抽油泵泵筒加工用珩磨砂条的研制与应用

　　加工制造抽油泵泵筒加工用珩磨砂条的研制与应用李文华盛曾顺（天津石化公司热电厂）min珩磨余量3mm以上，单程珩量0.001~0.004mm.采用强力珩磨工艺制造抽油泵泵筒的关键在于高品质的砂条。根据泵筒珩磨工艺特点，对珩磨砂条的研制、砂条的形状、排列、技术特点及使用注意事项等做了简要介绍。实践证明，使用新研制的强力珩磨砂条加工泵筒，泵筒尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等均满足SY/T5059《整筒抽油泵》和APISpec 11AX的要求。

　　*李文华，工程师，生于1968年，1990年毕业于西南石油学院石油矿场机械专业，曾在大港油田新世纪机械制造有限公司从事抽油泵的研制开发和质量管理工作。现在热电厂从事技术管理工作。地址：（300271）天津市大港区。电话：（022）第二次世界大战以后，炮筒制造技术被应用到抽油泵泵筒加工上，使泵筒制造工艺发生了根本性变化，由精拔泵管（泵筒毛坯）不经过切削加工，直接进行强力珩磨，泵筒质量得以大大提高，制造成本也有所下降。强力珩磨工艺优于传统的加工工艺，工件长度10m以上，往复运动速度15~40m/min珩磨余量可达3mm以上，单程珩量001~0.004mm.强力珩磨除了设备的改进以外，与之相适应的珩磨砂条（油石）是一项关键技术。大港油田新世纪机械制造有限公司与有关砂条厂多年合作攻关，研制出加工抽油泵泵筒强力珩磨砂条，其质量已接近进口产品，而价格仅为进口产品的10~16，故砂条出口很有竞争力。笔者对泵筒珩磨工艺和强力珩磨砂条特点、制造和应用中的技术问题做一介绍。

　　泵筒珩磨工艺抽油泵泵筒硬度较高（58HRC以上），尺寸精度、表面质量及直线度要求也比较高，优质砂条对保证泵筒加工质量起到重要作用。强力珩磨砂条对工件的压力较大，砂条与工件的接触面积、单位面积切削力不断变化，形成泵筒珩磨的3个阶段。

　　泵筒珩磨开始时，工件表面比较粗糙，砂条与工件接触面积较小，与工件接触的砂粒切削力很大，可超过砂条粘结剂的粘结力，使砂粒脱落，故称为脱落珩磨阶段。此阶段的特点是：砂粒脱落后，新的砂粒即参与珩磨，有很好的自锐能力，珩磨效率高，但砂条消耗也快，工件表面质量较差。

　　随着珩磨的进行，工件表面质量逐渐提高，砂条与工件接触面积相应增大，砂粒的切削力减到小于粘结力，砂粒不再脱落，而是受切削力作用，被挤碎，呈小块掉落，称为破碎珩磨阶段。此阶段的特点是：砂粒破碎掉块后，有新的尖角出现，形成新的切削力，起自锐作用，但由于残余砂粒体积较小，切削效率下降，砂条消耗减小，工件表面质量较好。砂条对工件表面压力与砂条消耗达到动态平衡，可以保持合理的珩磨效率，是珩磨过程中有效的阶段，也是完成控制工件尺寸、改善形状误差和提高表面质量的理想阶段。

　　破碎珩磨后期，工件表面质量有了很大提高，砂条与工件接触面积继续增加，砂粒切削力进一步减小，直到不足以挤碎砂粒或只有极少数砂粒被挤石油机械碎，新的切削刃很少，切屑很细小，并堵塞在砂条空隙中，故称为堵塞珩磨阶段。此阶段的特点是：珩磨速度与砂条消耗几乎停止。如果能合理地保持一定时间的堵塞珩磨，可以进一步提高工件表面质量。但堵塞珩磨时间不宜过长，以避免切削瘤出现而划伤泵筒内壁。

　　强力珩磨砂条的研制在引进国外整筒抽油泵制造技术以前，我国需要珩磨内孔的工件大部分的细长比很小，工件尺寸精度较高，珩磨的主要目的是提高工件表面质量，故珩磨余量极小，珩磨切削力不大。泵筒珩磨不但要保证表面质量，而且要控制尺寸精度，一般需要较大的珩磨切削力，即用强力珩磨。

　　碳氮共渗泵筒的硬度为58 ~66HRC，当前我国尚不能制造强力珩磨砂条，现有的砂条不能胜任碳氮共渗泵筒的珩磨加工，且尺寸规格也不合适。

　　在新型强力珩磨砂条研制过程中，我们做了如下研究与试验。

　　砂条对工件表面的工作压力在珩磨三阶段的描述中，各阶段转变的原因是砂粒所承受切削力的变化，它取决于砂条径向扩张力及砂条与工件实际接触面积的大小。强力珩磨是指砂条扩张力较大，可以得到较大的珩磨效率和珩磨余量。那么多大的扩张力才能较长时间维持在破碎珩磨阶段，对泵筒珩磨而言，以每平方厘米工作面积径向扩张力约为245N（25kgf）为好，即砂条对泵筒的压力约为25MPa.适合泵筒珩磨用的砂条材料为白刚玉和碳化桂，而以白刚玉为常用。

