油田機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑劑選擇及其故障處理

韋 云,劉建國(guó) (中石化河南油田分公司井下作業(yè)處,河南南陽(yáng)473132)

潤(rùn)滑是保證機(jī)械設(shè)備正常工作安全運(yùn)行的重要條件之一[1]。從我國(guó)油田企業(yè)的石油機(jī)械設(shè)備故障或事故統(tǒng)計(jì)可以看出,因潤(rùn)滑不良如:缺油、油品不對(duì)、油質(zhì)不純、油品變質(zhì)等而造成的故障或事故占全部故障或事故的50%以上。因此,必須重視石油機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑,以減少設(shè)備故障和維修成本,從而提高生產(chǎn)率和油田企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。為此,筆者對(duì)油田環(huán)境下機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑劑選擇及其常見故障進(jìn)行探討。

1 石油機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑劑選擇

在油田環(huán)境下,石油機(jī)械設(shè)備大多在露天工作,風(fēng)吹雨打,溫度變化,塵土飛揚(yáng),給機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑帶來諸多不利因素。因此,在對(duì)石油機(jī)械傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑劑進(jìn)行選擇時(shí)要充分考慮這些因素。

1.1 軸承傳動(dòng)

合理的潤(rùn)滑是保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。軸承潤(rùn)滑分為滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑和滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑,而應(yīng)用最多的還是滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑。潤(rùn)滑對(duì)滾動(dòng)軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、振動(dòng)等有重要的影響,有40%左右的軸承損壞都與潤(rùn)滑不良有關(guān)。軸承潤(rùn)滑的目的是使軸承滾動(dòng)面間形成一層油膜,以防止金屬與金屬直接接觸[2]。

1.1.1 軸承潤(rùn)滑劑的特點(diǎn)

潤(rùn)滑對(duì)滾動(dòng)軸承的作用有:①減輕摩擦及磨損,延長(zhǎng)軸承的壽命;②排出摩擦熱,防止軸承溫升過高;③防止異物侵入,起到密封的作用;④防止金屬銹蝕。

滾動(dòng)軸承幾乎都采用脂潤(rùn)滑或油潤(rùn)滑,也有一些特殊用途用二硫化鉑、石墨等固體潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑。在脂潤(rùn)滑和油潤(rùn)滑中,脂潤(rùn)滑用的又最多,約有80%的滾動(dòng)軸承都是使用脂潤(rùn)滑。

同油潤(rùn)滑相比,脂潤(rùn)滑具有以下優(yōu)點(diǎn):①潤(rùn)滑裝置簡(jiǎn)單;②潤(rùn)滑脂不易泄漏,軸承的密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;③軸承的維護(hù)、保養(yǎng)方便;④潤(rùn)滑脂有密封作用,可防止外部灰塵、水分和其他雜質(zhì)侵入軸承;⑤容易提高機(jī)械裝置的清潔度。脂潤(rùn)滑的缺點(diǎn)是軸承摩擦大,散熱不好,允許的轉(zhuǎn)速比較低。

與脂潤(rùn)滑相比,油潤(rùn)滑具有以下優(yōu)點(diǎn):①適合于高速旋轉(zhuǎn);②高溫穩(wěn)定性好,適合在高溫下使用;③散熱好,油潤(rùn)滑可起冷卻作用;④容易除去軸承內(nèi)部的磨粒和雜物;⑤可與齒輪之類的軸承周圍零件共用一種潤(rùn)滑劑,實(shí)行共同潤(rùn)滑。

1.1.2 軸承潤(rùn)滑劑的選擇

選擇合適的潤(rùn)滑劑是一項(xiàng)復(fù)雜的工作,除了一些必要的定量計(jì)算之外 (如油膜潤(rùn)滑參數(shù)),還應(yīng)綜合考慮以下幾種因素。

