；但是在安装游梁式抽油机的平衡块时，经常会出现安全事故。经调查发现，在安装完减速箱和在曲柄装置上安装平衡块的期间，抽油机刹车装置未安装完善。减速器主动轴端的刹车仅仅只用抽油机厂家提供的螺丝卡住来保证“曲柄处于水平位置”[1]；然而，在平衡块的安装和调平过程中需两名安装工在曲柄上进行锤击、敲打等，这些振动极有可能导致螺丝松动，使刹车失灵，曲柄装置突然转动而发生安全事故。

为保证吊装平衡块的“施工质量”[2]和“安全”[3]，参考“抽油机刹车装置故障分析及解决方案”[4]及“游梁式抽油机刹车锁止装置”[5]，研制了游梁式抽油机刹车保险装置。在曲柄处于水平位置、厂家提供螺丝卡住刹车的同时，使用游梁式抽油机刹车保险装置保证刹车爪头直接与刹车轮锁死，安全上双重保护，达到100%的安全。

1 原技术状况

对游梁式抽油机安装情况进行调查发现，在曲柄装置上安装平衡块，首先需保证“曲柄处于水平位置”。原施工方法是用抽油机厂家提供的两个螺丝卡住刹车。

此施工作业方法存在以下问题：

1）存在较大安全隐患。因为在曲柄上的锤击、敲打等振动会导致刹车紧固螺丝松动，使刹车失灵，曲柄装置突然转动而发生安全事故。

2）降低安装质量和施工效率。易出现施工的地方，安装工会显得畏手畏脚，锤击的力度跟不上，降低安装质量和施工效率。

3）施工将造成机械台班浪费。有安装工提出安装平衡块时增加1台履带吊稳住曲柄的施工措施，加大机械投入，在保证安全的同时造成机械浪费。

4）一出事故必是人员伤亡，使生产单位造成重大的经济损失。

为保证游梁式抽油机施工安全，特研制游梁式抽油机刹车保险装置。

2 抽油机刹车保险装置

2.1 设计

此装置由以下三部分组成：◇下部为托体部分，主要用钢筋或钢板制作；◇中间起支撑作用，为上下部分连接，用钢板或螺栓本身；

◇上部为1套螺栓螺母，通过紧固螺栓使爪头将刹车轮锁死。

制作游梁式抽油机刹车保险装置要求“整体设计小巧、多样化，制作方便，便于携带，操作简单”[6]。

2.2 工作原理

在曲柄处于水平位置时，在螺丝卡住刹车的同时，用游梁式抽油机刹车保险装置保证刹车爪头直接与刹车轮锁死，安全上双重保护，增大抽油机安装的安全冗余（图1）。

图1 游梁式抽油机刹车保险装置工作原理

2.3 使用方法

1）减速箱在地上未吊装前就应安装好，只需要把保险装置卡在减速器的主动轴端的刹车上，拧紧螺丝，在螺丝挤压卡住刹车的同时，用游梁式抽油机刹车保险装置保证刹车爪头直接与刹车轮锁死（图2）。

图2 现场安装实物

2）安装游梁式抽油机刹车保险装置时，拧紧螺栓，使刹车爪头锁死在刹车卡槽内，然后吊装减速箱，此时曲柄为水平位置。履带吊吊装平衡块，两名安装工安装上侧平衡块进行安装调平。完成后在履带吊配合下，拧松螺栓，拆掉游梁式抽油机刹车保险装置，解除刹车，然后使曲柄旋转180°，让安装完成的平衡块转到曲柄下侧。曲柄水平后同理再次安装游梁式抽油机刹车保险装置，安装调平平衡块，施工完成后拆除。

3 安全验证

以10型抽油机为例，做一个简单“力学分析验算”[7]。由厂家提供的曲柄、平衡块数据见表1。由表1可知：平衡块加曲柄的重力是78.72 kN，其重心到减速器轴承的距离为0.94 m；刹车轮半径0.25 m，刹车销之间距离0.01 m；减速器（图3）齿轮半径0.5 m；爪头角度约15°，爪头侧面角度约5°（图4）。齿轮摩擦为有益值，方便计算忽略不计。

图3 减速器实物

表1 厂家提供的曲柄、平衡块数据

图4爪头受力分析

图4说明：M为刹车轮对爪头的推力的合力，N；Mx、My分别为M在x轴、y轴上的分力，N；F1为游梁式抽油机刹车保险装置对刹车轮的压力，N；F2为爪头受静摩擦力，N。

由力矩平衡和力平衡求得M=5.92 kN；F1=520 N。

当游梁式抽油机刹车保险装置施加的力F＞F1×1.5（保险系数）=780 N时，就能把刹车轮锁死。

4 现场应用及效益

1）游梁式抽油机刹车保险装置，在“北III-2联合站扩建及系统工程”、“北III-1联合站扩建及系统工程”、“北III-7三元转油放水站集油系统工程”等5项工程中的104台游梁式抽油机中得到成功应用，取得了良好的效果（表2）。

2）在104台游梁式抽油机中使用刹车保险装置后，若按每台抽油机节约履带吊0.5个台班，安装效率提高20%计算，则共计节约费用（人工费2 686.5元，机械费65 000元，材料费忽略不计）为67 686.5元。

表2 应用刹车保险装置的游梁式抽油机数量

3）应用了游梁式抽油机刹车保险装置后，未出现一起事故，安全效益相当可观。

5 结论

游梁式抽油机刹车保险装置具有整体设计小巧、多样化，制作方便，便于携带，操作简单，使用周转次数多、安全等优点，完全满足游梁式抽油机平衡块“施工质量验收要求”，也得到项目部及安装班组的一致认可，现已作为抽油机必备工具之一。在安全管理越来越重视的大环境下，游梁式抽油机刹车保险装置将具有很好的推广应用价值。

[1]中国石油大港油田油气开发事业部.抽油机安装工程施工及验收规范：SY/T 0408—2000[S].北京：石油工业出版社，2000：1-21.

[2]石油工程建设专业标准化委员会.石油天然气建设工程施工质量验收规范设备安装工程：SY 4201.1—2007[S].北京：石油工业出版社，2007：1-18.

[3]中国住房和城乡建设部标准定额研究所.建筑施工起重吊装工程安全技术规范：JGJ 276—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012：1-40.

[4]李伟，李绍奇，董宏宇.抽油机刹车装置故障分析及解决方案[J].石油矿场机械，2009，38（3）：88-91.

[5]郭占林，吴春燕，何晓琴，等.游梁式抽油机刹车锁止装置的研制与应用[J].中国石油和化工标准与质量，2013（1）：95-96.

[6]罗红专.机械设计基础[M].2版.北京：机械工业出版社，2016：85-105.

[7]康锋.考虑摩擦的游梁式抽油机动力学分析[D].西安：西安理工大学，2008.

2017-05-12

（编辑 李发荣）

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.10.011

任虎林，工程师，2007年毕业于中国石油大学（北京），从事油田工程地面建设工作，E-mail：282235781@qq.com，地址：黑龙江省大庆市让胡路区世纪优座7#-2-301，163000。