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NATK5×19S+PPC-16.00mm壓實(shí)鋼絲繩研制

發(fā)布時(shí)間:2020-07-31 13:28 文章來源:未知 文章作者:admin 點(diǎn)擊數(shù):

根據(jù)鋼絲繩的特殊用途及特殊環(huán)境,石油行業(yè)傳統(tǒng)使用619S+FC類鋼絲繩,由于使用過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)并受到較大的沖擊載荷,使用壽命較短,不能滿足使用環(huán)境及條件。因此,需要改變結(jié)構(gòu)


       根據(jù)鋼絲繩的特殊用途及特殊環(huán)境,石油行業(yè)傳統(tǒng)使用6×19S+FC類鋼絲繩,由于使用過程中發(fā)生旋轉(zhuǎn)并受到較大的沖擊載荷,使用壽命較短,不能滿足使用環(huán)境及條件。因此,需要改變結(jié)構(gòu)及優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)來解決鋼絲繩在使用過程中的旋轉(zhuǎn)問題,從而提高抽油用鋼絲繩的使用壽命。由于6股鋼絲繩屬于旋轉(zhuǎn)鋼絲繩,國內(nèi)多數(shù)油田采用3股或5股壓實(shí)鋼絲繩來解決旋轉(zhuǎn)問題,且壓實(shí)鋼絲繩具有破新拉力高、不易變形、表面耐壓能力及耐磨損性能好等特點(diǎn),能提高抽油用鋼絲繩的使用壽命口-習(xí)。

1NATK5×19S+PPC鋼絲繩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
NATK5×19S+PPC鋼絲繩屬于鍛打鋼絲繩,鋼絲繩行業(yè)不旋轉(zhuǎn)或微旋轉(zhuǎn)鋼絲繩主要有多層股類34×7、15×7、35×7等,雖然這些鋼絲繩結(jié)構(gòu)能解決在使用過程中的旋轉(zhuǎn)問題,但是多層股鋼絲繩生產(chǎn)效率較低,鋼絲繩組股數(shù)多,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差,且拾制質(zhì)量控制難度大,成本高田。抽油用鋼絲繩工作負(fù)荷變化較大,提升速度較快,鋼絲繩一端處于無約束狀態(tài),因此應(yīng)具有不旋轉(zhuǎn)特性。結(jié)合API9A規(guī)范和國內(nèi)外石油行業(yè)鋼絲繩使用資科,壓實(shí)鋼絲繩能夠滿足使用要求。
采用鍛打工藝生產(chǎn)的K5×19S+PPC類鋼絲繩具有以下特點(diǎn)。(1)鋼絲繩破斷拉力高。壓實(shí)工藝增加了鋼絲繩金屬填充,鋼絲繩剛度大、彈性模量高、耐沖擊性能好、耐磨性能好。(2)鋼絲繩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于組繩股數(shù)較少,經(jīng)過鍛打后,鋼絲繩中每股和股中每根鋼絲都有變形,股的所有外層鋼絲與鋼絲繩外表面的接觸面變大,鋼絲與鋼絲之間的接觸面變大,而鋼絲與鋼絲間的間隙變小,從而形成一個(gè)相對(duì)平整的表面,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,鋼絲繩使用過程中不易變形。鋼絲繩截面如圖1所示。(3)鋼絲繩抗旋轉(zhuǎn)性能優(yōu)良。鋼絲繩股、繩拾距倍數(shù)與普通6股鋼絲繩比較,均較小,鋼絲繩為交互拾,鋼絲繩中股、股中鋼絲的旋轉(zhuǎn)力矩更容易接近平衡。
(4)鋼絲繩使用壽命高。合繩后采用鍛打工藝,鋼絲繩應(yīng)力得到有效消除,鍛打鋼絲繩表面與輪槽接觸面積大,增加鋼絲繩耐磨性能。這對(duì)延長鋼絲繩使用壽命有利。

