抽油機(jī)減速器三軸齒輪反裝修復(fù)技術(shù)分析

孫學(xué)兵 趙偉 趙輝

摘要：針對(duì)采油生產(chǎn)一線,抽油機(jī)減速器損壞較多的現(xiàn)象,在分析抽油機(jī)減速器工況的基礎(chǔ)上,提出減速器修復(fù)中的一種新措施，對(duì)減速器的三軸齒輪進(jìn)行反裝，在理論上加以分析和驗(yàn)證,并在生產(chǎn)中進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),實(shí)現(xiàn)降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：抽油機(jī);減速器;三軸齒輪;反裝;分析

抽油機(jī)是目前中原油田采油廠廣泛使用的主要采油裝備，抽油機(jī)作為有桿抽油系統(tǒng)中的關(guān)鍵裝備，機(jī)采技術(shù)工藝鏈中的重要一環(huán)，影響制約著我廠的原油上產(chǎn)。由于我廠抽油機(jī)數(shù)量多，抽油機(jī)配件費(fèi)用高，目前，抽油機(jī)的修復(fù)項(xiàng)目已成為我廠降低生產(chǎn)成本，實(shí)施挖潛增效的著力點(diǎn)。僅采油五廠目前在用各種型號(hào)的抽油機(jī)達(dá)640余臺(tái)，由于抽油機(jī)長(zhǎng)期野外作業(yè)，工作環(huán)境惡劣，零部件損壞現(xiàn)象較多，已成為機(jī)采技術(shù)鏈中的薄弱環(huán)節(jié)，從我廠現(xiàn)場(chǎng)抽油機(jī)的使用情況來看，抽油機(jī)各個(gè)主要部件中，損壞現(xiàn)象較多的主要是減速器、游梁中、尾軸承座、及驢頭，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于減速器損壞而使抽油機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的每年占損壞抽油機(jī)的40%以上。

減速器是抽油機(jī)的主要核心部件，也是抽油機(jī)的主要易損件，采用三軸兩級(jí)傳動(dòng)，分為主動(dòng)軸、從動(dòng)軸和中間軸，輪齒普遍采用的是斜齒輪和人字齒輪。工作運(yùn)行中起到增距、減速的作用，使電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)驢頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)抽汲原油的目的。目前，采油生產(chǎn)一線現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中抽油機(jī)減速器存在故障損壞現(xiàn)象較多，以近二年現(xiàn)場(chǎng)更換減速器為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我廠損壞減速器78臺(tái)，2013年為73臺(tái)，每年因更換減速器投入資金達(dá)400余萬元。因此探究抽油機(jī)減速器損壞的原因及如何進(jìn)行有效的修復(fù)具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

對(duì)抽油機(jī)減速器從理論上進(jìn)行了深入的探討，并結(jié)合一線生產(chǎn)實(shí)際，如何進(jìn)行降本挖潛增效，修復(fù)抽油機(jī)減速器進(jìn)行有益的探索。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)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(diǎn)蝕，從我廠的抽油機(jī)使用現(xiàn)狀來看，造成減速器損壞的主要原因是齒輪的輪齒磨損嚴(yán)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(yán)重，而齒背一側(cè)則相對(duì)磨損較輕，那么能否利用磨損較輕的齒背一側(cè)作為工作面，對(duì)減速器的三軸進(jìn)行反裝呢？在這方面我們分別作了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與理論分析，現(xiàn)對(duì)其理論作一下初步探討。

