宮艷紅 孔紅芳 陳亮 齊玉梅 王朔

（1.大港油田第三采油廠；2.大港油田第五采油廠；3.大港油田第一采油廠）

抽油機(jī)是油田機(jī)械采油的重要生產(chǎn)設(shè)備，其運(yùn)行狀況的好壞直接影響油井的正常生產(chǎn)。減速箱作為抽油機(jī)的“心臟”，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，輸入軸、中間軸、輸出軸的軸承端蓋會(huì)出現(xiàn)不同程度的漏油，減速箱機(jī)油漏失后，輕則污染設(shè)備、腐蝕基礎(chǔ)，影響設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化；重則使齒輪潤(rùn)滑不到位干磨打齒、損壞設(shè)備甚至造成油井停產(chǎn)。既造成油料浪費(fèi)，又影響油井生產(chǎn)時(shí)率，增加生產(chǎn)成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，帶來安全和環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

1 減速箱漏油原因分析及現(xiàn)狀研究

1.1 漏油原因分析

抽油機(jī)減速箱為三軸兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，其內(nèi)部一般多采用擋油圈后設(shè)置一個(gè)骨架油封的接觸式密封結(jié)構(gòu)。減速箱軸承密封件多為骨架油封，與軸承端蓋為過盈配合，在輸入軸與軸承端蓋之間設(shè)有油封塞，油封端蓋與外端面靠壓緊密封，油封與轉(zhuǎn)軸靠彈簧拉緊密封。由于減速箱采用的是飛濺式潤(rùn)滑方式，在轉(zhuǎn)速較低的情況下，會(huì)有少量機(jī)油進(jìn)入油封部位，當(dāng)氣溫較低時(shí)，機(jī)油黏度變大流動(dòng)困難，從而致使端蓋內(nèi)單級(jí)油封與軸套產(chǎn)生干磨，損壞油封密封唇口，造成軸徑嚴(yán)重磨損出現(xiàn)凹坑，表面光潔度降低；此外，減速箱輸入軸和輸出軸由于軸承徑向磨損，造成軸承游隙過大竄動(dòng)大，軸徑向跳動(dòng)，導(dǎo)致油封失效，潤(rùn)滑油滲漏。

1.2 漏油危害

抽油機(jī)減速箱漏油后，會(huì)對(duì)生產(chǎn)管理和安全環(huán)保產(chǎn)生諸多危害，主要有以下3點(diǎn)：

1）現(xiàn)場(chǎng)管理難度增大。減速箱漏油后，潤(rùn)滑油攜帶空氣中的塵土附著在設(shè)備上，污染設(shè)備，甚至腐蝕基礎(chǔ)，存在很大的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，頻繁擦拭也會(huì)影響油井的生產(chǎn)時(shí)率；同時(shí)漏失潤(rùn)滑油進(jìn)入剎車總成，使剎車性能大幅降低，造成嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）縮短軸承及齒輪的使用壽命。減速箱漏油以后，油箱內(nèi)液位下降，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)中軸承與齒輪之間的摩擦力增加，使齒輪打齒或受到嚴(yán)重的磨損壽命縮短，損壞后進(jìn)行設(shè)備大修，產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用。

3）生產(chǎn)成本增加。減速箱漏油得不到及時(shí)的治理，為了保證液位高度，需要定期停機(jī)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，從而增加油料費(fèi)用，也產(chǎn)生了不必要的產(chǎn)量損失。

1.3 現(xiàn)狀研究

針對(duì)減速箱漏油問題，宗序江等[1]人對(duì)抽油機(jī)減速箱漏油原因及處理措施進(jìn)行了闡述，提出抽油機(jī)減速箱漏油的危害、原因分析以及有效的治理對(duì)策；沈麗娟[2]針對(duì)抽油機(jī)減速箱漏油原因展開了簡(jiǎn)要的探究，并針對(duì)原因提出了做好減速箱清洗工作、確保減速箱零部件安裝精度、及時(shí)更換設(shè)備潤(rùn)滑油、及時(shí)調(diào)整皮帶松緊度、做好減速箱安裝工作等5點(diǎn)處理方案；閆海峰[3]深入分析減速箱漏油問題原因，提出優(yōu)化密封材質(zhì)、提高平衡率、疏通回油孔等解決對(duì)策，取得良好效果；孔毅[4]對(duì)抽油機(jī)減速箱漏油原因及整改方法進(jìn)行探索，提出完善設(shè)備維護(hù)管理制度和安裝溫度檢測(cè)設(shè)備的方法，將故障機(jī)率降到最低；付金彪[5]基于對(duì)減速箱結(jié)構(gòu)、潤(rùn)滑機(jī)理的分析，指出了減速箱較易出現(xiàn)漏油情況的一些常見問題，并提出了針對(duì)性的防漏改進(jìn)措施；何芹等[6]人在實(shí)踐中摸索出象更換密封填料一樣給減速箱曲柄軸漏油加密封填料的方法在一定程度上解決了漏油問題；楊培東等[7]人研制的組合密封裝置解決了抽油機(jī)減速箱輸入軸滲漏問題；劉偉[8]通過對(duì)三種密封方式的綜合對(duì)比分析，針對(duì)減速箱漏油部位及各種型號(hào)的抽油機(jī)，研制了新式填料函密封法，通過填料函內(nèi)部的耐磨填料與輸出軸緊密配合，延長(zhǎng)了減速箱軸端密封使用周期；潘麗萍[9]等人針對(duì)齒輪減速箱漏油問題，使用FLUENT數(shù)值仿真軟件，采用湍流計(jì)算模型和SIMPLE算法對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析，針對(duì)直通型密封系統(tǒng)改變密封設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析，結(jié)果表明，泄漏量隨著空腔長(zhǎng)度增加而減少，建議空腔長(zhǎng)度為2.5 mm。

