密封装置更换

密封装置更换（共7篇）

密封装置更换 篇1

目前原油储备库中有一部分储罐设计采用的是一次密封装置,即机械密封。机械一次密封装置为金属支架连杆结构形式,在浮盘上下运行的过程中,容易出现因金属构件变形而造成浮盘卡阻现象,严重时甚至可能造成沉盘等重大安全事故。另外,机械一次密封不属于浸液式密封,环形间隙内存在较大的油气空间,油气蒸发浓度大,存在着严重的安全隐患,如遇雷雨天气而遭雷击时,容易引燃油气而造成储罐油品着火、爆炸等重大恶性事故,给国家造成不可估量的经济损失。

为保证油罐的运行安全,减少油品的蒸发损耗,保证密封效果和安全,在储罐不退出运行的情况下带油拆除原有的机械一次密封以及新密封装置的安装,其工程内容如下:

1 工程实施的主要内容

1.1 一次密封装置

(1)测绘储罐一次密封装置相关技术参数;

(2)设计和生产制造浸液式一次软密封装置产品;

(3)拆除原有机械式一次密封装置,清运到罐外;

(4)新一次密封装置运进罐内,进行安装。

1.2 原有二次密封装置

(1)原有二次密封装置拆卸;

(2)原有二次密封装置在一次密封装置安装完成之后重新安装复原。

1.3 编制《工程施工方案》

规范和明确带油拆换一次密封装置过程中的操作方法和注意事项。在工程实施过程中,派技术人员到现场指导安装,根据石油储备安全生产需要,及时与其保持联系和沟通,双方协调一致,进一步完善此方案,以确保安全、优质的完成改造工作。

2 施工可行性分析

带油拆装密封装置,首要的问题是保障安全,包括人身安全和设备安全。油罐区是国家一级防火单位,油品是易燃易爆品,任何由碰撞、摩擦、静电等所产生的火花,都可能导致重大安全事故的发生。但也不能断定拆装密封装置是不可行的,通过现场分析和实际的操作经验,满足下列条件时,拆装密封装置是完全可行的:

(1)储罐储存的介质为原油,并且原油处于静止的储存状态,具有相对较低的挥发性;

(2)浮船处于相对高的位置,以保证空气流通,使施工环境下挥发油气的浓度对人身和设备都是安全的;

(3)具备油罐密封设计、制造行业从业经验和相当化工专业知识的人员;

(4)具有实际带油作业操作、管理经验的施工队伍;

(5)制定相应的技术和安全保障措施;

(6)业主方提供必要的安全设施并进行现场安全监督;

(7)在允许的安全作业区内,对金属部件进行切割、打磨作业,保证施工现场不动火作业;

(8)采用防爆工具进行施工,现场作业不致产生火花;

(9)安全防范措施到位,由业主、施工双方共同配合确保万无一失。

原油储罐储存的介质就是原油,在施工前将储罐液位升到较高的安全液位,工程人员采用防爆工具不动火进行更换密封装置,严格按照安全施工要求进行操作,带油拆换一次密封装置施工是完全可行的。

3 施工具体做法和要求

3.1 前期准备工作

(1)按照储罐的要求准备更换的密封部件及辅助材料;

(2)准备好施工用的防爆工具;

(3)对进场安装队伍,进行安全培训和技能培训,使操作人员了解操作方法、操作顺序、安全注意事项及劳动保护措施;

(4)做好安全预防工作;

(5)对油罐进行检测,具备安装条件。

3.2 作业方法

(1)搬运作业。

(2)从地面运到罐顶。

在浮梯围栏周边,借助牢固的栏杆或柱子安装起吊用装置,包括滑杆、滑轮和麻绳。更换的密封部件通过人工从地面拉上罐顶,站在高处作业的人员系好安全带,戴好安全帽,地面的人员戴好安全帽,做好安全防范措施,防止高空坠物。

由于软橡胶密封带是一整条,地面人员先将一端系好在麻绳端部、牢靠,上面人员开始向上拉,在拉的过程中,地面人员要将橡胶密封带保护好,适当的时候牵一根保护绳,防止密封部件贴罐外壁,增加阻力和损坏罐体及部件。

金属件搬运也按照上述方法进行,每次系好保护绳,每次不超过25 kg。

(3)从罐顶运到罐内。

在放入罐内前,在密封部件端部系一根保护绳,先沿罐壁放下保护绳,由罐内人员将保护绳拉好,力度均匀,防止密封部件磨擦罐壁,然后由上面人员慢慢放下,上下协调一致,将密封部件安全运到罐内,并做好防护措施,防止损坏浮顶表面。

(4)从罐内运到罐顶、从罐顶运到地面。

更换下来的密封部件,报废的或者需要运到罐外维修的,用塑料编织袋装好,采用上述方法运到罐顶和地面。

3.3 注意事项

(1)搬运人员必须穿戴好安全帽、安全带等,确保人身安全;

(2)每一次搬运必须做好安全防护措施后才能进行,确保罐体和密封部件不损坏;

(3)所有物品必须轻拿轻放;

(4)运到罐内的物品,必须分散摆开,避免集中;

(5)如果施工现场条件许可,一、二次密封部件可采用吊车整箱吊装搬运。

3.4 原二次密封的拆卸

(1)松开二次密封边缘板固定承压板的螺母,暂不卸下;

(2)松开并卸下橡胶刮板上的固定螺母,将螺母及垫片摆在塑料盒内;卸下连接导静电电缆的固定卡,将电缆整理好,防止损坏;

(3)卸下导静电片(分流器),放在浮顶的塑料布上,摆放整齐;

(4)向内拉开承压板,从内侧拿出固定螺栓,防止滑落,放入塑料盒内;同时拿出压板, 放在浮顶的编织布上,摆放整齐;

(5)小心将橡胶刮板、防蒸发隔膜与承压板分离,由于刮板是十多米一条,因此将刮板分离后沿着浮顶边缘铺开,下面垫上塑料布,待一整条完毕; 防蒸发隔膜由于另一边与边缘板上的螺栓相连,暂不能拆下,将其沿边缘板的外侧自由落下;

(6)橡胶刮板拆下后,卸下边缘板固定二次密封承压板的螺母,并放入塑料盒内;

(7)固定每块承压板采用三个螺栓,因此每卸三个螺母后,取下压紧承压板的槽形压板,放在浮顶的编织布上,摆放整齐;

(8)槽形压板卸下后,将承压板轻轻摇动,并从螺栓上取出,放在浮顶的编织布上,摆放整齐;然后沿边缘板将防蒸发隔膜收起卷好,摆放在浮顶编织布上;

(9)沿浮顶边缘按照上述程序操作,拆卸二次密封。

3.5 机械密封的拆卸

(1)由于机械密封隔膜下方就是液面,在拆卸前必须做好防范措施,制作弹性元件先压入操作区域的环形间距,防止紧固件及支撑架等掉入罐内。

(2)由于在环形空间内作业,为避免防爆工具掉入罐内,应采用适当的方式,如绳子与操作人员的身体相连接,避免松手后掉入罐内。

(3)隔膜的拆卸。先沿罐壁四周松开固定隔膜在金属密封板的螺母,并卸下,放入塑料盒内;每块支撑架上面有两个螺母,每卸两个螺母后,轻轻摇动支撑架,并取下整齐地摆放在浮顶上;然后沿浮顶边缘松开固定隔膜的螺母,每卸两个螺母后,轻轻摇动压板(连接架),取下并整齐摆放在浮顶上;按照上面的操作程序拆卸机械密封隔膜,破损的及时装入编织袋内,需要重新使用的,折叠整齐,摆放好。