2鋼絲繩工藝參數(shù)設(shè)計(jì)
NATK5×19S+PPC-16.00mm 鋼絲繩股是線接觸西魯式結(jié)構(gòu),19S(1+9+9)西魯式結(jié)構(gòu)如圖2所示。設(shè)計(jì)股拾距倍數(shù)為7.5,鋼絲繩強(qiáng)度級(jí)為1670MPa,鋼絲繩撿距倍數(shù)為6.5,繩徑相對(duì)公差0~+4%,即鋼絲繩繩徑范圍為016.00~16.64mm。
合繩后采用鍛打工藝,鍛打壓縮率為18%~20%,則鍛打前鋼絲繩繩徑范圍017.67~18.60mm,取中間值018.20mm。
2.1股直徑計(jì)算
鋼絲繩股直徑根據(jù)下式計(jì)算:
式(1)中:D一鋼絲繩鍛打前直徑,mm;d一股鍛打前直徑,mm;m一撿制系數(shù)。
根據(jù)《鋼絲繩生產(chǎn)工藝》查得m=2.875,代入公式(1)計(jì)算得d=6.33mm。因此,鋼絲繩鍛打前股直徑為6.33mm。
2.2鋼絲直徑計(jì)算
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算股外層鋼絲直徑如下:
d.=D(2)元+2.5’
式(2)中:d,一股外層鋼絲直徑,mm;n一股外層鋼絲根數(shù)。鋼絲繩股結(jié)構(gòu)式為1+9+9,股外層鋼絲數(shù)為9,將n=9、D=18.20mm代入式(2)得d=
1.58mm。經(jīng)查資料,線接觸西普式股的各層鋼絲直徑比例見表1。
表1西普式股的各層鋼絲直徑比例
Table 1 Each layer steel wire diameter ratio of Seale strand中心鋼絲直徑/外層鋼絲直徑!
股結(jié)構(gòu)
內(nèi)層綱絲直徑內(nèi)層鋼絲直徑
1×1951.958/1.01.77/l.0將表1系數(shù)代入計(jì)算得,內(nèi)層鋼絲直徑計(jì)算為1.58/1.77=0.89mm,中心鋼絲直徑計(jì)算為0.89×
1.958=1.75mm。
2.3繩芯直徑計(jì)算
鋼絲繩芯在壓縮狀態(tài)下和股直徑之間存在如下關(guān)系,h=0.78d,(3)式(3)中:h一繩芯壓縮狀態(tài)下公稱直徑,mm。
繩芯在未壓縮狀態(tài)下的直徑H,應(yīng)按上述計(jì)算壓縮狀態(tài)時(shí)繩芯直徑的1.25~1.4倍國,取中間值
1.33倍。將股直徑代入式(3)計(jì)算得:h=4.94
mm,H=4.94×1.33=6.57mm。
2.4鋼絲繩和股工藝設(shè)計(jì)參數(shù)
根據(jù)計(jì)算,NATK5×19S+PPC-16.00mm鋼絲繩股工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表2,鋼絲繩工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

