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NATK5×19S+PPC-16.00mm压实钢丝绳研制

发布时间:2020-07-31 13:28 文章来源:未知 文章编辑:admin 点击数:

根据钢丝绳的特殊用途及特殊环境,石油行业传统使用619S+FC类钢丝绳,由于使用过程中发生旋转并受到较大的冲击载荷,使用寿命较短,不能满足使用环境及条件。因此,需要改变结构


       根据钢丝绳的特殊用途及特殊环境,石油行业传统使用6×19S+FC类钢丝绳,由于使用过程中发生旋转并受到较大的冲击载荷,使用寿命较短,不能满足使用环境及条件。因此,需要改变结构及优化工艺设计来解决钢丝绳在使用过程中的旋转问题,从而提高抽油用钢丝绳的使用寿命。由于6股钢丝绳属于旋转钢丝绳,国内多数油田采用3股或5股压实钢丝绳来解决旋转问题,且压实钢丝绳具有破新拉力高、不易变形、表面耐压能力及耐磨损性能好等特点,能提高抽油用钢丝绳的使用寿命口-习。

1NATK5×19S+PPC钢丝绳结构特点
NATK5×19S+PPC钢丝绳属于锻打钢丝绳,钢丝绳行业不旋转或微旋转钢丝绳主要有多层股类34×7、15×7、35×7等,虽然这些钢丝绳结构能解决在使用过程中的旋转问题,但是多层股钢丝绳生产效率较低,钢丝绳组股数多,结构稳定性较差,且拾制质量控制难度大,成本高田。抽油用钢丝绳工作负荷变化较大,提升速度较快,钢丝绳一端处于无约束状态,因此应具有不旋转特性。结合API9A规范和国内外石油行业钢丝绳使用资科,压实钢丝绳能够满足使用要求。
采用锻打工艺生产的K5×19S+PPC类钢丝绳具有以下特点。(1)钢丝绳破断拉力高。压实工艺增加了钢丝绳金属填充,钢丝绳刚度大、弹性模量高、耐冲击性能好、耐磨性能好。(2)钢丝绳结构稳定。由于组绳股数较少,经过锻打后,钢丝绳中每股和股中每根钢丝都有变形,股的所有外层钢丝与钢丝绳外表面的接触面变大,钢丝与钢丝之间的接触面变大,而钢丝与钢丝间的间隙变小,从而形成一个相对平整的表面,结构稳定,钢丝绳使用过程中不易变形。钢丝绳截面如图1所示。(3)钢丝绳抗旋转性能优良。钢丝绳股、绳拾距倍数与普通6股钢丝绳比较,均较小,钢丝绳为交互拾,钢丝绳中股、股中钢丝的旋转力矩更容易接近平衡。
(4)钢丝绳使用寿命高。合绳后采用锻打工艺,钢丝绳应力得到有效消除,锻打钢丝绳表面与轮槽接触面积大,增加钢丝绳耐磨性能。这对延长钢丝绳使用寿命有利。

2钢丝绳工艺参数设计
NATK5×19S+PPC-16.00mm 钢丝绳股是线接触西鲁式结构,19S(1+9+9)西鲁式结构如图2所示。设计股拾距倍数为7.5,钢丝绳强度级为1670MPa,钢丝绳捡距倍数为6.5,绳径相对公差0~+4%,即钢丝绳绳径范围为016.00~16.64mm。
合绳后采用锻打工艺,锻打压缩率为18%~20%,则锻打前钢丝绳绳径范围017.67~18.60mm,取中间值018.20mm。
2.1股直径计算
钢丝绳股直径根据下式计算:
式(1)中:D一钢丝绳锻打前直径,mm;d一股锻打前直径,mm;m一捡制系数。
根据《钢丝绳生产工艺》查得m=2.875,代入公式(1)计算得d=6.33mm。因此,钢丝绳锻打前股直径为6.33mm。
2.2钢丝直径计算
根据经验公式计算股外层钢丝直径如下:
d.=D(2)元+2.5’
式(2)中:d,一股外层钢丝直径,mm;n一股外层钢丝根数。钢丝绳股结构式为1+9+9,股外层钢丝数为9,将n=9、D=18.20mm代入式(2)得d=
1.58mm。经查资料,线接触西普式股的各层钢丝直径比例见表1。
表1西普式股的各层钢丝直径比例
Table 1 Each layer steel wire diameter ratio of Seale strand中心钢丝直径/外层钢丝直径!
股结构
内层纲丝直径内层钢丝直径
1×1951.958/1.01.77/l.0将表1系数代入计算得,内层钢丝直径计算为1.58/1.77=0.89mm,中心钢丝直径计算为0.89×
1.958=1.75mm。
2.3绳芯直径计算
钢丝绳芯在压缩状态下和股直径之间存在如下关系,h=0.78d,(3)式(3)中:h一绳芯压缩状态下公称直径,mm。
绳芯在未压缩状态下的直径H,应按上述计算压缩状态时绳芯直径的1.25~1.4倍国,取中间值
1.33倍。将股直径代入式(3)计算得:h=4.94
mm,H=4.94×1.33=6.57mm。
2.4钢丝绳和股工艺设计参数
根据计算,NATK5×19S+PPC-16.00mm钢丝绳股工艺设计参数见表2,钢丝绳工艺设计参数

