浮動刮油在抽油機減速器中的應用

溫時明

（山西省平遙減速器有限責任公司，山西平遙 031100）

0 引言

隨著原油開采的不斷加劇，國內油井已進入中后期。如果按照游梁式抽油機[1]現有的沖程、沖次[2]來開采石油，抽油泵就會因空抽而造成干磨損，進而導致抽油泵[1]的損壞，影響石油的正常開采。根據實際采油工況，油田主要通過增大抽油機減速器傳動比或者增大皮帶輪直徑來降低抽油機的沖次。這樣抽油機減速器就會因轉速降低而影響軸承潤滑[3]。若長期缺油將會造成各部位軸承損壞而導致停機。常規刮油器固定在箱體低速級結合面處，能潤滑中、低速軸承，高速級軸承靠齒輪嚙合擠壓潤滑油來保證潤滑。這種潤滑受轉速、轉向、油品的影響較大，特別是在低轉速下，常常出現因潤滑不到位而使軸承燒灼的問題，長期運轉后，在箱體外側刮油器對應的結合面處會出現油污，污染環境。本文以實際生產為依據，給出了一種浮動刮油方式，在實際的應用過程中效果良好。

1 抽油機減速器軸承燒壞的情況

近年來，我公司銷往某油田的JLH650-18H、JLH750-26H抽油機減速器[4]在某區塊出現軸承燒壞的情況，該區塊沖次為1.5～3.0 沖次/min，統計數據如表1所示。

以上整機回廠拆機發現，編號C011、C033、C035、C045、C015、C110、C012的抽油機減速器中，低速軸承均不同程度地損壞，軸承室無潤滑油；編號C018的抽油機減速器低速軸承損壞，箱座結合面處油槽出現不同程度的油泥堆積堵塞，結合面外表面有嚴重的油污，軸承室無潤滑油；編號C022、C008的抽油機減速器軸承室無潤滑油，二軸軸承損壞并打齒，刮油器與中間齒輪的間隙圖樣要求為0.5 mm，實際為1.5 mm，比出廠時增大，用手扳動中間齒輪時，無法滿足刮油的要求；編號C009的抽油機減速器高速軸承架損壞，軸承室潤滑油較少，擠油潤滑失效。

2 原因分析

目前，國內油田市場使用的抽油機減速器采用兩級雙圓弧人字齒輪傳動結構，齒輪的齒厚偏差導致輪齒的對中性變差，使高速級、中間級齒輪在一定范圍內左右竄動，兩人字齒的齒厚偏差值越大，竄動幅度越大。傳統刮油器結構如圖1所示。

圖1 傳統刮油器結構

圖2為傳統刮油器現場圖。抽油機減速器一般采用固定刮油潤滑的方式。正常運行前，箱座內注入一定量的潤滑油，油面浸沒過中間齒輪3一定高度，抽油機減速器中間軸承和低速軸承是靠安裝在箱座結合面處的刮油器1刮油來潤滑。中間齒輪3的旋轉運動為抽油機減速器的軸承提供所需的潤滑油動力。當中間齒輪3旋轉時端面上會附著一定量的潤滑油，刮油器1會將中間齒輪3端面上附著的潤滑油刮到箱體油槽2中，通過油槽分配給中間軸承和低速軸承。中間齒輪3的齒面上也會附著大量的潤滑油，通過主動軸和中間齒輪嚙合，齒面上的潤滑油在嚙合產生的擠壓力作用下順著螺旋角的方向擠入主動軸軸承中，從而實現主動軸軸承的潤滑，進而達到潤滑高速軸承的目的。但在實際運行過程中受齒厚偏差、轉速、轉向的影響，導致刮油潤滑失效。

