Page 93 - 理化检验-物理分册2023年第十一期

王小鹏, 等: 捞油作业钢丝绳断裂原因

图4 断裂钢丝绳的SEM 形貌
2.2 钢丝间接触导致裂纹扩展 向旋转。当提抽出液面时, 随着钢丝绳负重增加, 其
由宏观观察结果可知: 钢丝绳破断时绳体受力 重新变为松捻方向旋转。这种周期性的旋转使钢丝
不均匀, 断裂首先发生于某一点, 然后在持续的拉 绳始终受到弯曲 - 旋转的交变载荷作用。研究表明,
伸 - 扭转载荷作用下迅速扩展, 最终导致钢丝绳6股 钢丝绳在深井提升系统中受到纯拉伸载荷、 松捻载
钢丝全部断裂。 荷和紧捻载荷的综合作用 [ 14-17 ] , 其中松捻载荷作用
在捞油作业过程中, 钢丝绳内部的钢丝受到循 对钢丝绳造成的破坏最为严重, 因为其产生扭矩与
环拉伸载荷的作用, 产生了微米级的相对位错移动, 钢丝绳的方向相反, 改变了钢丝绳的内部结构, 使其
钢丝间的接触载荷会使钢丝产生微动摩擦磨损, 降 应力分布不均匀, 进而产生应力集中, 导致钢丝绳整
低了钢丝绳的使用性能。该钢丝绳为非抗旋转钢丝 体应力偏大。
绳, 当钢丝绳受到接触载荷时, 在螺旋力的作用下, 综上所述, 在反复加载、 卸载时钢丝绳会不断地
各股钢丝之间产生很大的挤压摩擦力。当钢丝绳在 加捻、 松捻, 造成钢丝应力分布不均; 松捻钢丝产生
导轮及卷筒上进行反复弯曲运动时, 钢丝绳表面因 扭转应力, 尤其是在靠近绳体固定端, 即排绳器位
磨损而形成的微裂纹逐渐扩展, 最终导致钢丝断裂。 置, 其扭转应力叠加, 最终造成钢丝绳断裂。
一旦钢丝绳中心出现首根断裂钢丝, 钢丝绳心部将
3 结论与建议
在循环弯曲的作用下出现钢丝集中断裂现象。
2.3 钢丝绳在深井提升时发生瞬时破坏 3.1 结论
在深井提升系统中, 井内使用的钢丝绳长度能 钢丝绳在缠绕时受到挤推力的作用, 钢丝表面
够达到千米级别, 随着钢丝绳长度的增加其自重也 产生磨损, 局部钢丝形成初始裂纹, 在扭转 - 拉伸载
逐渐增大 [ 11-13 ] 。钢丝绳运行过程中, 末端捞油抽子 荷的作用下, 钢丝绳松捻结构被破坏, 裂纹不断萌生
和绳子自重加载迫使钢丝绳产生了旋转力, 提捞时 并扩展, 最终排绳器一侧的钢丝绳发生断裂。
与管壁、 盘根反复摩擦导致其旋转加速, 最终使钢丝 3.2 建议
绳发生捻距伸长破坏。捻距伸长后绳子整体结构变 ( 1 )加强钢丝绳日常维护保养, 根据油脂消耗

得松弛, 在反复摩擦的作用下, 钢丝绳中心股因刮擦 定期上油, 定期检查钢丝绳是否有磨损、 断丝、 扭曲、
而变得松弛。经过反复提捞作业后, 钢丝出现移位、 结构伸长等问题, 及时更换钢丝绳。

错位、 断丝、 绳芯挤出等问题。当进液面受到液面的 ( 2 )根据情况评估捞油车的收 - 放绳结构, 改进
冲击力作用时, 载荷迅速减小, 使钢丝绳转变为反方 导轮位置和卷筒结构, 减小偏角和绕绳带来的挤推
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