李曉亮

（山西省平遙減速器有限責(zé)任公司，山西 平遙 031100）

0 引言

隨著采油技術(shù)的快速發(fā)展及油井自身工況的變化，我國各油田的采油狀況發(fā)生了較大變化，與傳統(tǒng)采油相比，其主要特點(diǎn)為高含水、高采出程度、高采油速度，統(tǒng)稱三高開發(fā)階段。針對(duì)以上變化情況，各油田集中力量對(duì)以上問題展開了技術(shù)研究，形成了一系列的配套工藝，研發(fā)了新的設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了油田的穩(wěn)定開采。而抽油機(jī)減速器作為石油開采設(shè)備的核心部件，是各方關(guān)注和研究的重要對(duì)象之一。為了滿足三高開發(fā)階段的工況要求，抽油機(jī)減速器的輸出軸轉(zhuǎn)速大幅變慢，由原先的12～20 r/min降至1～6 r/min之間，而隨著輸出軸轉(zhuǎn)速的降低，減速器各軸承的潤滑成為一個(gè)新的課題擺在人們面前，其中輸出軸軸承能否得到正常潤滑是關(guān)鍵。如何保證在低轉(zhuǎn)速下軸承快速得到潤滑，減少因軸承潤滑不良引發(fā)的質(zhì)量事故，提升油田采油效率，成為目前亟待解決的重要問題[1-6]。

我公司從1989年開始涉足抽油機(jī)減速器制造領(lǐng)域，在其研究、制造方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。為解決以上問題我公司技術(shù)人員經(jīng)過潛心研發(fā)，從刮油裝置結(jié)構(gòu)、提高刮油效率及潤滑油路出發(fā)，研究出一種新型刮油裝置，很好地解決了以上問題，同時(shí)該新型刮油裝置經(jīng)工業(yè)試驗(yàn)應(yīng)用，在實(shí)際使用過程中效果良好[10]。

1 傳統(tǒng)刮油裝置與新型刮油裝置結(jié)構(gòu)及軸承潤滑方式對(duì)比

圖1所示為傳統(tǒng)刮油裝置（圖1（a））與新型刮油裝置（圖1（b））結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖。

傳統(tǒng)刮油裝置由兩部分構(gòu)成，采用薄板焊接而成。底座8上鉆有通孔，通過螺釘與箱體連接，刮油斜片9與底座8成一定角度并與齒輪輪緣接觸起刮油功能。

新型刮油裝置由7部分構(gòu)成，采用機(jī)械連接方式結(jié)構(gòu)。連接桿4上鉆有銷孔，通過夾板6及轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸5與刮油器體7連接，將以上部裝整體通過連接桿4穿過固定在箱蓋上的支座孔，將刮油器體7調(diào)節(jié)至距離中間齒輪輪緣端面合適距離，通過夾塊3、軸用彈性擋圈2與內(nèi)六角螺釘1對(duì)連接桿4進(jìn)行固定，刮油器體7與中間齒輪輪緣接觸實(shí)現(xiàn)刮油功能[10]。

圖2所示為抽油機(jī)減速器的各級(jí)軸承傳統(tǒng)潤滑示意圖。

圖2 各級(jí)軸承傳統(tǒng)潤滑示意圖

軸承的傳統(tǒng)潤滑方式主要采用油浴潤滑，具體為在抽油機(jī)減速器的中間級(jí)結(jié)合面處設(shè)置傳統(tǒng)刮油裝置4，其位于中間齒輪6的輪緣一側(cè)，傳統(tǒng)刮油裝置上的刮油斜片與中間齒輪端面保持一定角度與適當(dāng)距離，刮油裝置通過螺釘與箱體連接固定，減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將箱體內(nèi)潤滑油帶起，刮油斜片將中間齒輪6輪緣端面潤滑油刮下，后潤滑油經(jīng)布置在減速器箱體上的油路3流到低速軸承2和中間級(jí)軸承5中對(duì)其進(jìn)行潤滑，而輸入軸7上的輸入軸承8的潤滑則依靠輸入軸7與中間齒輪6嚙合后擠油至軸承室進(jìn)行潤滑[5]。

