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抽油機(jī)減速器滲漏原因分析及改進(jìn)

2013-10-10

吉效科1　李寧會1　 高長樂2　高徐生3　李寒杰3
（1.長慶油田公司設(shè)備管理處；2.新疆第三機(jī)床廠； 3.徐州東方減速器廠）
　　摘　要：減速器滲漏油在抽油機(jī)各種故障中所占比例Z高，是各油田抽油機(jī)普遍存在的問題，特別是在軸承端蓋處滲漏油現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。在對大量減速器滲漏油的原因分析后，本著縮短回油路線、采取自然疏通的思路，采取了將減速器軸承外側(cè)進(jìn)油改內(nèi)側(cè)進(jìn)油、改變減速器回油孔結(jié)構(gòu)、減輕回油孔的導(dǎo)油負(fù)載、改進(jìn)軸承端蓋為四級密封等措施，并研制了FSL型防滲漏減速器。試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，新型FSL型防滲漏減速器從結(jié)構(gòu)上徹底解決了滲漏油問題，完全滿足現(xiàn)場使用要求，具有很高的推廣價(jià)值。
　　關(guān)鍵詞：抽油機(jī)；減速器；防滲漏；技術(shù)改進(jìn)
　　0　引言
　　減速器作為抽油機(jī)的核心組成部分，端蓋與軸配合間隙處不同程度的漏油、滲油是經(jīng)常遇到的問題，長期困擾著油田用戶和抽油機(jī)生產(chǎn)廠家。長慶油田采油二廠嶺中作業(yè)區(qū)2004年、2005年分別對油田抽油機(jī)故障進(jìn)行了分類調(diào)查研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)抽油機(jī)減速器漏油分別占到了抽油機(jī)故障的21.8%和24.0%。2006年長慶油田對7個采油單位抽油機(jī)故障進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)漏油故障占13.73%，位居所有故障之首，甚至有的單位生產(chǎn)的減速器漏油故障比例高達(dá)30.63%。而且隨著抽油機(jī)使用年限的延長，減速器漏油故障比例也會不斷增加。各油田也積極探索采取了迷宮密封、油氈密封和橡膠密封等多種密封技術(shù)，這些治漏方法都采取封堵手段。這些密封技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，而且使用時間較短，需要頻繁更換，不能從根本上長期有效地解決抽油機(jī)減速器漏油的問題。
　　減速器滲漏油問題主要發(fā)生在伸出軸與軸承蓋密封處、放油堵塞和各結(jié)合面。滲漏油現(xiàn)象是多種因素（如結(jié)構(gòu)的合理性、適應(yīng)性和工藝性等）的綜合結(jié)果。對減速器滲漏的原因分析發(fā)現(xiàn)，大部分減速器軸承端蓋漏油大都是因回油孔回油不暢甚至堵塞所致，本著縮短回油路線、采取自然疏通的思路，筆者提出將減速器軸承外側(cè)進(jìn)油改內(nèi)側(cè)進(jìn)油，改變減速器回油孔結(jié)構(gòu)，減輕回油孔的導(dǎo)油負(fù)載，改進(jìn)軸承端蓋為四級密封，并在此基礎(chǔ)上研制了FSL型防滲漏減速器。試驗(yàn)現(xiàn)場和應(yīng)用表明，該新型減速器能有效解決滲漏油問題，應(yīng)用效果良好。
　　1　箱體上的回油孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)
　　1.1 原結(jié)構(gòu)分析
　　大多數(shù)減速器軸承蓋漏油大都是因回油孔回油不暢甚至堵塞所致。圖1所示為現(xiàn)有減速器所采用的箱體回油結(jié)構(gòu)形式。為了適合原來外側(cè)進(jìn)油方式，2回油孔所處位置較高，這樣一來，2回油孔中間的凹弧處始終儲存一些潤滑油，形成外側(cè)油池；而2回油孔均是垂直孔直角連接水平孔結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)接處存在拐點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)存在以下缺點(diǎn)：
