柱塞泵凡爾座拆卸專用工具的研制

中國石油新疆油田分公司重油開發公司依力科特QC小組

(新疆克拉瑪依834000)

柱塞泵凡爾座拆卸專用工具的研制

中國石油新疆油田分公司重油開發公司依力科特QC小組

(新疆克拉瑪依834000)

1 小組概況

1.1 小組簡介

小組概況見表1。

1.2 小組活動計劃

小組活動計劃具體見表2。

表1 小組概況

表2 小組活動計劃表

2 選擇課題

2.1 問題的提出

2.1.1 立題背景

中國石油新疆油田分公司重油開發公司供汽三聯合站下屬固定供熱站7座,簡配站6座,配有高壓注汽鍋爐55臺(其中活動鍋爐9臺)。主要擔負克淺十井區、克淺109井區、六東區以及新疆油田分公司勘探、開發試油的注汽任務。

柱塞泵是油田注汽鍋爐的重要輔機,為注汽鍋爐提供壓力不小于11MPa的給水。柱塞泵屬于容積式泵,利用柱塞的往復運動,使泵腔的容積發生變化,從而達到吸入與壓出液體的目的。高壓柱塞泵的結構主要分為2部分：動力端和液力端。動力端主要由箱體、十字頭組合、連桿組合、曲軸齒圈、高速軸、壓蓋、軸承等組成。液力端主要由泵頭體、進排液閥、填料函、柱塞、溢流閥、截止閥部件等組成。

柱塞泵在運行時,液力端凡爾片不停的開啟,撞擊凡爾座密封面,造成凡爾座密封面凹凸不平,出現泄漏,泵排量下降,給鍋爐正常運行造成很大影響,因此需及時更換凡爾座。現場在拆卸柱塞泵凡爾座時,由于沒有合適的工具,通常拆卸凡爾座需要管鉗、加力棒、凡爾座拉力器、拉力器固定座等工具,需3～5人操作。柱塞泵凡爾座及凡爾座室由于經常受高壓水力沖刷,造成凡爾座與凡爾室之間出現卡滯,這種情況下凡爾座的拆卸非常困難。

當卡滯嚴重時,5個人拆1個凡爾座,耗時2周,扳斷凡爾座拉力器2個,800mm、1200mm管鉗各1把,還是沒能拆下來,最后只能使用電氣焊,利用熱脹冷縮的原理,對凡爾座室進行加熱取出凡爾座。使用氣焊加熱對柱塞泵損害較大,易造成凡爾座室內壁脆化,使用壽命降低,嚴重時會使柱塞泵凡爾座室發生變形,柱塞泵報廢。

2.1.2 掌握現狀

小組對聯合站2012年6～12月柱塞泵凡爾座拆卸情況進行了調查統計(表3),由表3可知2012年6～12月聯合站共計維護柱塞泵21臺次,凡爾座拆卸需4人,平均耗時為103min。

小組針對2012年6～12月柱塞泵凡爾座拆卸時間超過60min的9臺柱塞泵進行了進一步調查統計,查找凡爾座拆卸時間長的原因(表4)。

由表4看出,現場拆卸凡爾座時需多人合作,耗時長、損壞工具多。

表3 聯合站2012年6～12月柱塞泵凡爾座拆卸現狀調查表

2.2 提出課題并從中優選,確定課題

針對“如何方便、快捷的拆卸柱塞泵凡爾座”這一問題,小組運用“頭腦風暴法”提出了以下課題：①研制新型柱塞泵凡爾片;②研制新型柱塞泵凡爾座;③柱塞泵凡爾座拆卸專用工具研制。