(4)金属密封板的拆卸。密封板长度较长,且伸到浮顶底板下面,因此在拆卸前做好防范措施,用三根绳子系紧剪刀架,防止在操作过程中掉入罐内;确定拆卸的密封板上连接的抵向罐壁压板、剪刀架及弹簧(压条)后,先松开联结固定抵向罐壁压板上的螺母并卸下,轻轻摇晃取下一根螺栓,第二根螺栓松开前,要做好防范措施,采用绳子将压板套住,防止第二根螺栓松开后掉入罐内;螺栓、螺母放入塑料盒内;用防爆钳取下联结边缘夹与剪刀架的销轴一端的开口销,然后慢慢取出销轴,将开口销及销轴放入塑料盒内;将连接在密封板上的所有压板及连接剪刀架的销轴拆卸后, 由于金属密封板采用搭接,要找准搭接位置,与相邻的密封板分离, 向上沿罐壁慢慢提起密封板,直到全部分离,然后摆放在浮顶覆盖物上;边缘夹和弹簧是整体装配后固定在边缘板外侧的,要先将边缘夹与边缘板的固定螺栓松开,然后整体拿出,放在浮顶覆盖物上;按此步骤完成一整圈;将拆下的机械密封所有部件清出罐内。

3.6 囊式一次软密封的安装

(1)机械密封拆卸完成后,将浮顶边缘清理干净,将一次橡胶密封带沿边缘板铺开,画有单条打孔中心线的一边朝向罐壁;

(2)用专用冲子围绕浮顶圆周沿胶带上已画好的打孔中心线冲固定孔,固定孔间距为199.5 mm(若边缘板上有非标孔,对应在橡胶带上的孔间距应与之相匹配,橡胶带孔间距尺寸S为:S=边缘板非标孔间距×1.006 3);因罐内壁周长与浮顶园周长不等,在安装时应将橡胶密封袋均匀皱折,将多余的长度平均分给每一个孔间距;

(3)孔冲好约10 m后,开始将冲好孔的橡胶密封带对折,并将单排孔和双排孔的内排孔沿浮顶边缘板依次用螺柱(每间隔三至五个安装孔)挂在安装孔上,并套上螺母;

(4)剩下约50 m时,将密封胶带上的孔位与边缘板上的孔位一一对应,确定搭接尺寸(搭接长度不少于三个孔间距,一般600 mm),将多余部分剪去;

(5)将接头两端拉到浮顶上方平整处,将搭接部位表面用打磨机打磨(出厂前已打磨,将剪去后未打磨的部分打磨),并用刷子将打磨的粉末清理干净后;开始刷接头专用硫化剂,刷一层后晾干,约30 min(根据当时气候状况,可适当延长或缩短干燥时间,以不粘手为准则),再刷一次,再晾干,约30 min(根据当时气候状况,可适当延长或缩短干燥时间,以不粘手为准则)后,开始搭接,搭接应平整,不能错位,并施压以保证粘接强度,使用沙袋对接头处施加压力,施加压力为500 Kg/m2,施压时间为24 h;

(6)将挂好的橡胶带,卸下靠罐壁边的螺母,掀开外层橡胶带,安装支撑板,每间隔三个安装孔安装一块支撑板;

(7)将橡胶密封带外层橡胶带用压条裹住,并从环形空间拉上来紧靠罐壁,使其形成一段囊体,形成的囊体长度约3～5 m,将单根弹性元件钻孔面朝上,放到橡胶密封带囊的上部,1.5 m放一根,用脚沿罐壁边缘将弹性元件往下踩,使弹性元件进入环形空间,并保证弹性元件钻孔面朝向罐壁,然后沿弹性元件靠已踩入端的端部顺延将其踩入环形空间底部,保证两弹性元件之间的连接处无缝隙;

(8)将橡胶密封带外边安装孔套到螺栓上;

(9)将橡胶密封带双排孔的外排孔套到螺栓上;

(10)安装压板及螺母,两孔压板压在支撑板上;

(11)按上述步骤沿浮顶圆周安装,并紧固螺母,保证螺栓伸出螺母的长度一致,约5 mm;

(12)清理现场,保持现场整洁。

3.7 囊式二次密封的安装

(1)先沿边缘板内侧安装螺栓上套上自粘密封条;

(2)在安装前防蒸发隔膜,应根据边缘板上的安装孔和承压板上的安装孔间距预制;防蒸发隔膜先接头,接头采用胶粘剂粘接;

(3)防蒸发隔膜先将其套在边缘板的安装螺栓上,然后安装承压板,承压板的安装孔套在固定螺栓上,然后将槽形压板套在螺栓上,套上螺母,用手稍拧紧螺母;承压板的安装沿顺时针方向进行,每一块与前一块叠加;

(4)橡胶刮板接头采用不锈钢接头件(连接支座), 橡胶刮板接头处应位于承压板中心处,先将刮板两端修理整齐,端部离安装孔约1/2个安装孔间距,用不锈钢接头件将两个端部包好,然后将螺栓套上压板,穿过不锈钢接头件(内有橡胶刮板)、防蒸发隔膜,固定在承压板上,套上螺母,用手稍拧紧;

(5)不锈钢导静电片(分流器)安装在承压板上方,每间隔七个孔安装一个,最大间距不超过1.5 m;

(6)按照上述步骤沿罐四周安装,并固定好导静电电缆;

(7)防蒸发膜隔膜、橡胶刮板接头前都必须将长度量好;

(8)用扳手将固定承压板及橡胶刮板的螺母拧紧。

3.8 作业安全

(1)经业主、施工双方有关人员对油气浓度等进行检测并经甲方允许后,施工方才能进入现场进行作业;

(2)施工人员穿戴好防静电服装和劳动保护用品,方可上罐作业。作业前,对当天的安装任务、人员、进度等进行合理分工,以明确任务、职责,同时交代注意事项,以避免意外情况的发生;

(3)施工时,严格按照施工顺序和方法、国家有关油罐安全操作的有关法律、法规等进行操作;

(4)密封装置的拆卸及安装,使用的工具是防爆工具;

(5)在作业的过程中,须轻拿轻放,不得野蛮施工;

(6)在进行每一项作业前,必须有防范措施才能进行;

(7)夏秋季时,必须避开高温作业,确保人身安全。

4 工程实施应注意的问题

(1)安全问题:罐区属于重点防火区域,严禁烟火。不得携带火种进场,不得在浮顶上更换衣服,施工过程中防止有静电、碰撞、摩擦火花产生;所有参加施工人员必须进行安全知识、施工方法及灭火器具使用方法的培训;

(2)安装问题:工程实施时螺栓的可卸性是施工的难点之一,遇到难卸的螺栓,先喷螺栓松动剂,过一会再卸,切忌蛮干;确实难卸的,应根据实际情况研究对策;

(3)拆装一次密封部件和二次密封部件时要轻拿轻放;