　　（1）由于位置的限制，2回油孔孔徑偏小，且油路很長，導(dǎo)致回油效能低，暢通性差。
　　（2）減速器中的潤滑油使用過程中會出現(xiàn)結(jié)蠟，再加上齒輪磨屑以及難免從各縫隙處進(jìn)入減速器箱體內(nèi)部細(xì)微的沙塵，均能污染潤滑油，被污染的潤滑油流經(jīng)回油孔拐點(diǎn)（圖1中B點(diǎn)）時雜質(zhì)就會發(fā)生變速沉積，時間越長雜質(zhì)沉積就越多，達(dá)到一定程度后這種效能差的回油孔就會被堵塞而失效，油池油位上升導(dǎo)致嚴(yán)重漏油。
　?。?）由于很多減速器的工作環(huán)境溫度很低，內(nèi)部的潤滑油隨著溫度的降低而變粘稠，流動性會越來越差，而這種結(jié)構(gòu)的回油孔因油路細(xì)而長，且又為水平方向，這就很容易使回油速度變得緩慢，甚至導(dǎo)致堵塞。
　　1.2 新型結(jié)構(gòu)分析
　　圖2為回油孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)圖。針對原結(jié)構(gòu)缺陷做了改進(jìn)，首先將軸承蓋下方的螺栓移開、讓位，從而可以在軸承正下方增加回油腔，同時將原水平方向的細(xì)長回油孔（Ø16mm）改成下傾夾角為45°的短程大孔（Ø20mm）。這種結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點(diǎn)：
　?。?）回油油路比原結(jié)構(gòu)明顯變短（縮短3/4左右），回油孔的尺寸也比原來加大，且油路與水平方向呈45°夾角向下傾斜，在潤滑油的自重作用下，大大增強(qiáng)了回油油路的效能，即使?jié)櫥驮诘蜏卣吵淼那闆r下也能順暢回流。
　　（2）由于這種結(jié)構(gòu)的回油油路中不存在拐點(diǎn)，所以就不存在雜質(zhì)沉積、堵塞油路的可能，更不會發(fā)生油池油位升高而導(dǎo)致的嚴(yán)重漏油問題。
　　2　潤滑軸承的進(jìn)油方式改進(jìn)
　　2.1 原外側(cè)進(jìn)油結(jié)構(gòu)分析
　　圖3為更改前外側(cè)進(jìn)油結(jié)構(gòu)。由圖1及圖3結(jié)構(gòu)可以看出，以往結(jié)構(gòu)的軸承進(jìn)油方式是軸承外側(cè)進(jìn)油（相對于箱體中心線）；當(dāng)油進(jìn)來后，在箱體軸承孔的2回油孔中間位置形成油池，以滿足軸承潤滑所需潤滑油。這種在軸承外側(cè)的油池的缺點(diǎn)是：①進(jìn)油量過大時，回油孔的導(dǎo)流負(fù)載隨之增大，一旦回油不暢就會使油池油位異常升高；②不可避免的雜質(zhì)Z容易在此產(chǎn)生淤積，其結(jié)果是漫及并堵塞回油孔，進(jìn)而抬高油位，造成軸承蓋處嚴(yán)重漏油。
　　2.2 新內(nèi)側(cè)進(jìn)油結(jié)構(gòu)分析
　　圖4為更改后內(nèi)側(cè)進(jìn)油結(jié)構(gòu)。FSL型防滲漏減速器將外側(cè)進(jìn)油改成內(nèi)側(cè)進(jìn)油。當(dāng)油進(jìn)來時，先在圖4所示的C區(qū)域形成由D面控制高度的、保證滿足軸承潤滑的油池（D面為加工面，能準(zhǔn)確保證油池內(nèi)油位的高低），潤滑后向外側(cè)溢出的油可經(jīng)回油孔迅速返回箱內(nèi)；而當(dāng)進(jìn)油量過多時，多余的油能直接越過D面流回箱體，從而大大減輕了回油孔的導(dǎo)流負(fù)載，也就降低了軸承蓋漏油的可能性。另外，各種雜質(zhì)只會在C區(qū)沉積，而并不會造成軸承蓋處油位升高，從而有效避免了軸承蓋漏油。
　　3　軸承蓋密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)