　　粗珩和精珩用砂条的粒度不同，粗珩的特点是有较高的切削率，能迅速改变工件尺寸和消除形位误差，故粒度较粗，一般为80 ~100目；精珩的特点是珩磨余量较小，要求保证工件的尺寸精度和表面质量，故粒度较细，一般为80~200目。有时为进一步提高表面质量，用粒度为300 ~400目的砂纸抛光。

　　强力珩磨砂条要求有较大的孔隙度，它可以减小砂条与工件的实际接触面积，使砂粒容易破碎或脱落，增强自锐能力，提高切削率。同时大孔隙有利于容屑，这对轴向尺寸很大、排屑、冷却不易的泵筒珩磨十分重要。

　　大气孔砂条是在砂条原料中填加萘粒，烧结时萘升华，形成较大的孔隙。但萘粒大小、均匀度不易控制，造成砂条孔隙不符合要求，使用效果不理想。我们尝试用粒度为45~70目的大砂粒代替，用于粗珩效果较好。

　　进口的粗珩用大气孔砂条采用渗硫工艺，即在气孔中填充硫磺。渗硫的优点有：增加砂条的韧性；调整砂条与工件间的摩擦系数；珩磨时硫磺受热升华，并不影响砂条容屑。同时工件表面形成较脆的硫化物，易于珩磨，提高切削率高。我国渗硫工艺水平并不差，但由于大气孔砂条制造水平较低，故使用效果也稍差。

　　粘结剂性能优劣对砂条的品质有极大的影响。性能良好的粘结剂，应能方便地控制其粘结强度，以保证砂条需要的各种硬度，同时要有一定的韧性，避免在珩磨工作压力下，砂条发生碎裂或砂条边缘掉块，划伤工件表面。目前采用树脂类粘结剂。

　　砂条排列由于泵筒较长，直线度要求高，珩磨头长度通常不小于400mm，故一个珩磨头上并列2~3排砂条，相邻两排砂条位置相互错开。

　　根据珩磨头直径大小，砂条沿圆周均布3、4、5、6、8支，称为列，砂条列数多，工件的圆度就好。

　　砂条断面形状砂条断面形状一般为正方形、矩形，或工作表面呈圆弧状，对于小尺寸的珩磨头，砂条布置困难，则做成异形。

　　砂条长度泵筒珩磨用砂条的长度为100mm和150mm等，常用的为150mm.强力珩磨砂条的制作工艺与普通砂条相同。

　　使用泵筒珩磨砂条的注意事项强力珩磨砂条的应用应与泵筒的情况密切结合，以发挥砂条佳功能1.砂条硬度的动态调整把砂条硬度的定义引用到泵筒珩磨中去，实际珩磨时，随着工况的变化，砂条反映的硬度（或称动态硬度）是变化的，故可以通过调整珩磨参数来调整砂条反映的硬度。

　　如果泵筒内表面较硬，珩磨效率低，可降低砂管的强化传热性能，提高了换热器的换热效果，而且还带来了较好的经济效益。

　　表5改造后经济效益分析装置生产能力/rh增产量产值改造前改造后万元/d万元/a结论与建议为提高管程冷却水的流速，降低壳程压降，在保证足够换热面积情况下，将总管束数目减少10，通过理论计算和现场实测可知，此时波纹管换热器比原光管换热器总传热系数约提高60，但壳程压降仅提高了30.改造后的换热器运行达到了预期效果，与理论计算结果相符。热处理量达到设计能力100，重整生成物出口温度控制较好，并使循环氢压缩机安全运行。

　　改造后的换热器经济效益显著。改造中若不采用高效波纹管换热器，而改用S1700mm、4管程的光管换热器，则换热效果还不如高效波纹管换热器，且设备投资将增加约53.改造后的换热器消除了重整装置生产中的“瓶颈”效应，提高了广量，并在现有的基础上还可扩大整个装置的生产能力，由此将会给整个装置带来更高的社会和经济效益。

　　重整生成液换热器是在原有换热器的壳体不变的情况下，仅将传热管由光管改为波纹管，改造简便易行，经济实用，这种改造方法非常适合其它在役换热器的改造。

　　由于改造后的换热器投入运行时间较短，测得的数据强化传热效果比较明显，为了取得该换热器工作一段时间后的有关数据，建议该换热器投入使用一年以后再进行一次全面测试，为这种换热器的进一步使用提供可靠的依据。