李蛟真,馬志勇，莊琛源,陳曉璞,何　平

中國石化中原油田分公司地面工程搶維修中心 （河南 濮陽 457176）

減速器是大型游梁式抽油機上最具有經(jīng)濟技術(shù)價值的核心部件[1]，在生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生故障時，一般直接更換總成，以求快速恢復生產(chǎn)。直接更換總成的方法，施工成本較高，尤其在故障原因判斷不準或采取措施不當時，會造成無效勞動，甚至導致故障繼發(fā)重現(xiàn)和更大損失。為了快速而有效地解決減速器故障，對漏油與振動異響這兩類主要故障形式的成因及處理方法進行了研究。

1　漏油

在有人值守條件下，漏油是很容易被及時發(fā)現(xiàn)的抽油機故障表象特征。其危害就是污染工作環(huán)境，增加生產(chǎn)成本，若不及時添加則造成磨損加劇及故障停機。

1.1　靜密封失效

靜密封部分主要包括箱體與箱蓋結(jié)合面、中間軸兩端面，以及放油孔等。中間軸兩端面與放油孔等處，多為密封件自然老化或電焊防盜時因受熱失效而漏油，在現(xiàn)場可以更換密封件解決。結(jié)合面處，大多是長期復雜應力造成結(jié)合面變形，以及固定螺栓松動或被拉長等原因，使靜密封面在抽油機運行過程中發(fā)生了輕微的相對運動，而普通的平面密封墊與密封膠又沒有動密封功能，因而發(fā)生漏油。靜密封失效，在現(xiàn)場可采用漏油點封堵或全封堵的方法?，F(xiàn)場封堵中，首先用科學的緊固順序和可靠的防松動措施，把質(zhì)量合格的合箱螺栓全部緊固好；其次是清潔干凈漏油處的結(jié)合縫或全部的靜密封結(jié)合縫；最后象電焊焊縫一樣，用專用膠涂敷靜密封結(jié)合縫，在結(jié)合縫處再造完整可靠的靜密封膠圈。以14型抽油機為例，現(xiàn)場封堵與傳統(tǒng)的回場后更換密封圈相比，每臺次可節(jié)約施工費用1萬元以上。

1.2　動密封失效

動密封部分包括主動軸與從動軸的軸承透蓋，密封方式主要分為接觸式與非接觸式兩大類。接觸式密封失效，除了少部分是呼吸閥與回油道堵塞[2]，或者抽油機橫向水平誤差較大與加油過量等原因造成單側(cè)或雙側(cè)回流不及外，大部分是由于O形密封圈與骨架密封圈磨損或老化而失效。在保證橫向水平誤差不大于1‰，呼吸閥暢通，油量添加合理的條件下，非接觸的直通型迷宮式動密封可靠壽命幾乎無限大。由于抽油機減速器潤滑油黏性較大（大于水），工作溫度為-20～40℃，轉(zhuǎn)速介于0.1～1.3 m/s，內(nèi)外壓差接近0，所以對同軸度、粗糙度、配合間隙的技術(shù)要求并不高?，F(xiàn)場應用經(jīng)驗表明，配合間隙控制在0.5 mm左右[3]，在端蓋內(nèi)孔壁上切出5～7個矩形環(huán)槽，并在環(huán)槽底部沿軸向開截面合理的回油槽（圖1），回油槽沿軸線方向外淺內(nèi)深，靠近箱體外表面最淺處與環(huán)槽底部平齊，從軸承室泄出的潤滑油在節(jié)流與擴容作用下，內(nèi)外壓力平衡后，就會在重力作用下，沿底部的回油槽回流到軸承室。直通型迷宮的矩形槽環(huán)切在端蓋內(nèi)孔壁上，既不會削弱輸入軸與輸出軸的強度，也不會改變減速箱的整體結(jié)構(gòu)，改造費用較低。大型抽油機的動密封件老化失效后，最好辦法是更換總成以維持生產(chǎn)，回場后對軸承端蓋進行非接觸直通型迷宮式技術(shù)改造。