(4)施工过程中严禁随意敲击管线及油罐附件;

(5)施工时要服从业主方的安排;

(6)施工中出现的问题应及时与甲方沟通;

(7)每天施工完成后,必须认真检查操作现场,确保安全后才能离开。

5 技术保障措施

(1)派遣有经验的技术人员到现场测量一次密封设计所需要的参数;

(2)根据现场实际情况制定可行的施工措施;

(3)根据现场测量的数据,针对性的进行设计,以保证更换作业顺利实施;

(4)组织施工队伍,确定施工负责人、安全员、质检员等,明确各人员的分工、职责。施工负责人必须具备安装的实际操作及管理经验;安全员、质检员必须具备相应的资质;

(5)挑选有安装油罐密封装置经验的操作人员组成施工队伍;

(6)编制《工程施工方案》和《浮顶油罐一、二次囊式密封安装作业指导书》;

(7)对各操作人员进行培训,了解本次施工的要求、任务、方法、注意事项等。

6 安全保障措施

(1)准备防爆操作工具、螺栓松动剂以及防静电服装、劳动防护用品;

(2)对参与安装人员进行灭火器具使用方法的培训;

(3)在甲方安全主管部门相关人员的指导下进行入场前的安全知识培训;

(4)每天进罐前所有施工人员必须进行登记,收工时清点人数并清理现场;

(5)施工现场配备灭火器,防止意外情况的发生;

(6)建设单位安排专职安全员跟班作业,施工方安全员负责施工现场的安全监督、检查工作;

(7)按照《立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范》(GB50128-2005)的要求进行操作。

7 施工时的质量控制

(1)建立以施工项目经理为首的施工质量保证体系,实施作业班长、施工管理员、质量检查员的三检制;

(2)施工前确定各质量控制点(按GB/19002标准),施工中按质量控制点的严格要求控制。控制点分为A、B、C三个控制等级:

A类:停检点,通常是交工文件中明确由建设单位/监理方需要验证的控制点。

B类:报告控制点,通常是交工文件中明确由质检员需要验证的控制点。

C类:一般控制点,通常是交工文件中明确由施工员/作业班组需要验证的控制点。

(3)施工质量控制点设立:一次密封安装、二次密封复原为A类;二次密封和机械一次密封拆除为B类;搬运为C类。

(4)坚持文明施工,材料进入现场摆放整齐,施工现场要求工完、料尽、场地清。

(5)施工中把好“五关”,即施工程序关、操作规程关、原材料检验关、隐患工程验收关,按照首件必检的原则,搞好过程控制。

(6)推行全面质量管理,攻克施工中技术质量难点和提高工程质量。

8 建设单位的管理

(1)建设单位应根据生产和检修状况,提前将施工的日程安排告知有关人员,以便及时调配进行安装施工技术指导;

(2)对于即将施工的储罐,业主方应安排在施工前将罐内液位高度保持在15 m以上;

(3)在施工过程中,施工储罐不得进行进出油操作;

(4)业主方应根据条件提供1～2辆消防车进行现场监护;

(5)每天派安全员跟班作业;

(6)为现场提供3～5个泡沫灭火器;

(7)提供存放更换一次密封废部件的场地。

9 结 语

储罐机械密封的带油更换,是目前大型储备油库安全运行管理的新课题,特别是在油库储备的易燃和易爆原油,因其聚集的区域相对集中,给施工的安全管理带来了考验,所以组织好施工作业是非常有必要的。

参考文献

[1]汤楷孙.石油的储运蒸发损耗[J].石油炼制与化工,1980,(9).

[2]陈永遂.对降低稳定原油储罐蒸发损耗的建议[J].油气田地面工程,1983,(1).

[3]安鼎一.原油储罐的挥发损耗及其回收[J],油气储运,1985,(2).

[4]朱丹.机械密封在浮顶储罐设计中的应用[J].石油规划设计,2002,(5).

水轮机接力器活塞缸组合密封更换 篇2

接力器为液压元件, 在制造、装配、实验和安装运行过程中, 它的漏油问题, 直接影响着产品的合格率及电站安装后的正常安全使用[1]。

早期的接力器活塞缸的密封多为多圈开口铸铁环密封, 但是由于性能较差, 现在早已不用。20世纪60至80年代时用得比较多的是多圈O形密封环。它的优点是密封性能好、压缩量比较大, 但是存在耐磨性能差、摩擦力大的缺点, 现在一般的工程机械也不多用。现在用得比较多的是双引导环组合密封结构[2]。此结构形式密封可靠, 耐磨性能好, 但是安装和更换时经常会出现导向环受力不均匀, 接力器的活塞套不进活塞缸等情况。因此如何能更好的、有效的对组合密封系统进行更换, 是电站工作人员应认识和了解的一项技能。

1 组合密封系统的组成和原理

组合密封通常由一个主密封环和一个辅助弹性密封元件组成 (见图1) , 属接触型自紧式密封。主密封环 (又称导向环) 截面形状为矩形, 材料为聚四氟乙烯, 其相对配合间隙较松, 主要解决在长行程液压缸中活塞的导向问题, 也是活塞的初级密封。里层的弹性密封元件一般采用O形橡胶圈, 安装时, 主密封环和弹性体密封环放置于同一沟槽中, 并给弹性密封环一定的压缩量。这种方式的组合密封一方面利用了橡胶较好的可压缩性, 能产生一定的压力, 同时利用了聚四氟乙烯的耐磨性, 可以使之能够长期有较好的密封性能。

当受到低压流体作用时, 弹性密封环受压缩产生的初始应力作用在聚四氟乙烯环上, 既阻止了低压流体的渗漏, 同时通过主密封环把接触力传递到主密封环与金属接触表面之间的通道, 起到初始密封的作用。当密封压力增加时, 流体压力把O形密封环推向低压侧, 与槽壁紧密接触。在高压流体作用下, O形圈发生变形, 并挤压套在其外面的四氟乙烯主密封环, 使主密封环与金属表面的接触应力增加。流体的压力越高, 挤压应力也就越大, 以此达到自紧式密封的作用。

2 组合密封的更换方法

长时间的运行中, O型圈发生老化, 失去了原有的弹性, 不再具有对密封环的挤压应力, 密封效果变差, 造成接力器活塞缸的前后腔串油, 有可能达不到动作压力, 会给我们的安全运行带来很大的影响。因此, 当机组运行一定时间后, 我们就必须对其接力器的组合密封进行更换。

O型密封圈具有一定的伸缩量, 弹性系数较大, 因此容易安装;但是导向环伸缩量很小, 弹性较小, 不易安装。如果用改刀将导向环强制安装, 就会导致导向环受到外界较大应力后难以恢复原有尺寸, 就会出现接力器的活塞缸套不进活塞腔的情况。而且导向环受到的外力也是不均匀的, 更是难以收缩均匀, 有的地方能够回收到理想尺寸, 而受力较大的部分就不容易收缩至理想尺寸, 影响安装质量, 因此必须用特殊的方法进行安装。

2.1 加热法

2.1.1 拆出接力器活塞, 并用破布擦拭活塞表面油渍, 将活塞垂直放置;

2.1.2 用改刀和榔头敲开旧的导向环, 拆除导向环和O型圈;