圖3所示為新型刮油裝置在抽油機(jī)減速器上的軸承潤滑示意圖。

圖3 新型刮油裝置下的軸承潤滑示意圖

從圖3可知，在箱蓋內(nèi)腔設(shè)置有油槽，油槽分別與各軸承室連通，各軸承的潤滑方式為集中供油潤滑，具體是在減速器的箱蓋視孔窗處設(shè)置有新型刮油裝置1，其通過固定在箱蓋部位的支座與箱蓋連接，其刮油器體位于中間齒輪的輪緣一側(cè)，并與中間齒輪端面保持適當(dāng)距離，減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將箱體內(nèi)潤滑油帶起，刮油器體將中間齒輪輪緣端面潤滑油刮下，然后潤滑油進(jìn)入設(shè)置在箱蓋上的油槽2內(nèi)，流到各軸承室內(nèi)對(duì)軸承進(jìn)行潤滑[9]。

2 兩刮油裝置在不同轉(zhuǎn)速、不同轉(zhuǎn)向下的刮油對(duì)比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)對(duì)比

為了驗(yàn)證傳統(tǒng)刮油裝置與新型刮油裝置在同等條件下的刮油效果，我們進(jìn)行了刮油效果對(duì)比試驗(yàn)。選擇由我公司自行研制開發(fā)的二代抽油機(jī)減速器JLEH53進(jìn)行試驗(yàn)，該減速器是為了滿足目前各大油田使用工況而開發(fā)的，其具有速比大、可與目前現(xiàn)行的同轉(zhuǎn)矩減速器外形尺寸相同互換等優(yōu)勢，也可滿足長沖程、低沖次的要求，與同轉(zhuǎn)矩減速器配套電動(dòng)機(jī)相比，配套功率僅為原電動(dòng)機(jī)功率的一半左右[3-4]。

具體試驗(yàn)布置方案如圖4所示：電動(dòng)機(jī)1的試驗(yàn)功率為22 kW，皮帶輪2為22 kW電動(dòng)機(jī)配套，皮帶輪4安裝在二代抽油機(jī)減速器JLEH53上，皮帶輪2與皮帶輪4通過聯(lián)組窄V帶3相連接傳動(dòng)[2]。具體試驗(yàn)方案為：通過改變交流電源頻率的辦法使電動(dòng)機(jī)1獲得不同的輸出轉(zhuǎn)速，進(jìn)而使減速器輸出軸獲得不同轉(zhuǎn)速，通過記錄潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間，進(jìn)而對(duì)比兩刮油裝置的刮油效果[8]。

圖4 試驗(yàn)布置方案圖

目前，各油田的抽油機(jī)減速器實(shí)際使用時(shí)其輸出軸轉(zhuǎn)速在1～6 r/min之間，為了更加真實(shí)地模擬實(shí)際使用轉(zhuǎn)速，本次試驗(yàn)記錄的減速器輸出軸轉(zhuǎn)速共8種，分別為：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0 r/min，同時(shí)記錄不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向下的潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間，我們規(guī)定面對(duì)皮帶輪側(cè)的輸出軸，其順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正向，反之則為反向[7]。

首先，我們按照預(yù)定方案對(duì)新型刮油裝置刮油效果進(jìn)行了試驗(yàn)，具體記錄了不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向條件下潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 新型刮油裝置中不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向條件下潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間

我們按照預(yù)定方案對(duì)傳統(tǒng)刮油裝置刮油效果進(jìn)行了試驗(yàn)，具體記錄了不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向條件下潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間，統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。

表2 傳統(tǒng)刮油裝置中不同轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向條件下潤滑油到達(dá)輸出軸軸承的時(shí)間

2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及結(jié)論

通過試驗(yàn)過程觀察及表1、表2數(shù)據(jù)對(duì)比分析，我們不難發(fā)現(xiàn)以下情況。

1）傳統(tǒng)刮油裝置所在減速器正向旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承室內(nèi)充滿潤滑油的時(shí)間明顯大于反轉(zhuǎn)時(shí)；而新型刮油裝置所在減速器正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)軸承室內(nèi)充滿潤滑油的時(shí)間兩者比較接近。

2）在相同轉(zhuǎn)速下正向旋轉(zhuǎn)時(shí)新型刮油裝置所在減速器的潤滑油到達(dá)輸出軸軸承時(shí)間要比傳統(tǒng)刮油裝置所在減速器潤滑油到達(dá)輸出軸軸承時(shí)間快20%左右；在相同轉(zhuǎn)速下反向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩刮油裝置所在減速器潤滑油到達(dá)輸出軸軸承時(shí)間相差無幾。