3钢丝绳生产过程控制
抽油用钢丝绳高速碰到液体后钢丝绳会突然卸载,易产生灯笼状,出现绳芯散出或钢丝绳扭结等不良现象,影响使用寿命回。选用带纤维绳芯钢丝绳能够解决钢丝绳绳芯起灯笼现象,同时钢丝绳柔软性能更好。生产过程控制主要是核对生产工艺实行的准确性,钢丝或股在捻制时随着机身的旋转而产生扭转应力;钢丝绳捻制后钢丝或股为螺旋线形状,捡制变形存在弹性变形和塑性变形,因此必然产生弯曲应力。股绳生产采用后变形器来控制捡制应力,合绳先采用预变形消除部分股绳应力,再使用后变形器消除合绳过程中的拾制应力,钢丝绳捻制应力过大会严重影响钢丝绳使用效果,因此应严格控制。捻绳后锻打工艺应严格控制机身转速与锻打压缩率的关系,保证锻打后钢丝绳质量符合工艺要求。
3.1捡股过程控制
捻股过程应控制好股绳的拾制应力,NATK5x
19S+PPC结构钢丝绳的设计要求捻距倍数比一般6股钢丝绳小,因此拾股时,股绳实测捻距一般靠工艺设计下限生产,既能满足设计要求,又能使钢丝绳柔软性能更好。
3.2捡绳过程控制
捻绳过程中应保证钢丝绳不松散、不起壳,因此控制钢丝绳拆股变形率在80%~85%。在工艺设计锻打压缩率18%~20%下,确保钢丝绳直径在工艺要求范围内。钢丝绳实测拾距需要靠工艺设计下限生产,确保绳、股捡距的匹配,使钢丝绳结构更稳定,也能使钢丝绳柔软性能更好。
3.3锻打过程控制
锻打过程中应控制好机身转速与锻打压缩率的关系,根据锻打压缩率,确定一次锻打还是二次锻打,一般一次锻打压缩率在20%以内,锻打压缩率超过20%,则应进行二次锻打。锻打压缩率过大会造成钢丝绳表面钢丝损伤及钢丝绳绳芯粉碎的质量缺陷。因此钢丝绳一般不应设计过大的锻打压缩率,否则可能会造成钢丝绳质量缺陷口。
实践对比,钢丝绳带纤维绳芯,柔软性能较好,钢丝绳抗旋转性能、整绳破断拉力、结构稳定性、使用寿命均得到提高。经锻打成型后未出现绳芯粉碎现象,钢丝绳表层钢丝未受到损伤,经检验,各项力学性能指标符合标准要求。NATK5×19S+PPC-
16.00mm1670MPa钢丝绳锻打前破断拉力分别为190,185,188,190kN,经过锻打后对应的钢丝绳破断拉力分别为212,208,207,210kN。
贵州钢绳生产的NATK5×19S+PPC-16.00
mm钢丝绳成功应用在西安、新疆等地的部分油田,使用效果良好,钢丝绳使用寿命得到大幅提升,钢丝绳结构为18×7,6×7,6×19S,K5×7,K5×19S的使用寿命分别为2600,2760,2500,3500,5600h。

4结语
针对抽油用钢丝绳在使用过程中出现的质量问题和使用环境,结合钢丝绳使用特点,结构稳定性,采用锻打工艺生产的NATK5×19S+PPC类钢丝绳基本满足抽油用钢丝绳使用要求,其使用寿命较其他结构钢丝绳提高2~3倍,客户使用后反映效果较好。


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