2 結(jié)構(gòu)組成與工作原理

針對(duì)減速箱軸承油封結(jié)構(gòu)，通過增加油封級(jí)數(shù)，使密封部件具有自潤(rùn)滑功能，研制了減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成[10]。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成由油封盒體、端蓋兩部分組成，其中油封盒體上設(shè)置有一級(jí)油封、二級(jí)油封、油封盒體法蘭、擋環(huán)、導(dǎo)油槽、盒體連接孔，端蓋上設(shè)置有端蓋法蘭。自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成結(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of self-lubricating dual-stage oil seal assembly

油封盒盒體尺寸內(nèi)徑與減速箱輸入（輸出）軸套外徑相同，外徑與軸承端蓋內(nèi)徑相同且為過盈配合，其內(nèi)部空間足以安裝兩個(gè)油封，在雙油封之間設(shè)計(jì)一個(gè)導(dǎo)油槽，若第一級(jí)油封老化磨損后，漏失的潤(rùn)滑油可以通過導(dǎo)油槽重新流回油池，由第二級(jí)油封繼續(xù)來實(shí)現(xiàn)密封作用。在盒體一側(cè)設(shè)計(jì)有連接法蘭，法蘭上設(shè)計(jì)6個(gè)均布的連接光孔，連接法蘭靠近二級(jí)油封一端，法蘭內(nèi)徑與骨架油封外徑相同，并過盈配合，法蘭外徑稍小于軸承端蓋的凸臺(tái)外徑。

盒體端蓋尺寸與油封盒連接法蘭尺寸相同，上面設(shè)計(jì)6個(gè)均布的連接光孔，在法蘭的中心位置設(shè)計(jì)一個(gè)圓形凸臺(tái)，凸臺(tái)與法蘭同心，凸臺(tái)外徑與油封盒連接法蘭內(nèi)徑接觸配合，凸臺(tái)內(nèi)徑與減速箱輸入（輸出）軸套外徑相同，在凸臺(tái)的內(nèi)側(cè)銑出一道0.8 cm寬的槽，內(nèi)置一個(gè)橡膠密封圈，安裝時(shí)，在第二級(jí)油封和密封圈之間加入潤(rùn)滑脂，確保減速箱低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承不能很快得到潤(rùn)滑時(shí)實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑的作用。

2.2 組合裝配

先將一級(jí)油封安裝至油封盒底端，再將二級(jí)油封安裝至油封盒頂端，導(dǎo)油槽在兩級(jí)油封之間的位置，不能遮擋。將油封盒安裝進(jìn)擴(kuò)孔的軸承端蓋內(nèi)，兩者過盈配合。安裝盒體端蓋并用螺栓將盒體端蓋、油封盒固定在軸承端蓋上。自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成裝配圖見圖2。

圖2 自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成裝配圖Fig.2 Assembly diagram of self-lubricating dual-stage oil seal assembly

2.3 工作原理

減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成通過在油封盒體內(nèi)設(shè)置一級(jí)油封和二級(jí)油封，在兩級(jí)油封之間設(shè)置導(dǎo)油槽，當(dāng)?shù)谝患?jí)油封漏出機(jī)油時(shí)，能夠通過導(dǎo)油槽返回減速箱油池，并在端蓋內(nèi)設(shè)置有密封圈，以配合軸套，在第二級(jí)油封和密封圈之間加入潤(rùn)滑脂，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，有效的阻擋了機(jī)油在軸套部分的漏失，提高了密封性，并且延長(zhǎng)了油封使用壽命。

3 技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)

3.1 技術(shù)指標(biāo)及適用范圍

油封盒體和端蓋材質(zhì)為45#碳素鋼，O型密封圈及骨架油封主要材質(zhì)為丁腈橡膠，目前大港油田現(xiàn)場(chǎng)使用的尺寸規(guī)格為兩種，一種為輸入軸，另一種為輸出軸，所以減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成適用于三軸兩級(jí)減速增扭機(jī)理的減速箱應(yīng)用，密封方式為骨架油封的軸承端蓋，可有效解決減速箱輸入軸和輸出軸的漏失治理。作為借鑒技術(shù)，可結(jié)合工作原理，根據(jù)減速箱的規(guī)格型號(hào)對(duì)尺寸進(jìn)行重新構(gòu)建設(shè)計(jì)，技術(shù)指標(biāo)明細(xì)見表1。