圖1　直通型迷宮式動密封示意圖

2　振動異響

2.1　本質(zhì)型故障

無論制造質(zhì)量，還是自然老化與使用不當?shù)仍颍苍斐蓽p速器軸系、箱體等零部件發(fā)生較大尺寸與性能改變，也就是發(fā)生“器質(zhì)性病變”的，都屬于本質(zhì)型故障，最佳措施是先更換總成維持生產(chǎn)，然后根據(jù)經(jīng)濟評價結(jié)果，決定是否進行深度技術(shù)維修。凡診斷為本質(zhì)型故障，均應有可視性的客觀證據(jù)，生產(chǎn)管理人員可“循音查病”，并眼見為實。

2.1.1齒輪損壞

齒輪損壞的最主要形式就是斷齒、齒面磨損使齒頂變尖、齒面點蝕產(chǎn)生麻面等，判斷的主要方法就是打開觀察孔大蓋目測檢查。

2.1.2串軸

輸出軸靠軸承定位，中間軸與輸入軸靠人字齒輪由輸出軸進行軸向定位[4]，串軸故障都發(fā)生在輸入軸上。中間軸由于動齒輪與軸過盈量不夠、螺旋角誤差、齒厚誤差等因素影響都會引起串軸[5]。但實際生產(chǎn)中，由于輸入軸轉(zhuǎn)速最高，齒面磨損最快，齒面不均勻磨損后，人字齒輪對稱度偏差是串軸的一個重要誘因。齒面磨損是一個漸進的過程，早期的輕微串軸與噪音很難診斷，在生產(chǎn)現(xiàn)場上，可選擇靜止的剎車轂作為參照物，觀察剎車輪凸緣與剎車轂的相對距離變化情況，若發(fā)生規(guī)律的交替變大與變小，表明串軸已經(jīng)發(fā)生，相對距離的大小就是串軸量的大小，要做到早發(fā)現(xiàn)、早干預、早做應急準備。

2.1.3軸承損壞

軸承損壞多由潤滑不良、疲勞老化、負載異常等原因引起，判斷軸承是否損壞，除了噪音外，還可觀察軸的跳動，也就是軸表面與軸承端蓋內(nèi)孔的間隙變化，也可以用紅外測溫儀檢測工作溫度是否異常，也可打開觀察孔大蓋，檢查軸承滾珠、保持架等工作狀態(tài)。

2.2　輸入型故障

有振動并伴有異響，減速器本質(zhì)又沒有明顯可見損傷，可懷疑為輸入型故障，并從聯(lián)結(jié)定位失效、井筒異常及其他故障等方面查找原因。

2.2.1聯(lián)結(jié)定位失效

在排查減速器的輸入型故障時，首先要對抽油機巡回檢查，根據(jù)異響傳出的大致方位，重點檢查抽油機各相關(guān)連接部位有無松動與失效，比如曲柄鎖緊螺栓、減速箱固定螺栓、中軸承及尾軸承座固定螺栓、壓杠固定螺栓等聯(lián)結(jié)處有無松動，驢頭銷有無退出。聯(lián)結(jié)定位失效，會發(fā)生抽油機抖動而產(chǎn)生沖擊負荷，使齒輪嚙合時產(chǎn)生沖擊噪音，恢復可靠聯(lián)結(jié)后，振動與噪音會自然排除。

2.2.2井筒異常

井筒中管、桿、泵的組合復雜多樣，桿柱通過吊繩與抽油機進行軟連接，井筒中的深抽減載裝置、防噴泵、垢、蠟、砂等任何因素異常，均可通過傳動鏈，把急劇變化的負載傳導到減速器上，而井下噪音由于地層太深大多聽不到，但地面上的減速器因為齒側(cè)間隙的存在，則會在載荷不規(guī)則急劇變化時產(chǎn)生沖擊噪音，令人誤判減速器出現(xiàn)故障。

井筒故障可根據(jù)現(xiàn)場條件以及故障復雜程度，用不同的方法進行判斷：①用目測法觀察光桿有無瞬間卸載現(xiàn)象，但對于不完全卸載以及瞬間急劇加載的情況，不能有效識別。②用指針式電流表觀察指針擺幅變化情況，通過指針擺動可以觀察到加載與卸載是否規(guī)律和連續(xù)，但這種方法在沖次高時電流變化太快不易判斷。③用吊車試抽法，根據(jù)提升載荷變化，判斷井下桿柱工作是否正常，但不能準確判斷下行時的阻滯。④用示功圖法，根據(jù)負載線的變化情況，以及減速器振動異響時對應的曲柄相位角是否一致，判斷抽油機是否真正出了故障[6]。在4種方法中，示功圖法是準確判斷井筒故障最有效的方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場通過此方法，診斷并解決了多起輸入型減速器振動異響的假故障。

