升沉補償裝置天車導向輪支座的加工工藝

□ 王振德 □ 周曉軍 □ 楊 琨 □ 邊小玲 □ 何俊杰

1.寶雞石油機械有限責任公司 陜西寶雞 721002 2.中油國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司 陜西寶雞 721002

1 升沉補償裝置概況

深水浮式鉆井補償系統是浮式石油鉆井平臺必備的關鍵裝備,也是海洋深水油氣生產系統的關鍵裝備,采用經濟、有效開發海洋深水及邊際油氣田的關鍵技術,其性能的優劣直接影響海洋石油開發能否順利進行[1-2]。浮式補償技術具有高技術、高風險、高投入等特點[3],長期以來被西方少數幾個國家所壟斷,我國仍處于空白狀態。由此可見,開發具有自主知識產權的補償裝置[4]對保障我國油氣資源可持續發展具有重要意義。

升沉補償裝置是為適應海洋環境進行深水鉆探作業而研制的一種新型產品。浮式鉆井平臺在波浪的作用下,會產生周期性升沉運動[5],影響海底鉆壓,縮短鉆頭和鉆桿的壽命,造成巨大經濟損失。應用升沉補償裝置,可以減小鉆頭與井底的相對運動,保證鉆壓穩定,進而保證平臺產生升沉運動時持續鉆進,提高鉆井效率[6]。在進行水下設備安裝作業過程中,還能夠精確定位,快速安裝,提高作業效率。

2 工件基本情況

升沉補償裝置天車導向輪支座如圖1所示,這一工件屬于組焊結構件,具備不規則空間結構。孔J、孔K及端面L1、L2之間具有空間形位要求,在加工時,如何保證左、右兩端孔J、孔K的尺寸公差,是問題的關鍵點[7]。

▲圖1 升沉補償裝置天車導向輪支座

3 加工難點

由圖1可見,孔J、孔K有嚴格的尺寸精度要求,孔K兩耳板之間有同軸度要求,孔J中心和孔K整體中心有距離和角度要求,且孔K和工件整體中心有對稱度要求。孔J、孔K有空間位置關系要求,中心線之間有夾角,高度不同。由于孔J、孔K對稱中心不重合,整個工件沒有直接可利用的整體加工中心,因此在加工孔J、孔K時沒有直接的定位基準和加工基準,L1和L2尺寸在加工時無法保證。

鑒于以上原因,存在的加工難點是:加工完孔K后,再加工孔J和L1端面時,工件或工作臺必須轉動角度,這時,原先設定的機床加工基準位置就會發生變動,原先已經設定的基準坐標無法用作繼續加工的基準坐標,從而就無法保證孔J及相關L1端面間的形位精度要求。可見,要達到設計的精度要求,必須解決加工時基準統一的問題[8-9]。

4 技術方案

工藝支撐和工藝板如圖2所示。在升沉補償裝置天車導向輪支座組焊時,增加工藝支撐和工藝板。增加工藝支撐,能夠提高焊接時的剛性,有效減小焊接變形[10],同時方便工件裝夾。工藝支撐還可以在整體劃線時保證各基準線的連續性,利于找正。增加工藝板,可以將各孔及端面間的關系統一至工藝基準孔,雖然加工不同部位時工藝基準孔的位置隨工件轉動而發生改變,但是只要重新找正工藝板上的工藝孔,就能保證工件轉動前后基準的統一。這一方法操作簡單、方便,降低了生產成本,同時滿足了加工過程中對基準的要求。增加工藝支撐和工藝板,有效保證了工件尺寸、形位公差的加工要求,提高了生產效率和關鍵工序的合格率。

▲圖2 工藝支撐和工藝板

5 工藝過程

組焊時,在圖2所示位置焊接工藝支撐和工藝板。焊接后對工件進行時效處理,以消除工件內部焊接應力。進行表面噴丸處理,去除表面氧化皮。

將工件水平放置在劃線平臺上,進行整體劃線。劃線時留出各部分余量,劃出整體中心線和水平找正線,劃出工藝板上的工藝孔加工線,并劃出其余部分的加工線。

將工件平放于數控鏜銑床回轉工作臺上,主視圖右端面正對主軸,找正水平線和整體中心線,在適當位置墊實壓緊。按所劃工藝孔加工線先鉆再鏜,完成工藝孔加工。工藝孔直徑應盡量大些,以利于后續加工找正。同時將工藝板上平面和一側面銑光,用作后續找正基準。

以已加工的工藝孔為找正基準,操作數控鏜銑床,記錄水平坐標,加工主視圖右端耳板端面及孔K。

轉動工作臺95°,此時工件基準位置發生改變,必須以工藝孔重新嚴格找正,以保證整個加工中各個加工部位基準的統一和一致性。以重新找正的工藝孔為基準,操作數控鏜銑床,鏜孔J,并按已銑工藝板側面對刀,銑刮主視圖左端L7尺寸,保證對稱度要求。

6 結束語

通過采取增加工藝支撐和工藝板的方法,提高了升沉補償裝置天車導向輪支座的剛性,防止焊接和加工時產生變形。在左邊一組孔系處增加工藝板,將這一孔系的虛擬中心轉換為工藝板上的工藝孔中心,加工出工藝孔和端面,以工藝孔中心和端面為基準,作為整個孔系和相關端面加工的統一基準,解決了不規則結構件上具有空間位置精度要求的孔系和端面加工中的基準統一問題,有利于結構的穩定性,保證了各加工件的尺寸精度和各部位的形位精度要求。所介紹的加工工藝為類似結構產品的加工提供了一種新方法。