小組針對3個可供選擇的課題進行了分析、評估,選定課題(表5)。

通過分析評價,小組成員一致認為：若要解決柱塞泵凡爾座拆卸難的問題,需研制適用的柱塞泵凡爾座拆卸專用工具。柱塞泵凡爾座拆卸專用工具的研制確定為課題。

3 設定目標及目標可行性分析

3.1 設定目標

小組確定活動目標為柱塞泵凡爾座拆卸時間由

平均103min降低到25min,拆卸人數由4人降為2人(柱狀圖略)。

表4 柱塞泵凡爾座拆卸現狀調查表

表5 課題的分析、評價選擇表

3.2 目標可行性分析

目標值是否可行,小組開展了表6的試驗來確定目標值可行。

4 研制方案的提出與最佳方案的確定

4.1 研制方案提出

如何開展新型柱塞泵凡爾座拆卸工具的研制,小組召開會議,運用“頭腦風暴法”,相互啟發,深入思考,提出許多想法,小組運用親和圖對收集的意見進行了整理(圖1)。

通過親和圖,小組提出研制新型柱塞泵凡爾座拆卸工具最基本的3部分組成做為一級方案,并逐級分解如圖2所示。

4.2 新型柱塞泵凡爾座拆卸工具最佳方案的確定

4.2.1 千斤頂選擇

1)千斤頂型號選擇(表7)。

2)立式液壓千斤頂形狀、大小選擇(表8)。

3)千斤頂定位方案選擇。小組通過對立式液壓千斤頂形狀、大小選擇對比,選擇了4t液壓千斤頂,由于要分放在兩側端面上,因此需用2個千斤頂,為了便于攜帶,同時保證操作安全,小組決定制作一個千斤頂定位器,將2個千斤固定在一定位置上,同時對千斤頂定位器制作提出了2種制作方案(表9)。

4.2.2 力傳動方案選擇

1)拉力傳動桿方案選擇(表10)。

2)力平衡塊研制方案選擇(表11)。

4.2.3 凡爾座固定器研制方案選擇

方案可行性評價見表12。

根據以上一系列的分析試驗和對比選擇后,小組人員確定了研制機械回旋取樣冷卻器的最佳方案見圖3。

表6 確定目標值的可行性試驗

5 制定對策

根據確定的最佳方案,為保證實施成功,小組繪制了研制過程流程圖(圖4),依據流程圖制定了對策表(表13)。

圖1 研制方案提出親和圖制圖人：顧嶸制圖時間：2013年4月15日

圖2 研制方案選擇制圖人：顧嶸制圖時間：2013年4月15日

6 對策實施

6.1 實施一:訂購液壓千斤頂、制作拉桿

1)依據對策方案,2013年5月初,小組成員用一周時間選定4t液壓千斤頂的型號,并制訂了材料購置計劃,上報公司物管部門。

2)實施效果。2013年8月10日小組訂購的4t液壓千斤頂到貨,小組選定的千斤頂小巧、輕便,底座尺寸與柱塞泵液力端上堵蓋兩邊大小相符,達到小組要求。

3)制作拉桿。現場拆卸柱塞泵泵閥拉力器的絲桿直徑為20mm,螺紋保證載荷為7.6t·m/s2。符合對策里對拉桿的要求,小組將其長度截成1m作為拆卸凡爾座的拉桿。

4)效果：小組成員開動腦筋,集思廣益,利用現有材料,制作出了與拆閥工具相配的拉桿,高于千斤頂產生的最大拉力,節省了材料費用。

表7 千斤頂的選型

表8 方案可行性評價表

表9 千斤頂定位方案選擇

表10 拉力傳動桿方案選擇

表11 力平衡塊方案選擇

表12 方案可行性評價表

6.2 實施二:設計凡爾座固定器、力平衡塊圖紙

1)依據對策方案,小組運用solidworks設計軟件,根據柱塞泵凡爾座的構造尺寸,考慮到2個液壓千斤頂同時作用時產生的力達到800MPa左右。在設計時,為保證操作安全性及預防意外應力,將固定器增加至能承900MPa拉力的厚度。2013年6月22日,小組設計出凡爾座固定器加工圖紙(圖5)。

2)同樣考慮到2個液壓千斤頂同時作用時產生的合力,及為保證操作安全性及預防意外應力,將力平衡器導向孔周邊設計成能承受900MPa拉力的厚度。小組采用solidworks軟件設計出力平衡塊的加工圖紙(圖6)。

3)實施效果。設計圖明確標注了各部件之間尺寸,精確反映了凡爾座固定器、力平衡塊的結構,為加工制作提供了方便。

圖3 研制柱塞泵凡爾座拆卸專用工具的最佳方案制圖人：曾俊制圖時間：2013年4月25日

6.3 實施三、加工制作

1)力平衡塊圖紙設計好后,經公司技術科審核后于2013年8月25日交到具有相關資質的加工單位進行加工。

2)在等待平衡塊加工的同時,小組成員自己動手,利用5mm扁鐵,加工制作了千斤頂定位套。

3)效果驗證：千斤頂定位套將2個千斤頂組合,固定了千斤頂之間的距離和拉桿的位置,攜帶方便、穩定性好,提高了操作安全性。

6.4 實施四:現場試驗

凡爾座固定器、力平衡塊加工好后,小組在6#供熱站8#鍋爐進行了現場試驗。

圖4 凡爾座拆卸工具研制對策流程圖制圖人：鐘漢昌制圖時間：2013年5月8日

采用小組研制的凡爾座拆卸了3個凡爾座,3次平均用時14min,達到了預期效果(表14)。

6.5 實施五:鞏固驗證

6.5.1 推廣應用

表13 對策表

小組又加工制作了5套凡爾座拆卸工具,分別在5個供熱站拆卸了8個凡爾座,具體拆卸情況見表15。

6.5.2 效果對比

實施前后效果對比見表16。

圖5 凡爾座固定器設計圖

圖6 力平衡塊設計圖

表14 凡爾座拆卸工具現場試驗時間統計表

由表16可知,柱塞泵凡爾座拆卸專用工具應用現場后,柱塞泵凡爾座拆卸時間由103min降到13.8min,大幅度的降低了柱塞泵凡爾座拆卸時間,小組的研制取得了成功。