1）結(jié)垢。如圖2所示，上沖程負載線劇烈波動，診斷該井為井下管柱卡滯問題，建議采取修井解卡。

作業(yè)解卡中發(fā)現(xiàn)，Φ22 mm及Φ19 mm抽油桿接箍輕微偏磨，Φ19 mm桿本體及接箍結(jié)垢嚴重，400～960 m油管內(nèi)壁結(jié)蠟嚴重，有8根油管被蠟堵死，1 300 m油管需更換，深井泵為小接箍防砂泵，剖泵后發(fā)現(xiàn)活塞上下凡爾罩有一些原油物質(zhì)。作業(yè)完井后重新開抽，減速器振動與異響消除，示功圖也恢復正常。

圖2　 W184-C29示功圖

2）防噴泵固定凡爾漏失。如圖3所示，加載與卸載線有臺階，下行時減載困難，半程后才開始減載，卸載線平緩，并與加載線靠近產(chǎn)生交叉，上、下沖程負載線幾乎重合且不規(guī)則，建議檢修深井泵。

圖3　 W79-124示功圖

檢泵作業(yè)中，管桿未發(fā)現(xiàn)異常，剖泵后發(fā)現(xiàn)，防噴泵小球脫落，導致凡爾座不密封，造成泵固定凡爾漏失，進而造成了負載異常，這是一起井下防噴泵質(zhì)量問題，投射到地面抽油機后，引起了減速器振動異響。檢泵后開抽，液量恢復正常，振動與異響消失，示功圖也恢復正常。

3）上碰掛[7]。如圖4所示，上行負載線有明顯的多次加載與減載特征，疑為桿柱掛接箍后，引起桿柱在井筒內(nèi)抖動上行，并多次發(fā)生輕微掛碰，最終傳導到減速器引發(fā)振動與異響，建議調(diào)整防沖距或旋轉(zhuǎn)桿柱角度。

現(xiàn)場上，首先將該井防沖距下調(diào)30 cm，開抽后振動異響加劇，立即停井，將防沖距上提45 cm，也就是在原桿柱基礎(chǔ)上，將活塞上提15 cm，開抽后一切正常，減速器異響與震動消除，功圖也恢復正常。

圖4　 W88-30示功圖

2.2.3其他故障

在抽油機減速器的振動異響中，生產(chǎn)現(xiàn)場有時還會有一些非典型的輸入型原因。減速器潤滑油變質(zhì)異常變稠后，會出現(xiàn)較大的啪啪聲但振動小。減速器的筒體失穩(wěn)后，會出現(xiàn)嗡嗡的蜂鳴聲并伴有振動。使用硬特性的電機做為動力源，在啟動時會出現(xiàn)呯的撞擊聲和短時振動。這些非典型的輸入型原因，都易誤判為減速器故障。

3　結(jié)論

1）靜密封失效，在現(xiàn)場采用專用膠封堵比較經(jīng)濟有效；動密封失效，回場后改造為流阻型非接觸直通型迷宮式密封更經(jīng)濟可靠。

2）減速器振動與異響，要用科學的方法準確診斷故障原因。屬于本質(zhì)型的，先換總成件盡快恢復生產(chǎn)，回場后依據(jù)經(jīng)濟價值確定是否進行深度修理；屬于輸入型的，采用示功圖等方法查清原因，再采取針對性的措施，徹底解決問題，并避免損失擴大。

參考文獻：

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[3]趙曉榮.抽油機減速器軸密封裝置的改進[J].機械工程師,2013(7):230-231.

[4]陳 琴,張光偉.抽油機減速器常見故障診斷[J].機械設計與制造,2005(12):122-124..

[5]張連山.關(guān)于抽油機減速器常見故障分析的幾個問題[J].石油機械,1999,27(2):44-47.

[6]袁德虎.基于GPRS通訊方式的抽油機遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].烏魯木齊：新疆大學,2005.

[7]關(guān)成堯,檀朝東,余金澤,等.大港油田抽油機井典型示功圖分析[J].中國石油和化工,2007(22):57-62.