抽油机减速箱自润滑双级油封总成的研制与应用

2023-02-12宫艳红孔红芳陈亮齐玉梅王朔

石油石化节能 2023年1期

宫艳红孔红芳陈亮齐玉梅王朔

（1.大港油田第三采油厂；2.大港油田第五采油厂；3.大港油田第一采油厂）

抽油机是油田机械采油的重要生产设备，其运行状况的好坏直接影响油井的正常生产。减速箱作为抽油机的“心脏”，随着运行时间增加，输入轴、中间轴、输出轴的轴承端盖会出现不同程度的漏油，减速箱机油漏失后，轻则污染设备、腐蚀基础，影响设备标准化；重则使齿轮润滑不到位干磨打齿、损坏设备甚至造成油井停产。既造成油料浪费，又影响油井生产时率，增加生产成本和劳动强度，带来安全和环保风险。

1 减速箱漏油原因分析及现状研究

1.1 漏油原因分析

抽油机减速箱为三轴两级齿轮传动，其内部一般多采用挡油圈后设置一个骨架油封的接触式密封结构。减速箱轴承密封件多为骨架油封，与轴承端盖为过盈配合，在输入轴与轴承端盖之间设有油封塞，油封端盖与外端面靠压紧密封，油封与转轴靠弹簧拉紧密封。由于减速箱采用的是飞溅式润滑方式，在转速较低的情况下，会有少量机油进入油封部位，当气温较低时，机油黏度变大流动困难，从而致使端盖内单级油封与轴套产生干磨，损坏油封密封唇口，造成轴径严重磨损出现凹坑，表面光洁度降低；此外，减速箱输入轴和输出轴由于轴承径向磨损，造成轴承游隙过大窜动大，轴径向跳动，导致油封失效，润滑油渗漏。

1.2 漏油危害

抽油机减速箱漏油后，会对生产管理和安全环保产生诸多危害，主要有以下3点：

1）现场管理难度增大。减速箱漏油后，润滑油携带空气中的尘土附着在设备上，污染设备，甚至腐蚀基础，存在很大的环保风险，频繁擦拭也会影响油井的生产时率；同时漏失润滑油进入刹车总成，使刹车性能大幅降低，造成严重的安全风险。

2）缩短轴承及齿轮的使用寿命。减速箱漏油以后，油箱内液位下降，长期运转中轴承与齿轮之间的摩擦力增加，使齿轮打齿或受到严重的磨损寿命缩短，损坏后进行设备大修，产生高昂的维修费用。

3）生产成本增加。减速箱漏油得不到及时的治理，为了保证液位高度，需要定期停机补充润滑油，从而增加油料费用，也产生了不必要的产量损失。

1.3 现状研究

针对减速箱漏油问题，宗序江等[1]人对抽油机减速箱漏油原因及处理措施进行了阐述，提出抽油机减速箱漏油的危害、原因分析以及有效的治理对策；沈丽娟[2]针对抽油机减速箱漏油原因展开了简要的探究，并针对原因提出了做好减速箱清洗工作、确保减速箱零部件安装精度、及时更换设备润滑油、及时调整皮带松紧度、做好减速箱安装工作等5点处理方案；闫海峰[3]深入分析减速箱漏油问题原因，提出优化密封材质、提高平衡率、疏通回油孔等解决对策，取得良好效果；孔毅[4]对抽油机减速箱漏油原因及整改方法进行探索，提出完善设备维护管理制度和安装温度检测设备的方法，将故障机率降到最低；付金彪[5]基于对减速箱结构、润滑机理的分析，指出了减速箱较易出现漏油情况的一些常见问题，并提出了针对性的防漏改进措施；何芹等[6]人在实践中摸索出象更换密封填料一样给减速箱曲柄轴漏油加密封填料的方法在一定程度上解决了漏油问题；杨培东等[7]人研制的组合密封装置解决了抽油机减速箱输入轴渗漏问题；刘伟[8]通过对三种密封方式的综合对比分析，针对减速箱漏油部位及各种型号的抽油机，研制了新式填料函密封法，通过填料函内部的耐磨填料与输出轴紧密配合，延长了减速箱轴端密封使用周期；潘丽萍[9]等人针对齿轮减速箱漏油问题，使用FLUENT数值仿真软件，采用湍流计算模型和SIMPLE算法对其进行数值分析，针对直通型密封系统改变密封设计参数对其进行优化分析，结果表明，泄漏量随着空腔长度增加而减少，建议空腔长度为2.5 mm。

2 结构组成与工作原理

针对减速箱轴承油封结构，通过增加油封级数，使密封部件具有自润滑功能，研制了减速箱自润滑双级油封总成[10]。

2.1 结构组成

减速箱自润滑双级油封总成由油封盒体、端盖两部分组成，其中油封盒体上设置有一级油封、二级油封、油封盒体法兰、挡环、导油槽、盒体连接孔，端盖上设置有端盖法兰。自润滑双级油封总成结构见图1。

图1 自润滑双级油封总成结构Fig.1 Schematic diagram of self-lubricating dual-stage oil seal assembly