2.1.3 擦净密封圈凹槽, 将新的O型圈套入其中;

2.1.4 将新的导向环浸入盛有适量油的油盆中, 并用电磁炉对其加热, 温度加至120℃, 保温10min; (温度可由红外线测温仪测量)

2.1.5 戴上隔热手套, 用镊子取出新导向环, 擦拭干净后将导向环套向活塞缸密封凹槽;

2.1.6 冷却数分钟后, 用白布条裹紧刚安装上去的接力器组合密封;

2.1.7 将温度为100℃左右的油浇在白布条上, 冷却至常温;

2.1.8 拆开白布条, 在活塞缸表面抹上净油, 回装。

2.2 专用工具法

2.2.1 拆出接力器活塞, 并用破布擦拭活塞表面油渍, 将活塞垂直放置;

2.2.2 用改刀和榔头敲开旧的导向环, 拆除导向环和O型圈;

2.2.3 擦净密封圈凹槽, 将新的O型圈套入其中;

2.2.4将新导向环套入专用工具 (见图2) , 沿着专用工具外壁缓慢套向活塞密封凹槽;

2.2.5 用白布条裹紧刚安装上去的接力器组合密封;

2.2.6 将温度为100℃左右的油浇在白布条上, 冷却至常温;

2.2.7 拆开白布条, 在活塞表面抹上净油, 回装。

3 结语

加热法是利用热涨冷缩的原理, 将导向环加热, 使其均匀扩大, 容易套进活塞;而专用工具法则是利用圆锥形工具, 使得导向环在安装过程中也是均匀受力的, 这样导向环在安装后就会更容易的收缩, 实现导向环与O型密封圈的理想配合。这两种方法最后都采用了裹紧导向环浇热油的方法, 目的就是进一步帮助导向环收缩, 达到导向环紧密配合O型圈的效果。由此可见, 力学对于我们处理问题时起到了关键性的作用, 因此我们在解决问题时要充分利用所学的知识, 拓宽思维, 这样就能更好的帮助我们解决实际问题。

参考文献

[1]曹德康.水轮机直缸活塞式接力器漏油剖析[J].东方电器评论, 1999, 18 (2) :114-118.

继电保护装置更换优化 篇3

大容量电力系统互联及大停电事故, 使得继电保护装置可靠性愈发受到重视, 也对保护装置的维护、检修也提出了更高要求。如何评估继电保护装置可靠性, 确定其检修依据和更换策略, 成为学者们关注的重要课题之一。

目前, 继电保护检修周期研究已经取得了较多成果。其主要思想是基于Markov状态方程构建保护系统模型, 并以稳态不可用率或年均经济损失最小为目标, 从而获得最优检修间隔时间。具体地, 文献[1]提出“潜在失效 (Hidden Failure) ”概念, 对保护装置的修复和检修作了初步研究。在此基础上, 文[2]建立了保护装置最简单的5状态Markov状态模型, 以稳态不可用率最小为目标求解最优检修间隔时间。进一步, 影响保护系统最优检修周期的各种因素如后备保护[3,4]、微机保护自检功能[5,6]、软件失效率[7]、被保护元件的故障情况[8]、保护双重化[9]和二次系统[10,11]等, 逐一被考虑到保护装置的最优检修周期计算。此外, 文献[12]对目标函数作了改进, 提出以保护年均经济损失最小为目标获得最优检修时间间隔。

理论上, 依据获得的最优检修周期对保护装置进行周期定检能预防保护装置的故障, 提高保护装置的可靠性。然而, 上述基于状态空间转移的稳态状态概率算法需要假定每次对保护装置的检修都是有效且能使装置“修复如新”, 实际上保护装置的可靠性在使用一定时间后会下降。因此, 上述假设使得结果偏于乐观。此外, 实践表明, 不适当的周期检修非但无效, 甚至还会降低装置的可靠性。例如, 不合适宜的超量检修容易引发不必要的人为故障。

因此, 保护装置的可靠性和检修的经济性随着装置使用年限的增加而降低, 一味地强调检修, 对电网运行的经济性、可靠性和安全性造成威胁。所以, 更换低可靠性或不值得维修的保护装置, 从而弥补周期检修的不足, 已经成为电力工业界保证装置运行有效性和维修经济性的共识。

鉴于目前针对保护装置的最优更换周期研究尚未见文献报道 (现有文献仅涉及检修周期) 。本文提出一种基于现场运行数据, 综合考虑保护装置可靠性和其维修经济性的最优更换策略。该策略包含两部分:依据继电保护装置可靠性构建的保护装置最小维修模型和依据该模型提出的以“单位时间生命周期费用”最小为目标函数的保护装置最优更换周期。根据现场保护装置实际运行情况形成数据, 并考虑实际情况下保护双重化的影响, 验证了该策略的可行性。

2 最小维修与最小维修模型

继电保护装置硬件模块具有分散集成的特点, 其故障之后的维修, 通常只涉及部分元件, 例如对板卡、电源等的更换。此类仅仅修复、更换故障元件, 不做整体更换的方式, 称之为“最小维修”。

对保护装置而言, 修复后处于与故障前近似相同的状态, 是一种“修复如旧”的状态。相应地, 基于最小维修方式下, 对继电保护装置运行、维护特性建模, 称之为保护装置的最小维修模型。

基于可靠性数学理论, 最小维修数学涉及系统故障特性和修复特性两个方面。因此, 继电保护装置最小维修模型的构建, 如图1所示, 包含装置故障特性建模和修复特性建模两个方面。具体的, 对于故障特性建模, 首先要进行故障时间间隔的趋势检验, 其次是拟合优度检验, 进而确定使用非其次泊松分布来表征故障特性;对于修复特性, 首先确定合适的修复时间的概率分布函数;其次, 进行模型的参数估计。

3 故障特性建模

保护装置的故障特性 (包含软件, 硬件等各种故障的整体故障特性) 表现为故障时间和故障次数之间的相互关系, 可用故障强度函数ρ (t) 表示[13]。受最小维修影响, 保护装置的故障时间间隔不是独立同分布, 保护装置状态可能随时间增长逐渐恶化, 后继的故障时间间隔会表现出相关性或某种趋势。故将此过程看作是随机点过程, 使用非齐次泊松过程[14]进行建模。

故障强度函数ρ (t) 定义为故障次数对时间的导数, 即

其中, N (t) 为t时刻的故障次数。强度函数ρ (t) 是可修复系统故障的绝对率值, ρ (t) Δt表示在Δt时间内发生故障的概率。

依据泊松公式, 保护装置遵循非齐次泊松过程的强度函数可表示为

上式称为具有幂律过程的故障特性。对于故障强度函数ρ (t) , 若b<1, 则随时间增加保护装置状态逐渐变好, 该情况可能会在保护装置投运的初期出现;若b>1, 则随时间增加变化保护装置变差, 即在最小维修中装置所经历的过程。对于继电保护装置, 其强度函数参数可由参数估计和概率检验获得。具体如下文所示。

此外, 故障次数的期望值和瞬时平均无故障运行时间 (MTBF, Mean Time Between Failure) 分别为式 (3) 、 (4) 所示[13]

