降低油田超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)軸承故障率的探討

朱偉光

中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司 承德石油機(jī)械有限公司 （河北 承德 067000）

降低油田超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)軸承故障率的探討

朱偉光

中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司 承德石油機(jī)械有限公司 （河北 承德 067000）

針對(duì)油田YCCH系列超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)軸承故障率偏高的問題，從四個(gè)方面進(jìn)行了分析探討。指出，運(yùn)行人員要加強(qiáng)巡檢，及時(shí)補(bǔ)充和更換潤(rùn)滑脂，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)安裝電動(dòng)機(jī)，可有效減少電動(dòng)機(jī)軸承的故障,提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命。

超高轉(zhuǎn)差率系列電動(dòng)機(jī) 軸承 故障率 標(biāo)準(zhǔn)

在油田生產(chǎn)中，抽油機(jī)電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量起著重要的作用。承德石油機(jī)械有限公司生產(chǎn)的YCCH系列超高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)是油田游梁式抽油機(jī)的動(dòng)力源，而電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障則會(huì)造成停產(chǎn)損失。2007年1～12月油田現(xiàn)場(chǎng)因電動(dòng)機(jī)軸承故障導(dǎo)致我公司提供現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)42次，更換軸承54盤。2007年公司電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量3 183臺(tái)，電動(dòng)機(jī)軸承故障率達(dá)到0.85%，故障服務(wù)率為1.32%。軸承故障率高，增大公司維護(hù)成本，降低產(chǎn)品質(zhì)量信譽(yù)度，影響油田用戶的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。減少電動(dòng)機(jī)軸承的故障,提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命，就能夠減少服務(wù)次數(shù)和維護(hù)費(fèi)用，提高產(chǎn)品的質(zhì)量信譽(yù)和用戶的經(jīng)濟(jì)效益。

控制軸承室內(nèi)的注油量確保軸承潤(rùn)滑

通過對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)的軸承故障電動(dòng)機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)占62%的軸承故障為軸承室潤(rùn)滑脂數(shù)量少，大部分潤(rùn)滑脂存于端蓋的儲(chǔ)油腔內(nèi)，而軸承的滾道內(nèi)潤(rùn)滑脂則較少。形成這種情況與其YCCH系列電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和其端蓋的結(jié)構(gòu)有關(guān)（圖1）。

從圖1中可以看出兩個(gè)端蓋安裝在電動(dòng)機(jī)機(jī)座4的兩端，深溝球軸承1它由端蓋3內(nèi)小蓋2和內(nèi)六角螺釘固定在軸5上，與電動(dòng)機(jī)機(jī)座4連接成一個(gè)整體。

圖2是端蓋的結(jié)構(gòu)圖。一般端蓋為盤狀薄壁的鑄件或焊接件。YCCH電動(dòng)機(jī)的端蓋材料為ZL104鋁合金，低壓鑄造而成。其軸承安裝處鑲嵌有HT200材料制造的襯套。從圖2中可以看出端蓋為軸承外蓋和端蓋合在一起的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以減少零件，端蓋外側(cè)不必加工。

在生產(chǎn)實(shí)踐中為了能夠?qū)崿F(xiàn)軸承的良好潤(rùn)滑，必須關(guān)注其涉及的一些相關(guān)因素：軸承的外形尺寸、潤(rùn)滑脂的針入度、端蓋儲(chǔ)油腔的大小、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、載荷、及電動(dòng)機(jī)周圍的工作環(huán)境等[1]。軸承的外形尺寸大，潤(rùn)滑脂加入量相應(yīng)較大。一般電機(jī)端蓋側(cè)設(shè)有軸承室儲(chǔ)油腔，按電機(jī)的轉(zhuǎn)速，軸承室注油量可參照以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行：電機(jī)轉(zhuǎn)速＜1 500r/min時(shí)，加油量為軸承室容積的2/3[2]。轉(zhuǎn)速在1 500～3 000 r/min之間時(shí)為軸承室容積的1/2。轉(zhuǎn)速＞3 000r/min時(shí)，應(yīng)小于或等于軸承容積的1/3或按照式（1）計(jì)算進(jìn)行注油。

