□ 張龍洋 □ 林樹軍 □ 張全斌

蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司 蘭州 730314

1 應用背景

游梁式抽油機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行平穩(wěn)、維修方便等特點,至今仍在國內(nèi)外油田中大量使用。游梁式抽油機主要應用于人煙稀少、環(huán)境較為惡劣的地方,較長的使用壽命與較低的維修率是目前油田的需求。軸承是抽油機中的易損零件,延長使用壽命是游梁式抽油機設(shè)計的基本方向。筆者介紹了鐵路軸承在游梁式抽油機中的應用效果,為設(shè)計長壽命游梁式抽油機提供依據(jù)與指導。

2 鐵路軸承概述

鐵路軸承為雙列圓錐滾子軸承,主要用于機車軸箱。美國ND5內(nèi)燃機車上使用的是AP型軸承,該類軸承為英制尺寸,通常用的有B、C、D、E、F、G等級,分別用于不同等級的車軸。鐵路軸承的結(jié)構(gòu)如圖1所示,組成部件主要包括內(nèi)圈、外圈、內(nèi)隔圈、保持架、圓錐滾子、密封組成、密封座。

圖1 鐵路軸承結(jié)構(gòu)

鐵路軸承自帶密封結(jié)構(gòu)和預調(diào)整游隙,可以簡化安裝過程。鐵路軸承在不受到外部載荷作用時,軸承套圈滾道與圓錐滾子之間為線接觸。密封件在軸承內(nèi)圈上,可以完全避免內(nèi)側(cè)列軸承內(nèi)圈大端面與后擋之間的微振磨損顆粒進入軸承內(nèi)部,大大改善軸承內(nèi)部的運行環(huán)境,并且避免由于雜質(zhì)引起的軸承早期損壞。

便軸承的安裝,減少由于安裝不當造成的應用性能降低,提高安裝質(zhì)量和工作效率。

3 壽命計算對比

對于鐵路軸承而言,一般運行速度在200 km/h以下,質(zhì)保期為90萬km或4 a,運行達到10 a或280萬km必須報廢。機車的車輪直徑內(nèi)燃機車為1 050 mm,電力機車為1 250 mm,客車為910 mm。選取內(nèi)燃機車車輪直徑1 050 mm,以游梁式抽油機最高沖次20沖/min為例,在滿足載荷條件下進行額定壽命的對比計算。

3.1 鐵路軸承

計算鐵路軸承的額定轉(zhuǎn)數(shù)Z1,得:

式中:L為內(nèi)燃機車總行駛里程;C為內(nèi)燃機機車車輪直徑。

游梁式抽油機最高沖次為20沖/min,如果游梁式抽油機在最高沖次下工作,那么額定使用壽命N1為:

N1=Z/20=227 479 h

3.2 圓柱滾子軸承

以C-228D-246-86型抽油機為例,游梁支撐處選用NJ2330 型圓柱滾子軸承,其額定動負荷C1為930 kN。根據(jù)受力計算額定載荷最大沖程下所受到的最大力為29 099 N。

計算游梁支撐處圓柱滾子軸承的額定壽命N2,得:

式中:n為轉(zhuǎn)速;P為當量動載荷,即29 099 N;ft為溫度因數(shù),工作溫度不高于100 ℃,取1;fp為載荷因數(shù),沖擊較大,取1.5。

尾端處選用22 326圓柱滾子軸承,其額定動負荷為722 kN。

根據(jù)受力計算額定載荷最大沖程下所受到的最大力為24 320 N,由此計算尾端處圓柱滾子軸承的額定壽命為173 145 h。

通過以上理論計算可知,游梁式抽油機選取鐵路軸承,使用壽命長于圓柱滾子軸承的使用壽命。

4 應用效果

B、C、D、E、F、G各級鐵路軸承應用于游梁式抽油機,正好可以滿足從114型到912型不同載荷下的抽油機設(shè)計。鐵路軸承主要用于游梁式抽油機尾端軸承及游梁支撐兩個部件中。456型抽油機如圖2所示,游梁支撐應用鐵路軸承后的結(jié)構(gòu)如圖3所示。與原有游梁支撐結(jié)構(gòu)相比較,應用鐵路軸承結(jié)構(gòu)改動較大。將鐵路軸承分布在軸承座兩側(cè),由于鐵路軸承自帶密封,因此減少了軸承蓋的設(shè)計。密封形式采用動態(tài)迷宮式密封或最新一代無接觸式密封。內(nèi)外圈和滾子表面均采用表面滲碳技術(shù)處理,使軸承能更好地適應頻繁振動的情況。

圖2 456型抽油機

圖3 游梁支撐應用鐵路軸承結(jié)構(gòu)

對于尾端軸承,在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將圓柱滾子軸承改為鐵路軸承,能延長使用壽命。軸承密封依然采用鐵路軸承自帶的密封結(jié)構(gòu),方便軸承安裝。尾端軸承應用鐵路軸承后的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 尾端軸承應用鐵路軸承結(jié)構(gòu)

2015年,美國一油田與筆者單位簽訂20余臺游梁式抽油機訂單,筆者作為游梁式抽油機的主要設(shè)計人員,綜合考慮礦場應用的環(huán)境工況、人工成本等因素,為延長游梁式抽油機使用壽命,降低檢修頻率,將鐵路軸承應用于游梁式抽油機,代替尾端軸承和游梁支撐中的常規(guī)圓柱滾子軸承。2016年初發(fā)貨后至今,一直在美國油田正常運行。根據(jù)反饋,沒有出現(xiàn)與軸承相關(guān)的問題,大大降低了維護、檢修及人工成本,減小了對油田正常生產(chǎn)的影響。

5 結(jié)束語

通過在游梁式抽油機游梁支撐與尾端軸承處應用鐵路軸承,能夠延長使用壽命,提高游梁式抽油機的整體安全性,從而避免因軸承損壞帶來的停機事故,避免不必要的損失,以更好滿足市場需求。