3.1 故障特性模型的参数估计

强度函数ρ (t) =abtb-1的参数a和b可用最大似然估计 (MLE) 进行参数估算。

假设某保护装置从投运到t时间范围, n次连续的故障时刻t1<t2<…tn被记录, 则估计值分别由式 (5) ~ (7) 表示

3.2 故障特性模型检验

在估算故障强度函数的参数之后, 需要进行故障特性模型检验。该检验主要包含两步, 一是趋势检验, 即检验故障时间间隔趋势, 如果故障间隔存在趋势, 故障强度函数就是合适的模型。二是拟合优度检验, 即检验非齐次泊松过程 (和齐次泊松分布相比) 是否适合模拟故障特性。本文采用Cramer-von Mises拟合优度的检验。

3.2.1 故障时间趋势的检验

对于强度函数ρ (t) =abtb-1, 检验的假设为

H0:强度函数为常数 (b=1) ;

H1:强度函数不为常数 (b≠1) 。

如果强度函数不是常数, 说明故障时间存在趋势, 不论保护装置状态存在增长或退化的趋势, 均使用非齐次泊松过程来模拟。检验的统计量由下式计算:

这里, n为故障次数, 检验统计量χ2为卡方 (chisquare) 分布。若当χ2<χ2crit, 1-α/2或χ2>χ2crit, α/2时, 则拒绝装置的故障率为常数, 即接受该装置的故障强度函数不为常数。

确定装置的故障率不为常数之后, 再在此基础上再进行Cramer-von Mises拟合优度的检验, 以确定非齐次泊松过程是比齐次泊松分布更适合模拟故障特性的模型。

3.2.2 Cramer-von Mises拟合优度的检验

假设,

H0:用强度为abtb-1的非齐次泊松过程模拟装置的运行状态;

H1:上述过程不能模拟装置的运行状态。

首先, b的无偏估计量为

其次, Cramer-von Mises拟合优度检验统计量由下式计算:

当CM>Cα (显著性水平α的临界值) 时, 拒绝原假设, 即上述故障过程不可用非齐次泊松过程描述。

当CM<Cα (显著性水平α的临界值) 时, 接受原假设, 即上述故障过程可用非齐次泊松过程来描述。

4 修复特性建模

保护装置故障之后, 需要退出运行对其进行维修。“停运时间”, 一方面可以描述保护装置故障的复杂程度, 另一方面也表征故障带来的损失。由于故障模式、元器件库存, 以及维修人员技能水平差异等原因, 停运时间具有随机特性。因此, “停运时间”是随机变量, 可使用“停运时间”的概率分布, 通过拟合来构建保护装置修复特性模型。常用的分布函数的累积概率密度函数如 (11) ~ (14) 所示,

指数分布累积分布函数:

Weibull累积分布函数:

正态分布:

对数正态分布:

依据分布函数 (11) ~ (14) , 对停运时间采用线性回归拟合, 选取拟合度最高的分布, 本文引入可决系数R2来度量拟合度, 可决系数表示为

yi表示离散点的纵坐标, 表示样本均值, 表示理论回归值。R2可以度量回归曲线的拟合程度, 它在0~1之间取值, 越接近1表示拟合程度越好。在维修模型中, 选取拟合度最好的分布函数来模拟维修特性并进行参数估计。

进一步, 平均修复时间MTTR (Mean Time to Repair) 可以通过下式计算

5 继电保护装置更换策略

保护装置在每次故障之后更换相应的故障元件, 整个装置处于不断老化的状态。保护装置故障的持续增加, 既影响其维修经济性, 也降低其可靠性, 故需要综合考虑经济性和可靠性, 适时整体更换。下文考虑以单位生命周期费用最小为目标, 综合考虑经济性和可靠性, 获得保护装置最优更换周期。

保护装置从投运到t时刻, 生命周期费用如下式表示,

其中,

Cd———一台保护装置的单价, 万元/台

Cx———每次故障后维修的平均费用, 万元/次

Ct———因保护装置停运导致本线路退出运行损失的费用, 万元/次·小时

考虑保护双重化配置, 当两台保护装置同时停运时线路才退出运行MTTR/ (MTTR+MTBF) 表示另一台保护装置的不可用率, 此时, 线路停运, 负荷失电。

因此, 最小维修方式下, 基于故障特性和修复特性, 可获得保护装置单位时间的生命周期费用为

若考虑保护装置的最优更换周期满足“单位生命周期费用”最小, 则该最优更换周期满足

进一步, 根据 (19) 可知, 使单位时间费用最小的最优更换时间T, 如下式所示。

如果b≤1, 则上式无解, 即应当更换该套保护装置。

6 算例分析

本算例的保护装置运行和维护情况来源于变电站“事件顺序记录系统 (SER) ”及“运行日志”, 包括投运时间、故障时间和每次故障的停运时间。

该保护装置自投运起, 一共运行了60000小时。其间保护装置一共故障12次, 每次故障时刻 (单位:小时) 分别为2 234.213 842.522752.6 33 246.8 39 416.7 46 467 49 528.450 852.3 56 048.1 57 240.7 58 000.1 58432.5 (小时) ;每次故障的停运时间 (单位:小时) 为7.3 17.2 24 2.5 8 10 44.5 1225.7 4.5 72 6.4。

6.1 故障特性建模

根据表1所示数据可得该套保护装置无故障运行时间间隔的趋势图, 如图2所示。图2表明, 在投入运行的7年中, 该保护装置发生故障的时间间隔在缩短, 故可以假设其故障时间服从幂律强度函数的非齐次泊松过程。

根据 (5) 、 (6) 式利用极大似然估计, 可得

因^b>1, 故系统在退化。其趋势检验统计量为

其自由度n=24。在显著性水平为10%时, 卡方临界值近似为15.7和33.2。因χ2<15.7, 故拒绝幂律函数为常数 (b=1) 的假设, 即失效时间间隔存在下降趋势。同时, Cramer-von Mises优度检验可得CM=0.24, 在显著性水平为10%时, 临界值Cα为0.33, CM=0.24<0.33, 所以非齐次泊松分布可模拟装置运行状态。

6.2 修复特性建模

根据式 (11) ~ (14) 所示分布函数的线性回归函数, 使用最小二乘法拟合停运时间, 可得四种拟合的可决系数如表1所示。

表1表明, 正态分布可决系数最小, 拟合优度最差;对数正态分布可决系数最接近1, 拟合优度最好, 如图3所示。因此, 本文使用对数正态分布模拟保护装置的修复特性。

极大似然估计获得对数正态分布的参数为

该分布下, 平均停运时间为

6.3 最优更换时间

根据某公司提供数据, 该保护装置售价为30万元/台, Cd=30万元。进一步, 采用文献[12]的价格数据, 即Cx=0.5万元/次、Ct=10万元/次·小时, 可得保护装置投运时间与单位生命周期费用关系, 如图4所示。图4表明, 保护装置的单位生命周期费用随使用时间的推移有先减小后增大的趋势。

进一步, 根据式 (19) 可得单位生命周期费用最小的保护装置最优更换周期:

该保护装置最优更换周期约为12.07年。

据以上结果分析, 该套保护装置的使用年限处于正常水平。

实际上, 电力行业根据多年运行经验所获的标准规定[15], 微机保护的使用年限一般不低于12年, 对于运行不稳定, 工作环境恶劣的装置可根据运行情况适当缩短使用年限。本文所获的更换周期与继电保护运行管理规程推荐的更换周期基本一致。