表1 技術(shù)指標(biāo)明細(xì)Tab.1 Details of technical indicators

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

1）密封級(jí)數(shù)增加。理清了油封漏失與減速箱潤(rùn)滑方式之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了油封盒體做為密封載體，提出并試驗(yàn)將減速箱軸承密封由傳統(tǒng)的單級(jí)密封改變?yōu)殡p級(jí)密封，制作了油封盒體總成，將兩級(jí)骨架油封過盈配合安裝在油封盒體內(nèi)頂端和底端，證實(shí)了減速箱經(jīng)過一個(gè)周期的運(yùn)轉(zhuǎn)，成功實(shí)現(xiàn)一級(jí)油封失效后由二級(jí)油封接替密封的可靠性。

2）導(dǎo)流槽防漏溢。在減速箱三軸兩級(jí)減速增扭過程中，剖析油封磨損失效的實(shí)質(zhì)，提出了漏失潤(rùn)滑油回歸減速箱油池的最佳路徑方案，采用在油封盒體上設(shè)計(jì)導(dǎo)流槽的方法，確定了導(dǎo)流槽設(shè)置在一級(jí)油封和二級(jí)油封之間的位置關(guān)系，確保一級(jí)油封失效后潤(rùn)滑油從導(dǎo)流槽返回油池不外流，實(shí)現(xiàn)杜絕污染，減少成本損失的目的。

3）自潤(rùn)滑功能防干磨。增加了密封槽與O型密封圈矩形溝槽的密封方式，提出在油封盒端蓋上設(shè)計(jì)環(huán)形密封槽，并安裝O型密封膠圈，發(fā)現(xiàn)了密封膠圈與鋰基脂配合潤(rùn)滑的規(guī)律，確定了裝配時(shí)對(duì)密封膠圈與二級(jí)油封之間涂抹鋰基脂的方法，實(shí)現(xiàn)了自潤(rùn)滑功能。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1）減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成，結(jié)合減速箱返廠維修進(jìn)行加裝應(yīng)用，通過涂膠方式對(duì)連接部位進(jìn)行密封，將油封盒體嵌套于軸承端蓋內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了減速箱輸入軸和輸出軸的雙級(jí)密封功能，最大限度降低漏油污染風(fēng)險(xiǎn)，2019～2021年在大港油田第三采油廠現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用124臺(tái)，減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成應(yīng)用前后效果對(duì)比見表2。

表2 減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成應(yīng)用前后效果對(duì)比Tab.2 Comparison of self-lubricating dual-stage oil seal assembly of deceleration box before and after application

2）應(yīng)用后，密封周期延長(zhǎng)2～3倍，節(jié)省潤(rùn)滑油29 611 kg/a，平均節(jié)省潤(rùn)滑油用量在75%以上，減少減速箱大修臺(tái)次5臺(tái)，創(chuàng)效179.515萬元，項(xiàng)目投資24.975萬元，實(shí)際創(chuàng)效154.54萬元。有效降低了油料損耗，杜絕了設(shè)備和環(huán)境污染，同時(shí)減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了油井有效生產(chǎn)時(shí)率和安全操作系數(shù)，該成果的研制在節(jié)能降耗、安全環(huán)保上效果明顯，對(duì)提質(zhì)增效工作上有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義，有很大的推廣價(jià)值。

5 結(jié)論

1）減速箱自潤(rùn)滑雙級(jí)油封總成在設(shè)計(jì)上增加了一個(gè)油封盒，內(nèi)部空間可以對(duì)油封進(jìn)行升級(jí)，增加一個(gè)端蓋，在端蓋內(nèi)圈可以設(shè)置自潤(rùn)滑部件，油封盒和端蓋共同形成油封總成，將總成加裝在軸承大端蓋位置，替代原來的單級(jí)油封，達(dá)到延長(zhǎng)軸承密封周期2～3倍的目標(biāo)。

2）增加了導(dǎo)流槽設(shè)計(jì)，置于兩級(jí)油封之間，使漏失機(jī)油能夠重返油池，最大限度的降低了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)和潤(rùn)滑油料的浪費(fèi)，節(jié)省潤(rùn)滑油29 611 kg/a。

3）該成果在減速箱三軸中，只適用于輸入軸和輸出軸，對(duì)中間軸的使用存在技術(shù)局限，有待進(jìn)一步的探索研究。

4）選擇密集開發(fā)區(qū)塊的抽油機(jī)應(yīng)用減速箱自潤(rùn)滑油封雙級(jí)總成，可降低減速箱更換、維修產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，清潔生產(chǎn)“零”污染，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。