金刚石串珠绳耐用度经验公式的实验研究

    随着我国海上油气田开发的快速发展, 海底管道作为海上油气田开发的重要组成部分, 现役管道面临着破损急需维修的现实[1]。利用金刚石绳锯能同时切断钢管和钢筋混凝土保护层的特殊性能, 实现对破损的海底输油管道的切割作业已证实是一种高效的工艺方法[2]。在这一研究领域, 国内外学者的研究仅局限于在石材切割过程中对串珠进行磨损机理分析及寿命影响因素的定性描述, 作者没有查阅到使用水下金刚石绳锯对海底管线钢进行柔性、断续磨切过程中, 金刚石串珠绳耐用度方面的研究文献。为优化绳踞切割工艺参数、探究绳踞工艺参数与耐用度关系, 本文就此问题利用水下金刚石绳锯工程样机, 采用均匀设计的试验方法, 通过多元线性回归分析, 建立了绳锯磨削工艺参数对耐磨损率影响的回归方程, 在一定的工艺条件下对绳锯耐用度进行了分析。

    1 实验条件

    实验系统主要包括试验台架、水下金刚石绳锯机工程样机、检测系统、金刚石串珠绳、单层海底油气管道、电源配电箱及冷却系统等。

    金刚石绳锯工程样机主要技术参数:进给速度 1~5mm/min;线速度 11.3~15.1m/s; 串珠绳的初始张力: 1200～1400N;磨切一个完整截面时间≤2.5h。串珠绳为意大利 MARINI公司所生产, 其主要参数如表 1 所示。

    单层海底油气管道的结构如图 1 所示, 其截面各层材料及厚度尺寸见表 2。

    试验所配备的检测系统由测试装置、传感器和仪表组成, 具体包括:张力测试装置、转速测量仪、压力变送器、流量传感器、压力表及带有数据采集卡的计算机系统等,以实现对样机切削系统、进给系统的各项工艺参数进行测量。

    2 耐磨损率的幂函数方程

    在金属切削领域的研究中, 多数按刀具后刀面磨损宽度来制定刀具的磨钝标准。在一定范围内切削各工艺参数与耐用度用双对数坐标表示为一条直线[3]。

    从宏观的角度观测绳锯的磨损情况, 确定其耐用度( 或失效) 是极为便捷的研究方法。为使研究简化, 将磨切工件截面的面积 ΔS 与串珠绳在直径方向上的磨损量 Δd的比值定义为金刚石串珠绳的耐磨损率, 用 W 表示, 则W=ΔS/Δd( mm²/mm)[4]。一般来说, 串珠绳耐磨损率大耐用度就高, 这样就将研究串珠绳耐用度的问题转化为研究耐磨损率的问题。

    实验主要研究绳锯的耐磨损率 W 与进给速度 vj、切削线速度 vq两个主要因素之间的关系, 耐磨损率用切割工艺参数的幂函数形式表示为, 式中 C 为常数,α β为幂指数。