7 结束语

1) 文中分析了继电保护装置的最小维修模型建模方法。对其所蕴含的故障特性和修复特性建模, 采用泊松分布拟合和Cramer-von Mises拟合优度检验确定继电保护装置的故障特性;采用对数正态分布拟合保护装置修复特性。

2) 提出了单位生命周期费用最小下的综合考虑保护可靠性经济的最优更换策略, 并应用到最小维修模型的继电保护装置中, 建立了基于最小维修模型的以单位生命周期费用最小为目标函数的保护装置最优更换周期模型。

3) 基于保护装置现场运行数据的继电保护装置可靠性分析和最优更换周期结果, 验证了方法的有效性。但是, 由于缺乏现场保护装置运行的完整的生命周期数据, 未能结合工程实际情况对该策略的有效性进行深入研究。

摘要：从可靠性经济的角度对继电保护装置的最小维修模型建模, 并基于该模型计算最优更换周期。具体地, 采用泊松分布拟合和Cramer-von Mises拟合优度检验确定继电保护装置的故障特性, 采用对数正态分布拟合保护装置修复特性, 从而构建最小维修模型;进一步, 将单位生命周期费用应用于继电保护可靠性评估, 制定以单位生命周期费用最小为目标的继电保护装置更换策略。依据现场保护装置实际运行数据, 并考虑保护双重化的影响, 求解最优更换周期, 验证了该策略的可用性。

高压管路密封连接装置及密封垫圈 篇4

关键词：高压管路,密封,连接

在这个经济快速发展的社会, 只有原材料的充足供应才能保证工业、和生活的正常运转。我们生活中所必须的燃料氢气的运输近年来备受关注, 以及生命必须品氧气的传输与保存也越来越吸引人们的眼球, 这两种气体必须在高压密封的管路中才能大量运输。还有一直关注的石油安全运输管道的设计, 以及柴油机的高压喷油系统管路的密封。由此可见, 高压管路密封连接装置与人们的日常生活息息相关。另一方面, 在高压管道内密封腔连接管与密封环连接管相互组合所构成的腔体内密封垫圈的塑性发挥了很大作用并通过紧固套使连接管相互连接, 使其密封性能加强。

1 气体高压管路密封连接装置

1.1 氧气高压输送管道

由于氧气在气态状态下所占体积较大, 不易大批量输送, 所以实际生活中氧气的输送一般要先将氧气加高压液化成液态氧进行大批量输送, 如果在传输过程中管道内有纤维一样的小颗粒物体就会与管壁发生摩擦产生大量的热, 情况严重时甚至会导致机器、管道的燃烧。为了避免气体运输时出现事故, 对氧气管道的制造要求非常严格, 其内壁必须保证光滑, 且在管道连接处必须严格密封, 在垫圈的选择方面首要考虑抗腐蚀性和密封性。施工质量也有很高要求, 保证各项标准参数, 达到质量要求, 最终是否达到要求需要做相应实验。高压氧气管路在海洋工程中有特殊要求, 在海洋工程中高压氧气管道主要应用于某些工程的维修或者一些特种作业, 由于管道所在地的特殊环境所以要比在陆地上有更加严格的标准, 首先在抗腐蚀性上就要比陆地上性能要出几倍甚至几十倍, 其次就是要经得起水流的冲击与碰撞, 安全系数近于苛刻。由于氧气易燃的特性, 所以此方面必须有非常高的要求。

1.2 氢气高压管道密封装置

氢气的运输方式目前在国内仍然以加压后装入大规模氢气运输的长管拖车为主, 然而在美国、加拿大等国家则以高压密封管道运输为主, 因为氢气本身易燃易爆的化学性质, 液态氢气管道的制造成本要高于天然气百分之五十之多, 管道内部必须采用真空绝热夹层, 这是成本提高的原因之一。虽然目前在我国氢气管道运输方式尚未覆盖所有氢气站, 但是随着工业化的进行, 传统的运输车将会供不应求。建筑氢气站运用密封管道运输氢气将会普遍, 氢气管道的高成本, 高消耗问题一直难以解决, 最重要的是必须要保证密封性良好, 不可造成管道周围环境污染, 或者对当地人群造成伤害。多年前美国德克萨斯州建成的氢气站备受瞩目, 它连接了周围的大部分工业区, 很大程度上促进了德克萨斯州附近的工业发展。

2 液体高压高压密封连接装置

2.1 柴油机高压油管连接装置

随着工业化程度的提高, 工业生产中对柴油机等发动机的性能要求越来越高, 在柴油机工作过程中喷油泵、喷油器和喷油管道是提供能量的重要组成部分, 其中对喷油管道的制造要求较高。因为管内要承受持续的高压、高流速的液体传输等, 管道的长度与直径都对整个柴油机的工作有很大影响, 管道要有很强的抗拉伸度和较高的延伸率, 但是以目前的国内技术水平做到两者兼顾有些困难, 如果制造材料的含碳量较高可以提高管道的抗拉强度, 但是延伸率却大大降低。为了确保柴油机高压油管密封连接装置在投入工作时可以顺利运行, 在投入使用前必须进行相应的实验。例如:为确保油管在弯曲成形和冷顶锻时的加工质量, 必须对材料进行弯曲和冷顶锻试验, 确保油管外表面不出现裂缝。此外, 高压管道的密封性必须保证绝对良好, 由于高压油管在工作过程中承受很高的脉动压力, 所以必须对它进行密封性试验。

2.2 高压石油运输管道的分析

石油被称为工业的血液, 是工业生产过程中一个很重要的燃料, 石油的钻采与运输有一定程度的难度性和危险性, 高压活动接头为石油钻采管路的关键连接件, 是连接两个长管道的中间连接部分, 主要起输送流体的作用。但是经常会因为液体的冲击和运输管道自身的一些缺陷经常会导致断裂, 危害工作员工的人身安全。由于石油钻采与运输的高压强、高流速的特性对运输管道的接头有严格的要求:表面渗碳硬度56~62HRC, 渗碳层深1.0~1.2 m m, 心部硬度2 5~30HRC, 弯头加工工艺路线:锻造→正火→粗车→时效→精加工→弹道渗碳淬火→喷砂修磨→磁粉检测→成品。在生产过程中每一步必须按照严格的标准进行, 成品加工完成后必须要进行相应的性能测试。目前的小渗碳炉渗碳+盐浴炉淬硬的方法加工方案仍有不足之处, 例如:加工步骤繁多, 导致人工的而成本降低。相比之下, 箱式多用炉的方法更受到生产厂家的青睐。

3 高压密封垫圈在的制造工艺

3.1 高压紫铜垫圈加工工艺

高压紫铜垫圈起初在车床上加工完成, 费工费时而且质量欠佳, 达到一种供不应求的状态, 后来采用模具生产的方法使生产效率得以提高, 并且同时提高了质量。在对线圈进行挤压工艺时采用冷挤压大方法, 就是常温下对线圈进行挤压加工工作, 这种方法有很多方面的缺点, 后来采用挤压级进模来生产该零件得到了较好的反映。还有一种线圈的质量也受到了人们的关注就是弹塑性组合密封垫圈, 主要是由金属弹性垫和石棉垫圈组成, 主要依靠石棉的塑性可以随外界影响而做到相应的塑性形变, 从而密封防止泄露, 其次它还有齿形垫构成多道密封更大程度上防止渗透泄露。如果管道中的物体对密封性要求更高还可以在沟槽面上涂抹液封胶, 密封胶的密封机理, 随着密封胶在使用过程中, 存在于压紧接触面之间的状态和性能等不同而异。