式中 G—潤(rùn)滑脂量，g；

W—注油系數(shù)，W=0.005g/mm2

D—軸承外徑，mm；

B—軸承總厚度，mm。

針對(duì)YCCH系列電動(dòng)機(jī)的情況，上面的注油經(jīng)驗(yàn)和公式就不適用于這種電動(dòng)機(jī)，因此，必須要進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)試驗(yàn)摸索，確定軸承室的容積的概念：應(yīng)該是端蓋儲(chǔ)油腔的容積、軸承滾道內(nèi)的容積與軸承室的容積之和。再根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速＜1 500r/min的情況和端蓋注油通道的情況，加油量定為容積之和的2/3。將容積與軸承因素合并，推導(dǎo)出YCCH系列電動(dòng)機(jī)計(jì)算注油加入量的公式為:

式中 W—注油系數(shù)，W=0.054g/mm2。

由于生產(chǎn)實(shí)際過程中，潤(rùn)滑脂量不好控制，決定按照潤(rùn)滑脂加入量制作樣件，進(jìn)行量化示范。即按照所需潤(rùn)滑脂量將其注入軸承部位和端蓋儲(chǔ)油腔內(nèi)，觀察其注入方法和注入量的直觀情況，由裝配班長(zhǎng)示范，其他人學(xué)習(xí)效仿，由專人注油并有監(jiān)督指導(dǎo)人檢查其工作，確保注油量滿足產(chǎn)品要求。

同時(shí)為嚴(yán)格控制軸承潤(rùn)滑脂的加入量，規(guī)范注油量，編制工藝和作業(yè)指導(dǎo)書，標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件，使其有章可循[3]。

選擇合適的潤(rùn)滑脂,提高潤(rùn)滑效果

YCCH系列電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速＜1 500r/min，工作環(huán)境惡劣，以前的電動(dòng)機(jī)軸承故障產(chǎn)生是與潤(rùn)滑脂選擇不當(dāng)有關(guān)的。

潤(rùn)滑脂基本指標(biāo)有：錐入度、滴點(diǎn)、氧化安定性和低溫性能。選擇潤(rùn)滑脂，需考慮環(huán)境、溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷因素。當(dāng)環(huán)境溫度高，速度高，應(yīng)選耐水性強(qiáng)，錐入度大的油脂；負(fù)荷大，工作環(huán)境惡劣應(yīng)選錐入度小的油脂。

原來使用的潤(rùn)滑脂牌號(hào)為鋰基潤(rùn)滑脂MP-2，錐入度較大。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)軸承室里的潤(rùn)滑脂容易被擠出去，從而失去潤(rùn)滑作用?，F(xiàn)選擇牌號(hào)MP-3的潤(rùn)滑脂，其錐入度較小，黏稠度較高不會(huì)輕易的被軸承滾動(dòng)體積壓出去。為檢查驗(yàn)證新選潤(rùn)滑脂的效果在YCCH系列電動(dòng)機(jī)批量產(chǎn)品上進(jìn)行試驗(yàn)。首先，在為冀東油田生產(chǎn)的32臺(tái)5型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。為保證其運(yùn)行質(zhì)量，出廠前每臺(tái)都進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，并拆裝檢查其軸承室內(nèi)的潤(rùn)滑情況。經(jīng)過檢查，軸承室內(nèi)的潤(rùn)滑脂存留數(shù)量滿足軸承運(yùn)轉(zhuǎn)要求。產(chǎn)品發(fā)送到冀東油田后，進(jìn)行跟蹤調(diào)查12個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)軸承故障和其它質(zhì)量問題，說明潤(rùn)滑脂選擇正確。