3鋼絲繩生產(chǎn)過程控制
抽油用鋼絲繩高速碰到液體后鋼絲繩會(huì)突然卸載,易產(chǎn)生燈籠狀,出現(xiàn)繩芯散出或鋼絲繩扭結(jié)等不良現(xiàn)象,影響使用壽命回。選用帶纖維繩芯鋼絲繩能夠解決鋼絲繩繩芯起燈籠現(xiàn)象,同時(shí)鋼絲繩柔軟性能更好。生產(chǎn)過程控制主要是核對(duì)生產(chǎn)工藝執(zhí)行的準(zhǔn)確性,鋼絲或股在捻制時(shí)隨著機(jī)身的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力;鋼絲繩捻制后鋼絲或股為螺旋線形狀,撿制變形存在彈性變形和塑性變形,因此必然產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。股繩生產(chǎn)采用后變形器來控制撿制應(yīng)力,合繩先采用預(yù)變形消除部分股繩應(yīng)力,再使用后變形器消除合繩過程中的拾制應(yīng)力,鋼絲繩捻制應(yīng)力過大會(huì)嚴(yán)重影響鋼絲繩使用效果,因此應(yīng)嚴(yán)格控制。捻繩后鍛打工藝應(yīng)嚴(yán)格控制機(jī)身轉(zhuǎn)速與鍛打壓縮率的關(guān)系,保證鍛打后鋼絲繩質(zhì)量符合工藝要求。
3.1撿股過程控制
捻股過程應(yīng)控制好股繩的拾制應(yīng)力,NATK5x
19S+PPC結(jié)構(gòu)鋼絲繩的設(shè)計(jì)要求捻距倍數(shù)比一般6股鋼絲繩小,因此拾股時(shí),股繩實(shí)測捻距一般靠工藝設(shè)計(jì)下限生產(chǎn),既能滿足設(shè)計(jì)要求,又能使鋼絲繩柔軟性能更好。
3.2撿繩過程控制
捻繩過程中應(yīng)保證鋼絲繩不松散、不起殼,因此控制鋼絲繩拆股變形率在80%~85%。在工藝設(shè)計(jì)鍛打壓縮率18%~20%下,確保鋼絲繩直徑在工藝要求范圍內(nèi)。鋼絲繩實(shí)測拾距需要靠工藝設(shè)計(jì)下限生產(chǎn),確保繩、股撿距的匹配,使鋼絲繩結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,也能使鋼絲繩柔軟性能更好。
3.3鍛打過程控制
鍛打過程中應(yīng)控制好機(jī)身轉(zhuǎn)速與鍛打壓縮率的關(guān)系,根據(jù)鍛打壓縮率,確定一次鍛打還是二次鍛打,一般一次鍛打壓縮率在20%以內(nèi),鍛打壓縮率超過20%,則應(yīng)進(jìn)行二次鍛打。鍛打壓縮率過大會(huì)造成鋼絲繩表面鋼絲損傷及鋼絲繩繩芯粉碎的質(zhì)量缺陷。因此鋼絲繩一般不應(yīng)設(shè)計(jì)過大的鍛打壓縮率,否則可能會(huì)造成鋼絲繩質(zhì)量缺陷口。
實(shí)踐對(duì)比,鋼絲繩帶纖維繩芯,柔軟性能較好,鋼絲繩抗旋轉(zhuǎn)性能、整繩破斷拉力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、使用壽命均得到提高。經(jīng)鍛打成型后未出現(xiàn)繩芯粉碎現(xiàn)象,鋼絲繩表層鋼絲未受到損傷,經(jīng)檢驗(yàn),各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。NATK5×19S+PPC-
16.00mm1670MPa鋼絲繩鍛打前破斷拉力分別為190,185,188,190kN,經(jīng)過鍛打后對(duì)應(yīng)的鋼絲繩破斷拉力分別為212,208,207,210kN。
貴州鋼繩生產(chǎn)的NATK5×19S+PPC-16.00
mm鋼絲繩成功應(yīng)用在西安、新疆等地的部分油田,使用效果良好,鋼絲繩使用壽命得到大幅提升,鋼絲繩結(jié)構(gòu)為18×7,6×7,6×19S,K5×7,K5×19S的使用壽命分別為2600,2760,2500,3500,5600h。

4結(jié)語
針對(duì)抽油用鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題和使用環(huán)境,結(jié)合鋼絲繩使用特點(diǎn),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,采用鍛打工藝生產(chǎn)的NATK5×19S+PPC類鋼絲繩基本滿足抽油用鋼絲繩使用要求,其使用壽命較其他結(jié)構(gòu)鋼絲繩提高2~3倍,客戶使用后反映效果較好。