1)軸承的工作溫度、轉(zhuǎn)速及負(fù)荷 潤(rùn)滑劑粘度對(duì)油膜厚度影響很大,潤(rùn)滑油粘度越低,則油膜承載能力越差,油膜越易破裂。為了形成需要的油膜厚度,潤(rùn)滑劑在工作溫度下必須具有一定的粘度。工作溫度高時(shí),應(yīng)選用粘溫性好和抗氧化性好的高溫劑;工作溫度低時(shí),應(yīng)選用低溫流動(dòng)性好的潤(rùn)滑劑。軸承內(nèi)的潤(rùn)滑劑在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生粘性摩擦阻力。同樣轉(zhuǎn)速下,粘度越大,摩擦越大,則溫升高,反而會(huì)使?jié)櫥瑒┕ぷ髡扯认陆礫3]。因此,轉(zhuǎn)速高時(shí)應(yīng)選粘度較低的潤(rùn)滑油或基礎(chǔ)油粘度較小的潤(rùn)滑脂。軸承負(fù)荷影響形成油膜的厚度,負(fù)荷愈大,油膜厚度愈小,所以,輕負(fù)荷時(shí)宜選用粘度較低的潤(rùn)滑劑;重負(fù)荷時(shí)宜選用較高的粘度,并加有極壓添加劑。

2)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)性能 使用脂潤(rùn)滑的軸承,當(dāng)要求摩擦特別小時(shí),或者要求在低溫下起動(dòng)摩擦力矩小時(shí),應(yīng)選用由合成基礎(chǔ)油組成的相似粘度低且針入度較大的潤(rùn)滑脂。要求噪音低的小電機(jī)軸承,應(yīng)選用經(jīng)過濾的硬脂或粘度較高的基礎(chǔ)油潤(rùn)滑脂,以減小軸承噪聲。

3)環(huán)境條件 在潮濕環(huán)境中工作的軸承應(yīng)選用防腐性能好的潤(rùn)滑脂。潮濕環(huán)境中工作的機(jī)械,又要較長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí),停車后軸承表面會(huì)因冷卻而形成冷凝水,為防止生銹,應(yīng)選用不吸水的鈣基脂。當(dāng)軸承周圍灰塵大,又采用曲路密封,希望潤(rùn)滑脂也起密封作用,應(yīng)選用針入度較小的潤(rùn)滑脂。當(dāng)軸承介質(zhì)有強(qiáng)烈的化學(xué)作用時(shí),應(yīng)選用有抗腐添加劑的潤(rùn)滑脂。

4)潤(rùn)滑脂的壽命 潤(rùn)滑脂的使用壽命不僅取決于潤(rùn)滑脂本身的性能,還與外部條件如溫度、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、負(fù)荷、環(huán)境等有關(guān)。在一次性潤(rùn)滑的密封軸承中,所用潤(rùn)滑脂的壽命應(yīng)大于軸承的疲勞壽命。在沒有再潤(rùn)滑補(bǔ)脂裝置的軸承應(yīng)用中,所用潤(rùn)滑脂的壽命應(yīng)和整個(gè)機(jī)械裝置的大體一致。

1.2 齒輪傳動(dòng)

開式及半開式齒輪傳動(dòng),或低速的閉式齒輪傳動(dòng),通常用人工作周期性加油潤(rùn)滑,所用潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。通常閉式齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法可根據(jù)齒輪的圓周速度大小而定。當(dāng)齒輪傳動(dòng)的圓周速度小于12m/s時(shí),可采用浸油潤(rùn)滑。用浸油潤(rùn)滑時(shí),以圓柱齒輪或蝸輪的整齒高,或蝸桿的整個(gè)螺紋牙高浸入油中為適度,但不應(yīng)少于10mm;圓錐齒輪應(yīng)將整個(gè)齒寬 (至少半個(gè)齒寬)浸入油中。對(duì)于多級(jí)齒輪傳動(dòng),或低速級(jí)大齒輪的圓周速度為0.5～0.8m/s時(shí),浸油濃度可適當(dāng)大一些;若低速級(jí)大齒輪的圓周速度較高時(shí),高速級(jí)齒輪可采用帶油輪、濺油輪的方法來潤(rùn)滑。