3.2 齿形组合密封垫的应用

齿形组合密封垫以不锈钢齿形垫为主体, 并且在上下表面覆盖铝垫组成, 从而提高塑性变形能力, 在压力作用下铝垫可以形成密封面。此外, 不锈钢和铝垫的组合使得产品耐温, 耐蚀, 化学性能好, 即使在高温, 高压和强腐蚀介质作用下, 也具有良好的密封性能。齿形密封垫的安装有特殊要求, 要在密封沟槽和齿形垫上摄敷含氯量小于1PPM的无氯密封胶, 而后将0.5mm的塑性平垫覆盖在齿形垫的上下齿面上, 预紧后不允许齿形垫的齿尖露出覆盖。但是近年来齿形组合密封垫圈也不能完全满足工业上的需求。

4 结语

随着工业化的脚步越来越快, 高压管路密封装置及密封线圈的应用逐渐引起人们的注意, 高压管道的建造与防护工作也越来越受到人们关注, 也与我们息息相关, 例如:天然气是人们生活的必需品、氢气能源也越来越受关注。随之而来的高压管道的运输以及高压管路的密封装置及所用到的密封垫圈成为热点。同时伴随着一些相关企业出现, 我们也应该着眼于此方面, 多像学习国外的优秀技术, 取长补短, 此外国家也应该在此方面加大投入力度, 积极研发新技术, 增强我国在此方面的实力。

参考文献

[1]陈鑫, 吴福迪, 王立峰, 等.大缝隙密封的几种异型截面橡胶密封结构的有限元分析[J].强度与环境, 2009 (4) :1-5.

新型气、液密封装置 篇5

在印刷包装机械收、放卷装置中, 大量使用着气胀轴, 当压缩空气不断进入气胀轴时, 由于轴不停地转动, 需要设置用于压缩空气的密封装置, 该装置如图1所示。其结构由进气套、内芯套、轴承、碗形密封圈、O型密封圈等组成。进气套上M10螺纹孔安装有进气嘴阀, 工作时压缩空气由气嘴阀经进气套1进入内芯套3通过准8孔进入气轴6的孔眼中, 内芯套的准8孔两侧放置紧配2个O型密封圈以达到静密封, 内芯套与气轴6一起旋转, 进气套和气轴间装有轴承, 因而进气套是固定不动, 进气套内宽13凸台两侧安置有2只碗形橡胶密封圈与转动着的内芯套3间实现动密封。始终保持恒定的气压才能确保收、放卷质量。

2 印版辊筒的密封结构

图2是印刷机中印版辊筒顶紧转动的密封装置结构图, 顶紧闷头2通过胀紧圈3和支紧螺钉13与芯轴4连为一体, 在墙板 (图中未画出) 及套圈12内可左右移动, 以顶紧印版辊筒或进行横向对准调节, 印刷机在运行中, 印版辊筒1连同顶紧闷头2及芯轴4一起不停地转动, 此时套筒8是不动的, 为防止飞溅的油墨会不断渗入套筒里旋转轴4的轴承内, 必须设置有挡墨及密封装置, 其结构由3个挡墨圈组成, 其中挡墨圈b与套筒8用4个螺钉直接固定, 工作时是不转动的, 挡墨圈a和挡墨圈c, 可在挡墨圈b内转动组成动密封环加上后置碗形密封圈9组成完整的密封装置, 轴承10由组合拼帽11拼紧。此结构能很好地防止油墨进入轴承, 起到挡墨密封的良好效果。

3 冷却辊筒的密封结构

机器人工具快速更换装置的研究 篇6

1 国内外研究现状

1989 年, 美国ATI公司开始研制机器人末端执行器, 使机器人的生产率显著提高。ATI自动化公司所研制的型号为QC-20 的机器人工具快换装置。QC-20 由一个主盘和一个工具盘组成, 当带有主盘的机器人手臂对准工具盘时, 锁紧端口内流过压缩空气并推动主盘中的滚珠, 滚珠被精确的推进锁环并被紧锁, 解锁时在解锁端口供给空气压力时滚珠松开。

日本专利昭58-137593 的工具快速更换装置。这种装置使机械手和安装在机器人手腕上的非圆形轴通过拔销连接, 通过设在手爪库上的凸轮面拉出拔销, 由外套上的弹簧压入拔销来实现机械手的自动更换, 但是这种装置存在连接刚度差的问题。

哈尔滨工程大学研制的一种用于水下作业机器人的更换装置。这种工具快速更换装置体积和重量大, 驱动方式是液压驱动, 而且不能传递信号, 这使它的应用受到很大的限制。但是在实际应用中由于作业内容、作业对象、作业方式等各方面的制约, 要求机器人工具快速更换装置结构简单、经济性好、连接刚度好、体积小、操作简单、重量轻、更换迅速。

2 快速更换装置的关键技术

利用机器人工具快速更换装置是一种涉及多种技术应用的复杂系统, 设计机器人工具快速更换装置系统方案要综合考虑各种因素和关键技术, 确保机器人工具快速更换装置系统能够迅速、安全、准确地完成更换工作。机器人工具快速更换装置面临的关键技术主要包括一下几个方面:

(1) 由于在机器人作业环境下, 对机器人的作业质量以及控制精度要求高, 在更换装置过程中必须要保证安全可靠, 不允许更换装置掉落、碰撞等安全问题。因此要求锁紧装置在锁紧压力瞬间丢失的情况下, 也能使机器人侧与工具侧保持锁紧状态。并且要具有足够大的锁紧力和牢固性以保证末端操作器的正常作业。锁紧机制在目前主要分为钢球式锁紧、凸轮式锁紧、卡盘式锁紧、活塞插销式锁紧和膨胀式锁紧等。为了能实现其预定的功能, 需根据不同的作业环境、载荷做出相应的设计;

(2) 工具快速更换装置要具有极高的重复精度, 稳定性要可靠;

(3) 因为工具快换装置机器人锁紧工具侧, 伴随机器人以一定加速度移动时, 加上执行工具的偏心、自身重力, 会形成很大的力矩。如果抗力矩能力差, 机器人侧和工具侧之间会形成张角, 造成总线信号中断、漏水/ 气, 严重的会造成工具脱落, 在设计时应考虑工具快速更换装置的抗力矩能力;

(4) 在机器人工具快速更换装置锁紧和松开时需要切换机制为其提供动力源, 工业中气动切换切换应用较多。在特殊环境中, 电磁式切换及液压式切换也有应用。切换机制的选择应在满足作业能力前提下, 根据经济性、快速性、环境限制和工作寿命等方面综合选择。