波形彈簧圈預(yù)緊力合理有效改進(jìn)軸承運(yùn)行效果

5型電動(dòng)機(jī)出廠轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)時(shí)個(gè)別電動(dòng)機(jī)軸承處出現(xiàn)異常噪聲，在油田現(xiàn)場(chǎng)也經(jīng)常發(fā)生軸承故障。經(jīng)過拆裝檢查發(fā)現(xiàn)波形彈簧圈預(yù)緊力較小，導(dǎo)致軸承預(yù)緊力不夠，從而產(chǎn)生噪音和震動(dòng)，增加磨損造成軸承損壞。

波形彈簧圈對(duì)軸承施加的預(yù)緊力，影響電機(jī)的軸向振動(dòng)及由此產(chǎn)生的低頻噪聲。然而正確確定預(yù)緊力和波形彈簧圈尺寸規(guī)格，使其在彈性變形范圍內(nèi)，施加足夠的預(yù)緊力，降低軸承噪聲，減少軸承磨損，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，是值得認(rèn)真探討的一個(gè)問題。有關(guān)軸承預(yù)緊力要求的計(jì)算實(shí)例較少，不好查到，因此需要摸索新的計(jì)算方法。波形彈簧圈預(yù)緊力多少合適，影響因素很多。它與軸承的規(guī)格型號(hào)、端蓋裝配后剩余的間隙，波形彈簧圈的尺寸參數(shù)及熱處理硬度等因素有關(guān)。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)類比法，發(fā)現(xiàn)利用波形彈簧圈直徑與厚度之比作為參數(shù)，可以推導(dǎo)出軸承所需預(yù)緊力的大小，并根據(jù)預(yù)緊力的要求設(shè)計(jì)新的波形彈簧圈。

2-4型電動(dòng)機(jī)定型成熟，波形彈簧圈未發(fā)生故障。以它們的數(shù)據(jù)為參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過計(jì)算，產(chǎn)品波形彈簧圈外徑與厚度之比是0.006 8～0.007 20，遵循著一定的線性規(guī)律，隨著軸承直徑的增加，波形彈簧圈的厚度也按照一定的比例增加。根據(jù)收集的這些數(shù)據(jù)，利用預(yù)緊力計(jì)算公式即可以確定預(yù)緊力的范圍。計(jì)算波形彈簧圈預(yù)緊力公式為：

式中 P—預(yù)緊力，N；

f—位移，mm；

K—多圈系數(shù)；

Dm—平均直徑，mm；

b—材料寬度，mm；

E—彈性模量；

t—材料厚度，mm；

N—波數(shù)；

DI—內(nèi)圓直徑，mm；

DO—外圓直徑，mm；

Z—圈數(shù)。

根據(jù)公式計(jì)算產(chǎn)品預(yù)緊力范圍確定在220～500N范圍之間比較合理。

從預(yù)緊力的計(jì)算公式中可以看出：波形彈簧圈的波數(shù)對(duì)預(yù)緊力的影響最大。原來的5型電動(dòng)機(jī)的波形彈簧圈波數(shù)N是3波，為滿足預(yù)緊力要求，將波數(shù)N增加為6波，自由高度H0為5mm，其余尺寸與原來一樣，制作波形彈簧圈。并將新的波形彈簧圈數(shù)據(jù)代入預(yù)緊力計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得其預(yù)緊力為420N，滿足設(shè)定的預(yù)緊力范圍。采用6波波形彈簧圈后，5型電動(dòng)機(jī)軸承處噪音消除，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并未發(fā)生油田用戶軸承損壞的信息反饋。

實(shí)踐表明，6波波形彈簧圈在同等材料厚度的條件下，可以產(chǎn)生較大的預(yù)緊力，既節(jié)約了材料費(fèi)用，又滿足了產(chǎn)品的要求。