對(duì)于下蝸桿的蝸輪減速器,在確定油面位置時(shí),應(yīng)注意油面不要高于支撐蝸桿的滾動(dòng)軸承的最低滾動(dòng)元件的中間,且浸油深度為蝸桿的一個(gè)齒高;當(dāng)為上蝸桿時(shí),浸油深度約為蝸桿外徑的1/3。當(dāng)齒輪的圓周速度小于12m/s時(shí),應(yīng)采用噴油潤(rùn)滑;當(dāng)齒輪的圓周速度小于等于25m/s時(shí),噴油嘴位于輪齒嚙入邊或嚙出邊均可;當(dāng)齒輪的圓周速度大于25m/s時(shí),噴嘴應(yīng)位于輪齒嚙出的一面。

由于2個(gè)齒輪相應(yīng)結(jié)合面的嚙合時(shí)間非常短暫,實(shí)際接觸面積很小,所以單位面積承受的壓力很大。齒輪負(fù)荷越大,選用油的粘度也應(yīng)越大;齒輪轉(zhuǎn)速越快,選用油的粘度應(yīng)越小;工作溫度越高,選用油的粘度也應(yīng)越大。

1.3 鏈條傳動(dòng)

鏈條傳動(dòng)多數(shù)采用人工潤(rùn)滑。使用人工潤(rùn)滑時(shí),每班應(yīng)注油一次;采用油浴潤(rùn)滑時(shí),鏈條浸油深度一般應(yīng)為6～12mm;采用飛濺潤(rùn)滑時(shí),鏈條浸油深度一般為12～33mm;采用壓力供油時(shí),供油量可根據(jù)鏈節(jié)距及鏈速大小查閱有關(guān)手冊(cè)。鏈條傳動(dòng)潤(rùn)滑油推薦采用HJ20、HJ30和HJ40號(hào)機(jī)械油。對(duì)于開式及重載低速傳送的,可在潤(rùn)滑油中加入MOS2、WS2等添加劑;對(duì)于不便使用潤(rùn)滑油的場(chǎng)合,也允許涂抹潤(rùn)滑脂,但應(yīng)定期清洗與涂抹。

2 石油機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑故障及防范

2.1 潤(rùn)滑故障

在油田環(huán)境下,如果機(jī)械傳動(dòng)裝置潤(rùn)滑不當(dāng),也會(huì)造成相當(dāng)嚴(yán)重的損失。輕者損壞零部件,加快設(shè)備磨損,降低設(shè)備使用壽命;重者會(huì)造成設(shè)備損壞事故等嚴(yán)重的后果。石油機(jī)械傳動(dòng)裝置常見的潤(rùn)滑故障大體可歸納為以下幾種形式。

1)運(yùn)轉(zhuǎn)不靈,振動(dòng)大,噪聲高,動(dòng)力損耗大。傳動(dòng)裝置在工作過程中,傳動(dòng)件常常會(huì)出現(xiàn)卡住、斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻等現(xiàn)象。有時(shí)還會(huì)發(fā)生刺耳的異響、沖擊聲,出現(xiàn)較大的抖動(dòng)現(xiàn)象。在這種情況下,設(shè)備無法正常傳遞運(yùn)動(dòng)且能量損耗又特別大。

2)油溫過高、熱變形大,引起損壞。部件工作一段時(shí)間后,箱體內(nèi)油溫急劇上升,有時(shí)還會(huì)冒煙,漏油現(xiàn)象嚴(yán)重。在這種情況下,由于箱體內(nèi)溫度過高,有些零件表面會(huì)熔結(jié)而產(chǎn)生故障;有些零件熱變形大,精度下降,還有可能降低材料強(qiáng)度,引起破壞。

3)齒輪副等主要零件,在嚙合面間的油膜破裂,引起損壞。齒輪副等零件,在油田現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工況條件下,在嚙合面間無法形成良好的油膜,長(zhǎng)期下去,接觸面就會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)蝕、膠合、塑性變形、沖擊斷裂等失效形式,使機(jī)械設(shè)備無法正常工作。