3 快速更换装置的工作原理

如图1 所示, 当主盘靠近工具盘时, 切换控制接头10 里的压缩空气按照图示方向进入固定侧气缸内, 并推动活塞16 向交换侧体11 方向运动, 这时活塞16 会推动锁紧钢珠23, 锁紧钢珠23在连接支架17 的限位孔里被推出, 同时滚动到交换侧体11 对应凹槽里, 与此同时有对应数量的拨出钢珠24 退到活塞16 的预留凹槽里。随着活塞16 的前进交换侧体11 会被禁锢到固定侧1 上。这时交换侧体11 的凹槽与锁紧钢珠23 的定位加上外部导柱7 与导套12 的定位实现整个工具的精准定位。同时个固定侧D-SUB插头6与交换侧D-SUB插座13 连接实现信号的一次性接通。

如图2 所示, 切换控制接头10 里的压缩空气进入固定侧体5 气缸内, 压缩空气推动活塞16 后退, 同时活塞会拨动钢珠24, 钢珠24 拨动交换侧体11, 使交换侧2 弹离固定侧1, 锁紧钢珠23 随着活塞16 的运动到活塞16斜面上避开交换侧, 这时交换侧2 可以轻松脱离固定侧1, 同时固定侧D-SUB插座13成功分离实现信号的一次性断开。

4 结束语

机器人工具快速更换装置的应用, 扩大了机器人手爪的应用范围, 降低了工人使用传统方法更换工具的时间及危险性, 提高了机器人的工作效率, 降低了机器人的成本, 而且保证了工作的稳定性, 具有广泛推广应用的价值。

参考文献

[1]孔凡凯, 刁彦飞, 杨恩霞.机器人末端操作器自动更换技术研究[J].机械工程师, 2004 (05) :18-21.

[2]马培荪, 徐建平.一种新型装配机器人工具更换装置[J].机械设计与研究, 1997 (02) :33-34.

[3]陈有权.机器人作业工具快速更换技术[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2008.

采油井口密封装置的研制 篇7

密封问题对于采油井口影响颇大, 造成影响井口密封的因素, 一是盘根盒扶正装置不合理, 二是盘根盒压盖更换过程中损伤光杆严重。据有关资料统计, 目前我国有杆抽油井占机械采油井总数的90%以上, 而有杆抽油井中其井口密封装置的98%以上均采用常规光杆密封装置。由于结构上的缺陷, 常规光杆密封装置在现场应用中暴露出许多缺陷, 密封圈的失效率较高, 采油工作时率低。

一、常规井口密封装置的缺陷

1、常规式井口密封装置

常规式井口密封装置主要存在以下缺陷: (1) 密封圈的形状不合理, 抗挤压、抗磨损的能力较差, 其密封效果不甚理想。 (2) 密封圈的材质一般采用丁腈橡胶, 耐热性较差, 弹性补偿性能不好, 易老化, 其工作性能不理想。 (3) 密封圈安装和拆卸不方便。 (4) 光杆上下往复运动时对井口中心产生一定的随机性和定向性偏摆, 由于没有调偏调斜机构, 导致光杆对密封装置中的盘根产生偏磨, 使盘根早期受损, 降低了盘根的使用寿命。 (5) 没有防喷机构, 在出现井喷时, 没有有效的应对措施, 会导致原油损失和环境污染。

2、改良型井口密封装置一

改良型井口密封装置结构如图1所示。该装置主要存在以下缺陷: (1) 密封圈的形状不合理, 密封效果不理想。 (2) 密封圈的材质选用不合理, 工作性能不理想。 (3) 密封圈安装和拆卸不方便。 (4) 密封盒采用圆柱形, 密封圈在光杆周围分布不均, 受挤压偏磨, 降低其使用寿命。 (5) 没有调偏调斜机构, 降低密封装置的使用寿命。 (6) 防喷系统结构复杂, 操作麻烦, 也不利于密封装置向简便化方向发展。

密封装置结构简图

3、改良型井口密封装置二

改良型井口密封装置结构如图2所示。该密封装置主要存在以下缺陷: (1) 密封圈的材质选用不合理, 工作性能不理想。 (2) 锥形密封圈的综合性能提高不大, 而且还对密封腔的内部结构提出了新的要求, 加工成本提高。 (3) 该密封装置没有设计具有一定间隙的衬套, 密封圈本身的锥形设计使其受力相对于矩形增大, 密封圈下端很容易被挤出。 (4) 没有调偏调斜机构, 降低密封装置的使用寿命。

二、新型井口密封装置的研制

1、结构及特点

新型井口密封装置主要由底座、本体、密封圈、压套、压盖、手柄、连接体、盒体等组成, 结构如图3所示。角度调偏斜机构用来实现密封装置的角度调偏斜, 消除偏磨, 底座下部通过卡箍直接与井口连接, 底座上部与连接体下部球面接触, 二者通过外端法兰上的螺栓联接。防喷机构用来实现防喷功能, 通过手柄旋紧密封腔挤压密封圈来控制井喷, 其上部通过螺纹与密封盒连接。密封盒是密封装置的主体, 压紧螺旋缠绕在光杆上的盘根实现密封功能, 通过螺纹其上端连接盘根盒, 下端连接防喷机构。盘根盒用来存储盘根, 为密封盒提供盘根, 盒中的盘根与密封盒中的密封盘根为同一个盘根。

2、工作原理

(1) 密封原理:

压盖通过下压套来压紧密封盘根, 盘根产生轴向和径向变形, 紧贴光杆和密封腔内壁表面, 间隙被填塞而达到密封的目的。另外在密封装置正常工作时, 多级密封盘根间形成多级液环, 环中充满润滑剂, 既起到较好的自润滑作用, 又起到一定的液体自封作用, 进一步加强密封。

(2) 角度调偏斜原理:

密封装置中的底座上部与连接体下部球面接触, 外端法兰上的联接螺栓也采用球形垫圈, 在光杆上下往复运动中, 通过调整螺栓和螺母, 依靠光杆偏磨面的侧向力角度调偏斜机构可以自行调整, 实现密封装置在一定范围内进行角度调偏斜。

三、现场应用

新型井口密封装置的技术参数为:适应光杆直径25mm、28mm、32mm、38mm;设计工作压力0~2.5MPa;盘根规格11mm×17mm (普通传动V带) ;调偏角度-5°~5°;安装高度466mm;最大旋转半径206mm;与井口连接形式为卡箍。

现场操作说明: (1) 密封盘根受损后, 只需旋转上层手柄, 通过上压套来压紧密封盘根, 即可恢复密封盒的密封功能。 (2) 密封盘根失效后, 应开启防喷机构, 打开密封盒, 更换盘根, 然后关闭密封盒。 (3) 更换盘根或出现井喷时, 须旋转手柄, 通过下压套来压紧防喷密封圈, 实现密封。 (4) 为避免盘根受挤压磨损, 通过旋松角度调偏斜机构法兰上的螺栓, 依靠光杆偏磨面的侧向力该机构自行调整, 达到调整同轴心的目的, 然后旋紧螺栓即可。

摘要：为解决常规光杆密封装置在现场应用中暴露出许多缺陷, 本文探讨了一种适合于油田有杆抽油设备中的井口光杆密封的新型采油井口密封装置, 分析了目前常用的三种井口密封装置的结构, 工作原理, 以及现场应用中存在的缺陷, 研制了一种新型采油井口密封装置, 具有一定的参考价值。