對刮油潤滑失效的原因分析如下：1）人字齒輪由于齒厚偏差會導致人字齒輪在運行過程中左右竄動。中間齒輪3軸向左右竄動的時候，特別是幅度較大時，刮油器1會因中間齒輪3長時間左右竄動而與中間齒輪3之間的間隙增大，導致無法刮油或得不到足夠的潤滑油，此時中間軸承和低速軸承就不能保證潤滑，且使用中油量無法觀察，易造成軸承缺油燒灼。2）傳統的刮油潤滑油槽是鑄造在箱座上的，該油槽2能將刮油器1刮下的潤滑油分流到中間級、低速級軸承室中。在實踐生產中，無法準確控制鑄造油槽的寬度和深度，潤滑油流量會出現一側大一側小的情況，流量小的一側，會出現軸承潤滑不到位的情況，嚴重時出現燒灼的情況。3）刮油受轉向的制約。如圖2所示，當中間齒輪3逆時針轉動，潤滑油會附著齒輪端面上，當齒輪轉出潤滑油液面時，潤滑油就開始滴落，以低速軸2 r/min計算，齒輪要經過2/3圓周（大約25 s）才能實現刮油器刮油，此時帶到抽油機減速器油槽的潤滑油變得非常少，無法滿足軸承潤滑的需要，經常會因供油不足燒灼軸承。4）目前，多數油井為稠油型油井，滲透性差。按照抽油機減速器原設計標準[4]規定，額定轉速已無法滿足大多數油田的抽采需求。目前，在油田運行的多數抽油機工作沖次為2～3 沖次/min，抽油機沖次的降低導致主動軸和中間齒輪轉速下降，使中間齒輪的齒面含油量減少，從而使潤滑油擠進主動軸軸承中潤滑油量減少，無法滿足對主動軸軸承潤滑的需求。5）傳統的刮油潤滑的油槽與組合螺栓孔的距離只有10 mm左右，由于加工誤差會導致有效密封帶減少，潤滑油會從組合螺孔處滲漏，造成環境污染。

圖2 傳統刮油器現場圖

通過以上分析可知，抽油機減速器的旋轉方向及中間齒輪與刮油器的間隙是造成抽油機減速器損壞的主要因素。

3 結構改進

浮動刮油裝置結構如圖3所示。

圖3 浮動刮油裝置結構

浮動刮油裝置中，刮油器座5通過螺栓與箱蓋固定，夾緊塊4通過內六角螺釘將水平支撐軸3的一端固定于刮油器座5上，水平支撐軸3的另一端通過銷軸與活動連接板2的一端連接，活動連接板2的另一端與浮動刮油器片1也通過銷軸連接，此時浮動刮油器片1的內側始終與中間齒輪端面貼合，其間隙可通過水平支撐軸3來左右調節。

抽油機減速器采用浸油潤滑的方式。即在箱座里注入一定量的潤滑油，油面浸過左右旋齒輪7一定高度，左右旋齒輪7旋轉運動時會從箱體油池中附著潤滑油，浮動刮油器片1在重力作用下會與齒輪端面7始終貼合， 從而將潤滑油刮到水平油槽6里，最后通過水平油槽6潤滑到各個軸承室中。該浮動刮油裝置有以下優點：1）根據抽油機減速器本身的結構特點，當左右旋齒輪軸向竄動時，浮動刮油片采用鉸接活動聯接，會隨著中間齒輪的竄動而左右擺動。此時，浮動刮油片會在重力的作用下始終與左右旋齒輪7端面貼合，不受左右旋齒輪7竄動的影響，起到浮動刮油的效果。2）浮動刮油的水平油槽6通過螺栓固定在箱體內腔壁上，各分油槽直接延伸到各軸承室內，潤滑油通過分流能保證每個軸承室的潤滑，不受鑄造毛坯的影響。3）在減速器裝配的最后環節安裝調整浮動刮油器，安裝在箱蓋上的視孔窗附近，且位于左右旋齒輪的正上方，正轉、反轉時，浮動刮油器片1刮油距離相對于潤滑油液面是相同的，即轉向不同時有相同的刮油量，克服了原潤滑系統因轉速低而潤滑效果差以及因無法觀測而導致抽油機減速器故障的問題。4）浮動刮油器不受轉速的限制。通過實際試驗，能保證低轉速下的潤滑。根據實際抽油的沖次，我們設定低速軸轉速分別為2、3、4、5 r/min，試驗數據如表2所示。

表2 試驗數據表

通過試驗可知，在低沖次下浮動刮油，各個軸承室的潤滑都能得到充分的保證。

4 結語

該浮動刮油裝置已申請實用新型專利，專利號為ZL 2014 2 0196730.9。主要是針對抽油機減速器在低轉速下的潤滑系統，此改進有效地解決了軸向竄動帶來刮油失效、低轉速下各軸承室潤滑不良的問題，保障了生產設備，杜絕了環境污染。在產品批量生產中，效果良好，隨機銷售到油田的抽油機減速器，至今沒有反饋因潤滑油不足而損壞減速器的質量問題，值得在同行業中推廣。