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NATK5×19S+PPC-16.00mm壓實鋼絲繩研制
發(fā)布時間：2020-07-31 13:28 文章來源：未知 文章作者：admin 點擊數：
根據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，需要改變結構
根據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，需要改變結構及優(yōu)化工藝設計來解決鋼絲繩在使用過程中的旋轉問題，從而提高抽油用鋼絲繩的使用壽命。由于6股鋼絲繩屬于旋轉鋼絲繩，國內多數油田采用3股或5股壓實鋼絲繩來解決旋轉問題，且壓實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，能提高抽油用鋼絲繩的使用壽命口-習。
1NATK5×19S+PPC鋼絲繩結構特點
NATK5×19S+PPC鋼絲繩屬于鍛打鋼絲繩，鋼絲繩行業(yè)不旋轉或微旋轉鋼絲繩主要有多層股類34×7、15×7、35×7等，雖然這些鋼絲繩結構能解決在使用過程中的旋轉問題，但是多層股鋼絲繩生產效率較低，鋼絲繩組股數多，結構穩(wěn)定性較差，且拾制質量控制難度大，成本高田。抽油用鋼絲繩工作負荷變化較大，提升速度較快，鋼絲繩一端處于無約束狀態(tài)，因此應具有不旋轉特性。結合API9A規(guī)范和國內外石油行業(yè)鋼絲繩使用資科，壓實鋼絲繩能夠滿足使用要求。
采用鍛打工藝生產的K5×19S+PPC類鋼絲繩具有以下特點。（1）鋼絲繩破斷拉力高。壓實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）鋼絲繩結構穩(wěn)定。由于組繩股數較少，經過鍛打后，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，從而形成一個相對平整的表面，結構穩(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）鋼絲繩抗旋轉性能優(yōu)良。鋼絲繩股、繩拾距倍數與普通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。這對延長鋼絲繩使用壽命有利。
2鋼絲繩工藝參數設計
NATK5×19S+PPC-16.00mm 鋼絲繩股是線接觸西魯式結構，19S（1+9+9）西魯式結構如圖2所示。設計股拾距倍數為7.5，鋼絲繩強度級為1670MPa，鋼絲繩撿距倍數為6.5，繩徑相對公差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股直徑計算
鋼絲繩股直徑根據下式計算：
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。
根據《鋼絲繩生產工藝》查得m=2.875，代入公式（1）計算得d=6.33mm。因此，鋼絲繩鍛打前股直徑為6.33mm。
2.2鋼絲直徑計算
根據經驗公式計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。鋼絲繩股結構式為1+9+9，股外層鋼絲數為9，將n=9、D=18.20mm代入式（2）得d=
1.58mm。經查資料，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！
股結構
內層綱絲直徑內層鋼絲直徑
1×1951.958/1.01.77/l.0將表1系數代入計算得，內層鋼絲直徑計算為1.58/1.77=0.89mm，中心鋼絲直徑計算為0.89×
1.958=1.75mm。
2.3繩芯直徑計算
鋼絲繩芯在壓縮狀態(tài)下和股直徑之間存在如下關系，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，應按上述計算壓縮狀態(tài)時繩芯直徑的1.25~1.4倍國，取中間值
1.33倍。將股直徑代入式（3）計算得：h=4.94
mm，H=4.94×1.33=6.57mm。
2.4鋼絲繩和股工藝設計參數
根據計算，NATK5×19S+PPC-16.00mm鋼絲繩股工藝設計參數見表2，鋼絲繩工藝設計參數
3鋼絲繩生產過程控制
3鋼絲繩生產過程控制
抽油用鋼絲繩高速碰到液體后鋼絲繩會突然卸載，易產生燈籠狀，出現(xiàn)繩芯散出或鋼絲繩扭結等不良現(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，同時鋼絲繩柔軟性能更好。生產過程控制主要是核對生產工藝執(zhí)行的準確性，鋼絲或股在捻制時隨著機身的旋轉而產生扭轉應力；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，因此必然產生彎曲應力。股繩生產采用后變形器來控制撿制應力，合繩先采用預變形消除部分股繩應力，再使用后變形器消除合繩過程中的拾制應力，鋼絲繩捻制應力過大會嚴重影響鋼絲繩使用效果，因此應嚴格控制。捻繩后鍛打工藝應嚴格控制機身轉速與鍛打壓縮率的關系，保證鍛打后鋼絲繩質量符合工藝要求。
3.1撿股過程控制
捻股過程應控制好股繩的拾制應力，NATK5x
19S+PPC結構鋼絲繩的設計要求捻距倍數比一般6股鋼絲繩小，因此拾股時，股繩實測捻距一般靠工藝設計下限生產，既能滿足設計要求，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%。在工藝設計鍛打壓縮率18%~20%下，確保鋼絲繩直徑在工藝要求范圍內。鋼絲繩實測拾距需要靠工藝設計下限生產，確保繩、股撿距的匹配，使鋼絲繩結構更穩(wěn)定，也能使鋼絲繩柔軟性能更好。
3.3鍛打過程控制
鍛打過程中應控制好機身轉速與鍛打壓縮率的關系，根據鍛打壓縮率，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，鍛打壓縮率超過20%，則應進行二次鍛打。鍛打壓縮率過大會造成鋼絲繩表面鋼絲損傷及鋼絲繩繩芯粉碎的質量缺陷。因此鋼絲繩一般不應設計過大的鍛打壓縮率，否則可能會造成鋼絲繩質量缺陷口。
實踐對比，鋼絲繩帶纖維繩芯，柔軟性能較好，鋼絲繩抗旋轉性能、整繩破斷拉力、結構穩(wěn)定性、使用壽命均得到提高。經鍛打成型后未出現(xiàn)繩芯粉碎現(xiàn)象，鋼絲繩表層鋼絲未受到損傷，經檢驗，各項力學性能指標符合標準要求。NATK5×19S+PPC-
16.00mm1670MPa鋼絲繩鍛打前破斷拉力分別為190，185，188，190kN，經過鍛打后對應的鋼絲繩破斷拉力分別為212，208，207，210kN。
貴州鋼繩生產的NATK5×19S+PPC-16.00
mm鋼絲繩成功應用在西安、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，鋼絲繩結構為18×7，6×7，6×19S，K5×7，K5×19S的使用壽命分別為2600，2760，2500，3500，5600h。
4結語
針對抽油用鋼絲繩在使用過程中出現(xiàn)的質量問題和使用環(huán)境，結合鋼絲繩使用特點，結構穩(wěn)定性，采用鍛打工藝生產的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構鋼絲繩提高2~3倍，客戶使用后反映效果較好。