　　筆者在分析、研究以往的軸承蓋結(jié)構(gòu)形式利弊的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了軸承的結(jié)構(gòu)。
　　3.1 原軸承蓋密封方式
　　圖5為更改前軸承蓋結(jié)構(gòu)圖。以往軸承蓋密封結(jié)構(gòu)為內(nèi)側(cè)迷宮密封與外側(cè)油氈密封相結(jié)合的二級密封，主要缺點(diǎn)是：密封措施單薄，從軸徑外溢的油量較大，且回油腔太短。
　　3.2 新型軸承蓋多級密封方式
　　圖6為更改后軸承蓋結(jié)構(gòu)圖，可以看出，更改后的軸承蓋結(jié)構(gòu)為四級密封，具體結(jié)構(gòu)如下。
　?。?）新增的一級密封為隨軸旋轉(zhuǎn)的密封環(huán)與軸承蓋內(nèi)孔的迷宮密封，迷宮槽設(shè)在密封環(huán)外圓。
　?。?）Z大限度地加大了回油腔的軸向尺寸，這樣就大大增加了沿軸徑的滲油路徑長度。
　　（3）第3級密封仍沿用原迷宮密封方式。
　?。?）第4級密封有2種結(jié)構(gòu)（按需選用）：采用旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈密封方式，即骨架油封；采用車氏密封，即耐磨的四氟乙烯密封圈加O形密封圈補(bǔ)償功能。
　　這些綜合措施的優(yōu)點(diǎn)是：密封環(huán)所形成的第1級密封有效地阻斷了向外溢出的油；此處漏出的少量潤滑油又能順著較長的軸表面流落到回油腔中，然后從回油腔Z下方的回油孔流入箱體回油孔；而且從另一角度考慮，回油腔通過軸承蓋的回油孔、箱體上的回油孔，與箱體內(nèi)腔連接在一起，從而使一級密封兩端的氣壓相等，防止了因?yàn)橄潴w內(nèi)腔溫度高形成氣壓差而把油擠出去，這也大大減小了漏油的概率。對200多臺減速器進(jìn)行試驗(yàn)并經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)分析后發(fā)現(xiàn)，回油腔的長度越長，漏油的概率就越小，當(dāng)回油腔的長度長于30mm時，就不會出現(xiàn)漏油情況了。
　　4　新軸承蓋內(nèi)密封環(huán)結(jié)構(gòu)
　　普通密封環(huán)在外側(cè)臺階處均為90°[1]。圖7為更改后密封環(huán)結(jié)構(gòu)圖。從圖可以看出，密封環(huán)外側(cè)臺階處的相鄰兩面均為斜面。這種結(jié)構(gòu)的好處是，當(dāng)有潤滑油落到密封環(huán)上時，它會順著斜立面流到A處，然后又會順著A處的槽流到密封環(huán)的下方回油腔，進(jìn)而流回箱體內(nèi)，這樣阻止了潤滑油從密封環(huán)上流到軸上，也就大大減小了油順著軸流出軸承蓋的可能性。
　　5　箱體放油孔的結(jié)構(gòu)
　　抽油機(jī)用減速器在放油孔處的滲漏也非常普遍，這不但浪費(fèi)了潤滑油，增加了使用成本，也嚴(yán)重影響了整機(jī)的外觀質(zhì)量。這也是減速器廠家迫切需要解決的問題之一。
　　5.1 原放油孔的結(jié)構(gòu)
　　減速器的箱體材料是HT200，而放油堵材料為45#鋼。出現(xiàn)漏油現(xiàn)象的主要原因有以下2點(diǎn)：
　?。?）由于兩者材質(zhì)的硬度差別很大，在經(jīng)過幾次拆卸后，材質(zhì)較軟箱體上的螺紋精度會降低，甚至爛扣，不能起到密封作用，從而產(chǎn)生了漏油；
　?。?）減速器的放油孔內(nèi)側(cè)多為斜面（圖8），在加工的過程中，由于鉆孔后段上下不對稱，導(dǎo)致鉆出的孔就會失圓且和中心線發(fā)生傾斜，在攻絲時自然就不可能攻出符合要求的螺紋，這也容易產(chǎn)生放油孔漏油。
　　針對以上問題，筆者改進(jìn)了箱體放油孔的結(jié)構(gòu)，如圖9所示。
　　5.2 新型放油孔結(jié)構(gòu)