1. 抽油機(jī)減速器工況分析

作為抽油機(jī)的主要核心部件的減速器，其主要的工作特點(diǎn)是：速度較低、承受很大的負(fù)荷、力和十分大的扭矩，傳動(dòng)比相對(duì)抽油機(jī)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(yán)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(cè)是基本上是不受力作用的，但由于抽油機(jī)負(fù)扭矩的存在，使齒輪背面一側(cè)也承受較大的力，造成一定程度的磨損。負(fù)扭矩現(xiàn)象的存在是由于抽油機(jī)在正常工作的狀況下輸出扭矩，克服抽油機(jī)載荷的減速器的從動(dòng)軸，在到達(dá)某一點(diǎn)、某一瞬時(shí)的客觀現(xiàn)狀，游梁式抽油機(jī)的減速器被較大的載荷反向瞬時(shí)被提前拖動(dòng)，造成了游梁式抽油機(jī)的減速器從動(dòng)輪軸帶動(dòng)了抽油機(jī)的減速器的主動(dòng)輪軸，因而出現(xiàn)了反向做功的客觀現(xiàn)實(shí)狀況，造成游梁式抽油機(jī)的減速器傳動(dòng)力靠減速器的齒輪齒背進(jìn)行大力、反向進(jìn)行傳遞。客觀上分析，因?yàn)槌橛蜋C(jī)減速器存在負(fù)扭矩這一客觀因素，因而從客觀上形成抽油機(jī)減速器齒輪受力磨損的主要原因，負(fù)扭矩狀況的存在是目前油田廣泛應(yīng)用的游梁式抽油機(jī)克服不了的客觀現(xiàn)象，這也是游梁式抽油機(jī)內(nèi)在因素的性質(zhì)所需，和野外工作的生產(chǎn)現(xiàn)狀的所避免不了的。由于負(fù)扭矩工作狀況只是在游梁式抽油機(jī)減速器曲柄轉(zhuǎn)角的小范圍內(nèi)客觀條件的存在，與減速器的正扭矩這一現(xiàn)象相比來說，它工作時(shí)的時(shí)間很短，且其受力的數(shù)值相比其它正扭矩的數(shù)值要小很多。因而，從客觀上出現(xiàn)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(jìn)行工作提供了可能。

2. 三軸反裝后的校核

根據(jù)減速器齒輪輪齒齒背一側(cè)比正面磨損較輕的現(xiàn)象，這一狀況的存在，可對(duì)正面磨損嚴(yán)重，嚙合間隙超標(biāo)的齒輪三軸進(jìn)行反裝以使原承受扭矩較小的齒背一側(cè)來承受較大的扭矩進(jìn)行工作。

2.1三軸反裝后齒輪參數(shù)的變化

減速器三軸反裝前后，齒輪的形狀結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等都沒有發(fā)生變化，唯一變化的量是螺旋角的變化，設(shè)原來的主動(dòng)軸、中間軸左右斜齒、中間軸斜齒、從動(dòng)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(jù)斜齒輪嚙合的條件：β1＝-β2β3＝-β4

端面模數(shù)和端面壓力角相等

三軸反裝后：-β1＝-(-β2 ) β3＝-(-β4)

端面模數(shù)和端面壓力角未發(fā)生改變?nèi)韵嗟龋瑵M足斜齒輪的嚙合條件：螺旋角大小相等，方向相反。

3. 結(jié)論

抽油機(jī)減速箱三軸反裝從理論上講是切實(shí)可行的，為了進(jìn)一步證實(shí)這種方法的實(shí)用性，從2012年5月我們開始對(duì)減速箱三軸進(jìn)行了反裝試驗(yàn)，按此方法共修復(fù)62臺(tái)減速箱，經(jīng)跟蹤調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)使用情況良好，目前僅有4臺(tái)減速箱因漏油，2臺(tái)減速箱因串軸返回，其他56臺(tái)減速箱的齒輪嚙合情況均達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

⑴齒輪副側(cè)隙、齒輪接觸跡線位置偏差和接觸斑點(diǎn)的大小在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

⑵減速器噪聲小于85 dB。

⑶齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，無沖擊現(xiàn)象。

減速器整體運(yùn)轉(zhuǎn)完好率達(dá)90.3%，反裝后的減速器使用時(shí)間可達(dá)2~5年，平均每反裝一臺(tái)減速箱可節(jié)約成本1.9萬元，累計(jì)節(jié)約資金120余萬元。

減速器三軸齒輪反裝在抽油機(jī)的修復(fù)技術(shù)上是一次重大探索與實(shí)踐。三軸反裝后，不僅擴(kuò)大了減速箱的修復(fù)范圍，使原來一部分磨損超標(biāo)的予以報(bào)廢的齒輪可以反裝繼續(xù)使用，而且大大降低了抽油機(jī)的維修費(fèi)用。

4. 應(yīng)注意的問題

在減速箱三軸反裝中，應(yīng)選擇磨損間隙超標(biāo)不嚴(yán)重的齒輪進(jìn)行反裝，進(jìn)行選配，保證齒輪嚙合間隙達(dá)標(biāo)，以使在負(fù)扭矩狀態(tài)下，減速器工況良好，同時(shí)更為重要的是要盡量減少負(fù)扭矩的存在及其峰值。其次,大修減速器裝配時(shí)，調(diào)整好從動(dòng)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(jìn)行調(diào)整間隙。第三，按照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5044-2003《游梁式抽油機(jī)》中的要求，應(yīng)對(duì)修復(fù)的減速箱進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，空載實(shí)驗(yàn)不少于10小時(shí)，試機(jī)檢測(cè)，運(yùn)轉(zhuǎn)中不能出現(xiàn)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。