3）軸承室內(nèi)充滿潤滑油的時(shí)間與輸出軸轉(zhuǎn)速的快慢有關(guān)，隨著輸出軸轉(zhuǎn)速的加快，軸承室內(nèi)充滿潤滑油的時(shí)間逐漸縮短。

3 兩刮油裝置優(yōu)勢對(duì)比

傳統(tǒng)刮油裝置安裝在箱體結(jié)合面上，其與中間級(jí)齒輪輪緣端面之間是剛性距離，裝配時(shí)會(huì)偶而發(fā)生碰傷或在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于部件竄動(dòng)碰撞刮油裝置，都有可能造成刮油裝置的損壞，導(dǎo)致無法正常刮油。在這些事故發(fā)生時(shí)由于刮油裝置所在位置被齒輪遮擋無法從視孔窗及時(shí)發(fā)現(xiàn)。同時(shí)由于減速器正反向旋轉(zhuǎn)時(shí)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)路徑相差較大，導(dǎo)致刮油裝置與油面距離差別較大，轉(zhuǎn)向不同時(shí)可能造成缺油損壞軸承的事故發(fā)生[10]。與傳統(tǒng)刮油裝置相比，新型刮油裝置具有以下幾大優(yōu)勢：

1）裝配位置的方便性避免了開箱維修的可能。新型刮油裝置的安裝位置固定在箱蓋視孔窗處，可直接對(duì)刮油裝置進(jìn)行控制，維修方便。不會(huì)因刮油裝置損壞引發(fā)二次整機(jī)開箱維修的事故。

2）特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效保證刮油效果。新型刮油裝置的連接桿可沿齒輪軸線方向進(jìn)行微調(diào)，從而使刮油器體與齒輪輪緣間保持無間隙相切，并能使刮油器體對(duì)稱平面準(zhǔn)確通過齒輪的軸線。刮油器體和齒輪發(fā)生相切干涉時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸可自主浮動(dòng)，并保持與齒輪輪緣相切而不干涉，即與中間級(jí)齒輪輪緣端面之間為非恒定距離，有效保證了在任何情況下都能有充足的刮油量。

3）均等刮油量有效保證了各旋轉(zhuǎn)方向下軸承都能得到充分潤滑。新型刮油裝置在中間齒輪的最頂端刮油，有效保證了在低轉(zhuǎn)速下正反轉(zhuǎn)刮油量均等，且潤滑油隨油槽等量分配到各級(jí)軸承處；同時(shí)由于所配套的油槽設(shè)計(jì)有一定的傾斜角度，當(dāng)潤滑油較稠時(shí)，潤滑油依然能快速流至各軸承部位，保證了軸承得到充分潤滑，這是傳統(tǒng)刮油裝置所不能比擬的[1]。

4）有效解決結(jié)合面漏油問題，符合環(huán)保要求。新型刮油裝置刮下的潤滑油經(jīng)油槽進(jìn)入各軸承室，其不經(jīng)箱體結(jié)合面，不會(huì)在箱體結(jié)合面處形成油污和污染環(huán)境，更符合當(dāng)代節(jié)能環(huán)保的要求[12]。

5）安全性能大大提高，不會(huì)因部件竄動(dòng)而損壞刮油裝置。在我國抽油機(jī)減速器齒輪齒型均為雙圓弧人字齒型，在使用中它會(huì)自主發(fā)生軸向竄動(dòng)[11]，當(dāng)刮油器片與齒輪輪緣距離較小時(shí)或者齒輪軸向竄動(dòng)量較大時(shí)，中間齒輪會(huì)將刮油器片撞壞，最終影響軸承潤滑。而新型刮油裝置設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，完美解決了以上問題，安全性能大大提高，不會(huì)因部件竄動(dòng)而損壞刮油裝置。

4 結(jié)語

該新型刮油裝置原理科學(xué)、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、占用空間小、安全性高、更換方便，通過科學(xué)的現(xiàn)場對(duì)比試驗(yàn)，該新型刮油裝置的刮油功能基本能滿足使用要求。

該新型刮油裝置解決了實(shí)際使用中由于轉(zhuǎn)速不同或轉(zhuǎn)向不同造成的軸承潤滑不及時(shí)等問題，同時(shí)解決了長期困擾油田的抽油機(jī)減速器結(jié)合面漏油問題，能有效解決用戶的質(zhì)量反饋，在同行業(yè)中值得推廣。