　　在改進(jìn)的結(jié)構(gòu)中增加了一個放油套管，放油套管的材料和放油堵材料均為45#鋼，并且成對加工而成。這種結(jié)構(gòu)在加工過程中很容易保證螺紋的精度，增強(qiáng)了螺紋密封的效果，延長了使用壽命，從而解決了原反復(fù)拆卸后就失效、甚至爛扣問題，杜絕了放油堵處的漏油情況。放油套管和箱體處采用加墊并涂密封膠的密封方式，這種密封方式非常成熟，也不會存在漏油的情況，這樣就在整體上杜絕了放油孔處漏油的現(xiàn)象?？紤]到有些油田存在放油堵被偷盜現(xiàn)象，也可以將放油管和箱體采取過盈配合方式，并且配備防盜螺栓，這樣不但避免了漏油現(xiàn)象，也解決了放油堵被盜的問題。
　　6　減壓透氣裝置
　　減速器工作時，齒輪的磨擦?xí)a(chǎn)生熱量，使減速器內(nèi)部溫度比外界溫度高，致使減速器內(nèi)部氣壓高于外部環(huán)境，從而產(chǎn)生漏油等一系列問題，為此每臺減速器都會配有減壓透氣裝置。
　　6.1 直通式透氣塞
　　過去大都使用直通式透氣塞，如圖10所示。
　　直通式透氣塞有如下缺陷：
　?。?）這種結(jié)構(gòu)的出氣孔偏小，排氣阻尼大，減壓效果差；
　?。?）透氣孔與外界是直接連接的，沙塵就會從透氣帽的小孔進(jìn)入減速器，不但有可能損壞減速器軸承，還有可能堵塞回油孔，產(chǎn)生漏油；
　?。?）這種結(jié)構(gòu)沒有防水裝置，當(dāng)減速器所處環(huán)境下雨時，雨水會從透氣孔進(jìn)入箱體，從而銹蝕齒輪和軸承，影響減速器壽命。
　　6.2 改型的呼吸閥
　　基于上述分析，筆者改用了呼吸閥，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。
　　這種結(jié)構(gòu)可有效避免直通式透氣塞存在的不足，它具有如下特點(diǎn)：
　?。?）加大了透氣孔和透氣效能（原有效透氣面積為100.53mm2，更改后為1274.23mm2，有效面積比原結(jié)構(gòu)增加了11.7倍）， 可以有效降低箱體內(nèi)氣壓，避免了由氣壓差產(chǎn)生的漏油。
　?。?）在透氣孔中間加裝了銅絲網(wǎng)，有效防止了沙塵的進(jìn)入。
　?。?）呼吸閥的傘型蓋能避免雨水進(jìn)入箱體，延長了減速器的壽命。
　　7　減速器殼體時效處理
　　為了防止箱體合箱面處漏油，在組裝合箱時，可能發(fā)生合箱面上留有鐵屑使合箱面不嚴(yán)而發(fā)生漏油，另外減速器經(jīng)過一段時間使用之后，殼體發(fā)生變形，造成合箱面不平，貼合不緊而發(fā)生漏油。為防止殼體變形，需要對減速器殼體進(jìn)行時效處理，可防止殼體變形，避免沿合箱面處漏油。目前有3種時效方法，即自然時效、人工時效和振動時效，廠家可根據(jù)工廠條件進(jìn)行選擇和處理。
　　8　試驗(yàn)與現(xiàn)場應(yīng)用
　　2009年4月初，對徐州東方減速器廠生產(chǎn)的1臺減速器進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)。通過沖次在2.0、2.4和5.0min-1的情況下的試驗(yàn)，減速器正向轉(zhuǎn)動，各種沖次下中間軸和輸出軸潤滑供油，回油暢通。
　　2009年5月開始，改進(jìn)后的新型FSL型防滲漏減速器先后在長慶油田超低滲第二項(xiàng)目部、采油八廠投入現(xiàn)場工業(yè)試驗(yàn)，500多臺防滲漏減速器都運(yùn)行正常，受到各級設(shè)備管理人員和維修人員的好評。
　　9　結(jié)論
　?。?）針對減速器漏油問題，采取了將減速器軸承外側(cè)進(jìn)油改內(nèi)側(cè)進(jìn)油，改變減速器回油孔結(jié)構(gòu)，減輕回油孔的導(dǎo)油負(fù)載，改進(jìn)軸承端蓋為四級密封等措施，同時研制了FSL型防滲漏減速器，從結(jié)構(gòu)上徹底解決了滲漏油問題。
　?。?）試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用表明，F(xiàn)SL型防滲漏減速器完全滿足現(xiàn)場使用要求，具有很高的推廣價(jià)值。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004
來源：《石油機(jī)械》2010年第38卷第9期