2.2 防范措施

防止石油機(jī)械傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑故障,一定要加強(qiáng)全面管理,從整個(gè)油田機(jī)械系統(tǒng)來分析問題,采取可行的防范措施。對(duì)于關(guān)鍵而易損的部件更要引起足夠的重視,努力創(chuàng)造良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。在使用維修時(shí)要多觀察,多做早期故障診斷,及時(shí)排除故障。嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備操作保養(yǎng)規(guī)程,加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng),使設(shè)備磨耗降低到最小,把機(jī)械設(shè)備的利用率提高到最高。此外,還要使設(shè)備操作手養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣,啟動(dòng)設(shè)備時(shí),要按規(guī)定校驗(yàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)的工作狀態(tài),切不可使設(shè)備在缺乏潤(rùn)滑的情況下運(yùn)轉(zhuǎn);在關(guān)鍵的傳動(dòng)部位油品使用上,要按要求使用高品質(zhì)潤(rùn)滑油,決不能以次充好而采用變質(zhì)報(bào)廢的潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂。

1)選用合適的潤(rùn)滑油 根據(jù)傳動(dòng)裝置的工作環(huán)境、載荷、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)、摩擦形式選擇合適的潤(rùn)滑油種類、牌號(hào)。如齒輪副的選油:對(duì)于低速重載齒輪,要考慮齒輪沖擊,選擇具有極壓抗磨性潤(rùn)滑油;對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的齒輪,選擇流動(dòng)性較好的、粘度低的齒輪油。在寒冷地區(qū)油田現(xiàn)場(chǎng)工作的齒輪,必須保證潤(rùn)滑油能自然循環(huán)流動(dòng),應(yīng)選用低凝齒輪油,潤(rùn)滑油的凝點(diǎn)至少比環(huán)境溫度最低值低5℃。但注意粘度太低不能充分形成油膜,而會(huì)引起摩擦副燒壞。

2)正確使用潤(rùn)滑油 一是加油時(shí)要保持各種加油器具的清潔,避免將雜質(zhì)帶入油箱。二是油量要合適:一臺(tái)設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就嚴(yán)格規(guī)定了它的加油量,機(jī)修工和操作者應(yīng)根據(jù)使用說明書和日常的油尺、視鏡等所觀察到的情況加、補(bǔ)潤(rùn)滑油,潤(rùn)滑油的液位正常保持在油標(biāo)的上下刻線之間。三是要經(jīng)常對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)指標(biāo)異常時(shí),要查明原因,采取措施防止指標(biāo)進(jìn)一步惡化,對(duì)失效的潤(rùn)滑油要及時(shí)更換。四是每次大修時(shí)要全面清理潤(rùn)滑系統(tǒng),對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行分離和過濾,對(duì)失效的潤(rùn)滑油進(jìn)行更換。五是儲(chǔ)油的油庫(kù)要有良好的通風(fēng)散熱條件,防止溫度升高油品變質(zhì)。

3)防止?jié)櫥到y(tǒng)污染 要盡可能使?jié)櫥吞幱诜€(wěn)定的環(huán)境條件,避免出現(xiàn)漏油、漏水和混油現(xiàn)象。要加強(qiáng)潤(rùn)滑系統(tǒng)的密封條件,經(jīng)常檢查密封件是否完好,密封摩擦面的微小損傷和變形直接影響油膜的形成和穩(wěn)定性,造成漏油,導(dǎo)致機(jī)械裝置損壞、失效。因此,如有損壞要及時(shí)更換。要經(jīng)常檢查和清洗潤(rùn)滑系統(tǒng)的過濾裝置,使其保持完好和清潔,防止雜質(zhì)進(jìn)入油內(nèi)。在對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、排除故障、更換元件時(shí),必須保持系統(tǒng)的清潔。

4)及早發(fā)現(xiàn)、有效預(yù)防潤(rùn)滑故障 要多做早期故障診斷,及時(shí)排除故障;加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng),使能量損耗降低到最小程度,把機(jī)械設(shè)備的利用率提高到最高程度。潤(rùn)滑故障在即將發(fā)生或剛開始發(fā)生之時(shí),機(jī)械零部件會(huì)表現(xiàn)出與正常時(shí)不同的狀態(tài),因此要了解設(shè)備的最初運(yùn)動(dòng)狀態(tài),諸如溫度、噪聲、振動(dòng)等一系列的參數(shù),以便能將設(shè)備正常狀態(tài)和出現(xiàn)異常及故障后的狀態(tài)加以對(duì)照,及早發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障。

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