表15 凡爾座拆卸工具現場驗證時間表

7 效果確認

7.1 成果驗收

2013年11月,重油公司生產技術科組織相關技術專家,對小組研制的工具實用性能、安全性能進行了現場鑒定。通過專家現場實際操作一致認為：小組研制的柱塞泵凡爾座拆卸專用工具體積小,操作安全、簡便,有效解決了柱塞泵閥座拆卸難的問題,為柱塞泵維護保養提供了較好的實用工具,具有較大的推廣應用前景。

表16 實施前后效果對比

7.2 效果調查

2013年10～12月,小組對聯合站15臺鍋爐使用新型工具拆卸柱塞泵凡爾座的情況進行了調查統計(表17)

表17 實施后柱塞泵凡爾座拆卸現狀調查表

小組通過此次活動,使用小組研制的柱塞泵凡爾座拆卸工具由2人平均用13.7min即可完成凡爾座拆卸操作,完成并超過了小組年初設定的目標,減少了維修工作量,節約了時間,提高了設備維修質量(折線圖、柱狀圖略)。

7.3 經濟效益

小組研制的柱塞泵凡爾座拆卸工具,有效降低了鍋爐柱塞泵維修時間,提高了設備維修質量,活動期間產生的經濟效益如下：

經濟效益=節約維修時間產生的經濟效益+實施前損壞工具費用-拆卸工具的加工費用=37× (103-13.7)÷60×21×82+10×210-6×2750=78327(元)

7.4 社會效益

1)降低了操作人員的勞動強度;降低了操作人員在維修過程中的機械傷害風險,杜絕了事故的發生,確保安全生產。

2)設備維修時間的降低,減少了注汽鍋爐停爐時間,保證了連續注汽生產順利進行,提高了注蒸汽效果。

3)該成果科學、嚴謹,投入少、見效快,具有一定的推廣應用價值,可在所有注汽鍋爐柱塞泵上推廣應用。

8 標準化

1)將柱塞泵凡爾座拆卸工具設計資料、圖紙整理,報公司技術科歸檔備案,準備在公司所有供熱站推廣使用。

2)制定了柱塞泵凡爾座拆卸操作規程。

3)小組成員正在將柱塞泵凡爾座拆裝工具申請國家實用新型專利,目前專利申請已上報集團公司。

4)采取以上鞏固措施后,小組對2014年1～2月鍋爐柱塞泵凡爾座拆卸情況進行了跟蹤調查(表18)。由調查統計表可見,采用小組研制的柱塞泵凡爾座拆卸工具平均13.5min拆卸1個凡爾座,整個拆卸過程快捷方便。

表182014 年1~2月柱塞泵凡爾座拆卸現狀調查表

9 總結及下一步打算

9.1 總結

小組通過利用QC管理知識,運用創新思維,成功研制了柱塞泵凡爾座專用拆卸工具,小組自我總結如表19。根據表19數據可得自我評價雷達圖7。

表19 自我總結表

圖7 小組自我評價雷達圖制圖人：曾俊制圖時間：2014年2月25日

由雷達圖知通過本次活動：①團隊精神得到提升,凝聚力和團隊意識進一步增強;②QC知識的掌握更加深入,成員的技術能力在活動中提高。

9.2 下步打算

新型凡爾座拆卸工具研制與應用,使拆卸凡爾座的時間由原來半小時以上,縮短到不到15min,大大縮短了設備維修保養時間,同時亦減少了工人現場操作強度,降低工作量,達到了預期效果,同時小組成員在團隊精神、創新意識、改進意識方面有明顯提高,小組將繼續開展QC活動,2014年小組的活動課題為“管道籃式過濾器組件提升裝置的研制”。

■成果點評

優點：用實驗數據分析目標可行,最佳方案選擇做到有理有據,活動過程層次清楚,邏輯性強。

不足之處：選題理由敘述過多,評價選題時缺少事實和數據,如采用打分方式決定選題。統計工具運用不夠恰當,如采用“親和圖”歸納新工具的性能要求,此環節可以省略,可以直接針對目標進行方案選擇。“現場試驗、鞏固驗證”等內容,不應該放在對策表中。

攝影/徐志武

尉立崗

2014-09-15