抽油機減速器三軸齒輪反裝修復技術分析

孫學兵 趙偉 趙輝

摘要：針對采油生產一線,抽油機減速器損壞較多的現象,在分析抽油機減速器工況的基礎上,提出減速器修復中的一種新措施，對減速器的三軸齒輪進行反裝，在理論上加以分析和驗證,并在生產中進行經驗總結,實現降本增效的目的。

關鍵詞：抽油機;減速器;三軸齒輪;反裝;分析

抽油機是目前中原油田采油廠廣泛使用的主要采油裝備，抽油機作為有桿抽油系統中的關鍵裝備，機采技術工藝鏈中的重要一環，影響制約著我廠的原油上產。由于我廠抽油機數量多，抽油機配件費用高，目前，抽油機的修復項目已成為我廠降低生產成本，實施挖潛增效的著力點。僅采油五廠目前在用各種型號的抽油機達640余臺，由于抽油機長期野外作業，工作環境惡劣，零部件損壞現象較多，已成為機采技術鏈中的薄弱環節，從我廠現場抽油機的使用情況來看，抽油機各個主要部件中，損壞現象較多的主要是減速器、游梁中、尾軸承座、及驢頭，據統計由于減速器損壞而使抽油機不能正常運轉的每年占損壞抽油機的40%以上。

減速器是抽油機的主要核心部件，也是抽油機的主要易損件，采用三軸兩級傳動，分為主動軸、從動軸和中間軸，輪齒普遍采用的是斜齒輪和人字齒輪。工作運行中起到增距、減速的作用，使電機的旋轉運動，最終實現驢頭的上下往復運動，以實現抽汲原油的目的。目前，采油生產一線現場應用中抽油機減速器存在故障損壞現象較多，以近二年現場更換減速器為例，據統計，2012年我廠損壞減速器78臺，2013年為73臺，每年因更換減速器投入資金達400余萬元。因此探究抽油機減速器損壞的原因及如何進行有效的修復具有很現實的意義。

對抽油機減速器從理論上進行了深入的探討，并結合一線生產實際，如何進行降本挖潛增效，修復抽油機減速器進行有益的探索。據現場調查，減速器的損壞主要是三軸齒輪的損壞，齒輪的失效形式從理論上講主要有輪齒的折斷、磨損、膠合和點蝕，從我廠的抽油機使用現狀來看，造成減速器損壞的主要原因是齒輪的輪齒磨損嚴重，造成減速器噪音過大，工況惡化。減速器的三軸齒輪由于承受較大的交變載荷，使輪齒正面磨損較嚴重，而齒背一側則相對磨損較輕，那么能否利用磨損較輕的齒背一側作為工作面，對減速器的三軸進行反裝呢？在這方面我們分別作了現場實驗與理論分析，現對其理論作一下初步探討。

1. 抽油機減速器工況分析

作為抽油機的主要核心部件的減速器，其主要的工作特點是：速度較低、承受很大的負荷、力和十分大的扭矩，傳動比相對抽油機其他部件來說也很大，工況十分惡劣。大力和大扭矩的存在，造成減速器齒輪輪齒承受力較大的一面磨損嚴重，從理論上分析來說，齒輪在具有嚙合間隙的情況下，齒輪背面一側是基本上是不受力作用的，但由于抽油機負扭矩的存在，使齒輪背面一側也承受較大的力，造成一定程度的磨損。負扭矩現象的存在是由于抽油機在正常工作的狀況下輸出扭矩，克服抽油機載荷的減速器的從動軸，在到達某一點、某一瞬時的客觀現狀，游梁式抽油機的減速器被較大的載荷反向瞬時被提前拖動，造成了游梁式抽油機的減速器從動輪軸帶動了抽油機的減速器的主動輪軸，因而出現了反向做功的客觀現實狀況，造成游梁式抽油機的減速器傳動力靠減速器的齒輪齒背進行大力、反向進行傳遞。客觀上分析，因為抽油機減速器存在負扭矩這一客觀因素，因而從客觀上形成抽油機減速器齒輪受力磨損的主要原因，負扭矩狀況的存在是目前油田廣泛應用的游梁式抽油機克服不了的客觀現象，這也是游梁式抽油機內在因素的性質所需，和野外工作的生產現狀的所避免不了的。由于負扭矩工作狀況只是在游梁式抽油機減速器曲柄轉角的小范圍內客觀條件的存在，與減速器的正扭矩這一現象相比來說，它工作時的時間很短，且其受力的數值相比其它正扭矩的數值要小很多。因而，從客觀上出現了減速器齒背的一面受磨損的較輕，而減速器齒輪正面一邊磨損十分歷害，為充分利用齒輪磨損較輕的一面進行工作提供了可能。

2. 三軸反裝后的校核

根據減速器齒輪輪齒齒背一側比正面磨損較輕的現象，這一狀況的存在，可對正面磨損嚴重，嚙合間隙超標的齒輪三軸進行反裝以使原承受扭矩較小的齒背一側來承受較大的扭矩進行工作。

2.1三軸反裝后齒輪參數的變化

減速器三軸反裝前后，齒輪的形狀結構、材質等都沒有發生變化，唯一變化的量是螺旋角的變化，設原來的主動軸、中間軸左右斜齒、中間軸斜齒、從動軸齒輪的螺旋角分別為β1、β2、β3、β4，則反裝后的螺旋角分別為-β1、-β2、-β3、-β4，

根據斜齒輪嚙合的條件：β1＝-β2β3＝-β4

端面模數和端面壓力角相等

三軸反裝后：-β1＝-(-β2 ) β3＝-(-β4)

端面模數和端面壓力角未發生改變仍相等，滿足斜齒輪的嚙合條件：螺旋角大小相等，方向相反。

3. 結論

抽油機減速箱三軸反裝從理論上講是切實可行的，為了進一步證實這種方法的實用性，從2012年5月我們開始對減速箱三軸進行了反裝試驗，按此方法共修復62臺減速箱，經跟蹤調查現場使用情況良好，目前僅有4臺減速箱因漏油，2臺減速箱因串軸返回，其他56臺減速箱的齒輪嚙合情況均達到有關標準：

⑴齒輪副側隙、齒輪接觸跡線位置偏差和接觸斑點的大小在標準范圍內。

⑵減速器噪聲小于85 dB。

⑶齒輪運轉平穩可靠，無沖擊現象。

減速器整體運轉完好率達90.3%，反裝后的減速器使用時間可達2~5年，平均每反裝一臺減速箱可節約成本1.9萬元，累計節約資金120余萬元。

減速器三軸齒輪反裝在抽油機的修復技術上是一次重大探索與實踐。三軸反裝后，不僅擴大了減速箱的修復范圍，使原來一部分磨損超標的予以報廢的齒輪可以反裝繼續使用，而且大大降低了抽油機的維修費用。

4. 應注意的問題

在減速箱三軸反裝中，應選擇磨損間隙超標不嚴重的齒輪進行反裝，進行選配，保證齒輪嚙合間隙達標，以使在負扭矩狀態下，減速器工況良好，同時更為重要的是要盡量減少負扭矩的存在及其峰值。其次,大修減速器裝配時，調整好從動軸軸承的定位間隙和石棉紙墊，選擇合適厚度的石棉紙墊進行調整間隙。第三，按照石油天然氣行業標準SY/T5044-2003《游梁式抽油機》中的要求，應對修復的減速箱進行運轉試驗，空載實驗不少于10小時，試機檢測，運轉中不能出現漏油、竄軸、沖擊、異常響聲等一系列故障，合格后方能出廠，上井工作。