原設(shè)計(jì)波形彈簧圈與新波形彈簧圈圖形對(duì)比如圖3所示。

培訓(xùn)油田用戶建立正常的安裝使用維護(hù)程序

在油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)生軸承故障的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有一部分是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的皮帶輪未與抽油機(jī)上的皮帶輪校正。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸承不僅受到徑向力還受到較大的軸向力，軸承因不能承受較大的軸向力而損壞。還有一部分是軸承未按照規(guī)定維護(hù)，及時(shí)添加潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致軸承的潤(rùn)滑情況長(zhǎng)期不良而損壞。因此，要加強(qiáng)對(duì)油田用戶的技術(shù)培訓(xùn)。

通過銷售人員到油田的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)，具體指導(dǎo)和講課，宣傳電動(dòng)機(jī)的正確使用、維護(hù)和保養(yǎng)知識(shí)，使油田現(xiàn)場(chǎng)人員都能夠掌握其基本操作要領(lǐng)，并與油田現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)共同制定管理程序，提供必要的技術(shù)支持和幫助。同時(shí)，多次派出工程技術(shù)人員到油田進(jìn)行技術(shù)講座和專業(yè)培訓(xùn)。一方面，宣傳了我們的產(chǎn)品，讓用戶更加了解產(chǎn)品，會(huì)使用和維護(hù)，建立了正常的安裝使用和維護(hù)程序；另一方面，擴(kuò)大了市場(chǎng)，結(jié)交更多的朋友，實(shí)現(xiàn)了雙贏。

為確保電動(dòng)機(jī)軸承故障率的降低，要求在油田現(xiàn)場(chǎng)人員主要注意以下幾點(diǎn)：

（1）運(yùn)行人員的每班次巡檢，確定電機(jī)及其軸承是否存在過熱、振動(dòng)、異響現(xiàn)象。運(yùn)行人員對(duì)于溫度的判斷采用點(diǎn)溫儀對(duì)電機(jī)定點(diǎn)測(cè)溫，振動(dòng)通過手摸、耳聽方式。點(diǎn)檢用點(diǎn)溫儀、振動(dòng)儀、聽棒等工具每周精密點(diǎn)檢。

（2）及時(shí)的補(bǔ)充和更換潤(rùn)滑脂，一般情況下，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)1年就須更換和補(bǔ)充潤(rùn)滑脂。YCCH系列電動(dòng)機(jī)的軸承可以在不拆裝電動(dòng)機(jī)端蓋的情況下，打開油堵直接用高壓油槍加入，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑，確保電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)安裝電動(dòng)機(jī)，排除皮帶輪中心不對(duì)正、基礎(chǔ)不實(shí)、超負(fù)荷異常運(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

結(jié) 語

從影響電動(dòng)機(jī)軸承故障率4個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，采取相應(yīng)的措施和控制，可有效地降低軸承故障率，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。2009年YCCH系列電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量3 617臺(tái),為油田用戶更換軸承數(shù)量為15盤,為軸承問題服務(wù)次數(shù)3次,電動(dòng)機(jī)的軸承故障率下降為0.4%,用戶對(duì)電機(jī)產(chǎn)品反應(yīng)良好,銷售量保持增長(zhǎng)。軸承故障率的降低，產(chǎn)品質(zhì)量的提高，既為公司發(fā)展打下良好基礎(chǔ),也為油田創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]陳永校,諸自強(qiáng),應(yīng)善成.電機(jī)噪聲的分析和控制[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,1987.

[2]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

[3]蔣增福.鉗工工藝與技能訓(xùn)練[M]．北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,2001.

The problem about high bearing fault rate of oilfield YCCH ultrahigh slip motors has been discussed and analyzed from four aspects.Then it is pointed out that operation workers should strengthen the tours of inspection,supply and change lubricating grease,and install the electric motor strictly according to the standards.And this can effectively reduce the faults of motor bearing and improve the service life of motor.

ultrahigh slip moter;bearing;fault rate;standards

朱偉光(1954-),男,高級(jí)工程師,現(xiàn)主要從事機(jī)械制造工作。

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2010-05-21