油封盒盒体尺寸内径与减速箱输入（输出）轴套外径相同，外径与轴承端盖内径相同且为过盈配合，其内部空间足以安装两个油封，在双油封之间设计一个导油槽，若第一级油封老化磨损后，漏失的润滑油可以通过导油槽重新流回油池，由第二级油封继续来实现密封作用。在盒体一侧设计有连接法兰，法兰上设计6个均布的连接光孔，连接法兰靠近二级油封一端，法兰内径与骨架油封外径相同，并过盈配合，法兰外径稍小于轴承端盖的凸台外径。

盒体端盖尺寸与油封盒连接法兰尺寸相同，上面设计6个均布的连接光孔，在法兰的中心位置设计一个圆形凸台，凸台与法兰同心，凸台外径与油封盒连接法兰内径接触配合，凸台内径与减速箱输入（输出）轴套外径相同，在凸台的内侧铣出一道0.8 cm宽的槽，内置一个橡胶密封圈，安装时，在第二级油封和密封圈之间加入润滑脂，确保减速箱低速运转时，轴承不能很快得到润滑时实现自润滑的作用。

2.2 组合装配

先将一级油封安装至油封盒底端，再将二级油封安装至油封盒顶端，导油槽在两级油封之间的位置，不能遮挡。将油封盒安装进扩孔的轴承端盖内，两者过盈配合。安装盒体端盖并用螺栓将盒体端盖、油封盒固定在轴承端盖上。自润滑双级油封总成装配图见图2。

图2 自润滑双级油封总成装配图Fig.2 Assembly diagram of self-lubricating dual-stage oil seal assembly

2.3 工作原理

减速箱自润滑双级油封总成通过在油封盒体内设置一级油封和二级油封，在两级油封之间设置导油槽，当第一级油封漏出机油时，能够通过导油槽返回减速箱油池，并在端盖内设置有密封圈，以配合轴套，在第二级油封和密封圈之间加入润滑脂，实现自润滑，有效的阻挡了机油在轴套部分的漏失，提高了密封性，并且延长了油封使用寿命。

3 技术指标及技术特点

3.1 技术指标及适用范围

油封盒体和端盖材质为45#碳素钢，O型密封圈及骨架油封主要材质为丁腈橡胶，目前大港油田现场使用的尺寸规格为两种，一种为输入轴，另一种为输出轴，所以减速箱自润滑双级油封总成适用于三轴两级减速增扭机理的减速箱应用，密封方式为骨架油封的轴承端盖，可有效解决减速箱输入轴和输出轴的漏失治理。作为借鉴技术，可结合工作原理，根据减速箱的规格型号对尺寸进行重新构建设计，技术指标明细见表1。

表1 技术指标明细Tab.1 Details of technical indicators

3.2 技术特点

1）密封级数增加。理清了油封漏失与减速箱润滑方式之间的关系，设计了油封盒体做为密封载体，提出并试验将减速箱轴承密封由传统的单级密封改变为双级密封，制作了油封盒体总成，将两级骨架油封过盈配合安装在油封盒体内顶端和底端，证实了减速箱经过一个周期的运转，成功实现一级油封失效后由二级油封接替密封的可靠性。

2）导流槽防漏溢。在减速箱三轴两级减速增扭过程中，剖析油封磨损失效的实质，提出了漏失润滑油回归减速箱油池的最佳路径方案，采用在油封盒体上设计导流槽的方法，确定了导流槽设置在一级油封和二级油封之间的位置关系，确保一级油封失效后润滑油从导流槽返回油池不外流，实现杜绝污染，减少成本损失的目的。

3）自润滑功能防干磨。增加了密封槽与O型密封圈矩形沟槽的密封方式，提出在油封盒端盖上设计环形密封槽，并安装O型密封胶圈，发现了密封胶圈与锂基脂配合润滑的规律，确定了装配时对密封胶圈与二级油封之间涂抹锂基脂的方法，实现了自润滑功能。

4 现场应用

1）减速箱自润滑双级油封总成，结合减速箱返厂维修进行加装应用，通过涂胶方式对连接部位进行密封，将油封盒体嵌套于轴承端盖内，实现了减速箱输入轴和输出轴的双级密封功能，最大限度降低漏油污染风险，2019～2021年在大港油田第三采油厂现场应用124台，减速箱自润滑双级油封总成应用前后效果对比见表2。

表2 减速箱自润滑双级油封总成应用前后效果对比Tab.2 Comparison of self-lubricating dual-stage oil seal assembly of deceleration box before and after application

2）应用后，密封周期延长2～3倍，节省润滑油29 611 kg/a，平均节省润滑油用量在75%以上，减少减速箱大修台次5台，创效179.515万元，项目投资24.975万元，实际创效154.54万元。有效降低了油料损耗，杜绝了设备和环境污染，同时减轻了员工劳动强度，提高了油井有效生产时率和安全操作系数，该成果的研制在节能降耗、安全环保上效果明显，对提质增效工作上有着长远的意义，有很大的推广价值。