抽油機(jī)減速器故障診斷與處理方法研究

李蛟真,馬志勇，莊琛源,陳曉璞,何　平

中國(guó)石化中原油田分公司地面工程搶維修中心 （河南 濮陽(yáng) 457176）

減速器是大型游梁式抽油機(jī)上最具有經(jīng)濟(jì)技術(shù)價(jià)值的核心部件[1]，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障時(shí)，一般直接更換總成，以求快速恢復(fù)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(zhǔn)或采取措施不當(dāng)時(shí)，會(huì)造成無(wú)效勞動(dòng)，甚至導(dǎo)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(duì)漏油與振動(dòng)異響這兩類(lèi)主要故障形式的成因及處理方法進(jìn)行了研究。

1　漏油

在有人值守條件下，漏油是很容易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的抽油機(jī)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(shí)添加則造成磨損加劇及故障停機(jī)。

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(shí)因受熱失效而漏油，在現(xiàn)場(chǎng)可以更換密封件解決。結(jié)合面處，大多是長(zhǎng)期復(fù)雜應(yīng)力造成結(jié)合面變形，以及固定螺栓松動(dòng)或被拉長(zhǎng)等原因，使靜密封面在抽油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了輕微的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而普通的平面密封墊與密封膠又沒(méi)有動(dòng)密封功能，因而發(fā)生漏油。靜密封失效，在現(xiàn)場(chǎng)可采用漏油點(diǎn)封堵或全封堵的方法?，F(xiàn)場(chǎng)封堵中，首先用科學(xué)的緊固順序和可靠的防松動(dòng)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(zhuān)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(jī)為例，現(xiàn)場(chǎng)封堵與傳統(tǒng)的回場(chǎng)后更換密封圈相比，每臺(tái)次可節(jié)約施工費(fèi)用1萬(wàn)元以上。

1.2　動(dòng)密封失效

動(dòng)密封部分包括主動(dòng)軸與從動(dòng)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(lèi)。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(jī)橫向水平誤差較大與加油過(guò)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(dòng)密封可靠壽命幾乎無(wú)限大。由于抽油機(jī)減速器潤(rùn)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(duì)同軸度、粗糙度、配合間隙的技術(shù)要求并不高?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(gè)矩形環(huán)槽，并在環(huán)槽底部沿軸向開(kāi)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(rùn)滑油在節(jié)流與擴(kuò)容作用下，內(nèi)外壓力平衡后，就會(huì)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(huì)削弱輸入軸與輸出軸的強(qiáng)度，也不會(huì)改變減速箱的整體結(jié)構(gòu)，改造費(fèi)用較低。大型抽油機(jī)的動(dòng)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(chǎng)后對(duì)軸承端蓋進(jìn)行非接觸直通型迷宮式技術(shù)改造。

圖1　直通型迷宮式動(dòng)密封示意圖

2　振動(dòng)異響

2.1　本質(zhì)型故障

無(wú)論制造質(zhì)量，還是自然老化與使用不當(dāng)?shù)仍?，凡造成減速器軸系、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(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果，決定是否進(jìn)行深度技術(shù)維修。凡診斷為本質(zhì)型故障，均應(yīng)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(jiàn)為實(shí)。

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(diǎn)蝕產(chǎn)生麻面等，判斷的主要方法就是打開(kāi)觀察孔大蓋目測(cè)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(jìn)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(dòng)齒輪與軸過(guò)盈量不夠、螺旋角誤差、齒厚誤差等因素影響都會(huì)引起串軸[5]。但實(shí)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(duì)稱(chēng)度偏差是串軸的一個(gè)重要誘因。齒面磨損是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，早期的輕微串軸與噪音很難診斷，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)上，可選擇靜止的剎車(chē)轂作為參照物，觀察剎車(chē)輪凸緣與剎車(chē)轂的相對(duì)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(duì)距離的大小就是串軸量的大小，要做到早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)、早做應(yīng)急準(zhǔn)備。

2.1.3軸承損壞

軸承損壞多由潤(rùn)滑不良、疲勞老化、負(fù)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(dòng)，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(cè)溫儀檢測(cè)工作溫度是否異常，也可打開(kāi)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(dòng)并伴有異響，減速器本質(zhì)又沒(méi)有明顯可見(jiàn)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(shí)，首先要對(duì)抽油機(jī)巡回檢查，根據(jù)異響傳出的大致方位，重點(diǎn)檢查抽油機(jī)各相關(guān)連接部位有無(wú)松動(dòng)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(wú)松動(dòng)，驢頭銷(xiāo)有無(wú)退出。聯(lián)結(jié)定位失效，會(huì)發(fā)生抽油機(jī)抖動(dòng)而產(chǎn)生沖擊負(fù)荷，使齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊噪音，恢復(fù)可靠聯(lián)結(jié)后，振動(dòng)與噪音會(huì)自然排除。

2.2.2井筒異常

井筒中管、桿、泵的組合復(fù)雜多樣，桿柱通過(guò)吊繩與抽油機(jī)進(jìn)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(guò)傳動(dòng)鏈，把急劇變化的負(fù)載傳導(dǎo)到減速器上，而井下噪音由于地層太深大多聽(tīng)不到，但地面上的減速器因?yàn)辇X側(cè)間隙的存在，則會(huì)在載荷不規(guī)則急劇變化時(shí)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(chǎng)條件以及故障復(fù)雜程度，用不同的方法進(jìn)行判斷：①用目測(cè)法觀察光桿有無(wú)瞬間卸載現(xiàn)象，但對(duì)于不完全卸載以及瞬間急劇加載的情況，不能有效識(shí)別。②用指針式電流表觀察指針擺幅變化情況，通過(guò)指針擺動(dòng)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(shí)電流變化太快不易判斷。③用吊車(chē)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(zhǔn)確判斷下行時(shí)的阻滯。④用示功圖法，根據(jù)負(fù)載線的變化情況，以及減速器振動(dòng)異響時(shí)對(duì)應(yīng)的曲柄相位角是否一致，判斷抽油機(jī)是否真正出了故障[6]。在4種方法中，示功圖法是準(zhǔn)確判斷井筒故障最有效的方法，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)此方法，診斷并解決了多起輸入型減速器振動(dòng)異響的假故障。

1）結(jié)垢。如圖2所示，上沖程負(fù)載線劇烈波動(dòng)，診斷該井為井下管柱卡滯問(wèn)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(yán)重，400～960 m油管內(nèi)壁結(jié)蠟嚴(yán)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(kāi)抽，減速器振動(dòng)與異響消除，示功圖也恢復(fù)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(tái)階，下行時(shí)減載困難，半程后才開(kāi)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(fù)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(dǎo)致凡爾座不密封，造成泵固定凡爾漏失，進(jìn)而造成了負(fù)載異常，這是一起井下防噴泵質(zhì)量問(wèn)題，投射到地面抽油機(jī)后，引起了減速器振動(dòng)異響。檢泵后開(kāi)抽，液量恢復(fù)正常，振動(dòng)與異響消失，示功圖也恢復(fù)正常。

3）上碰掛[7]。如圖4所示，上行負(fù)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(dòng)上行，并多次發(fā)生輕微掛碰，最終傳導(dǎo)到減速器引發(fā)振動(dòng)與異響，建議調(diào)整防沖距或旋轉(zhuǎn)桿柱角度。

現(xiàn)場(chǎng)上，首先將該井防沖距下調(diào)30 cm，開(kāi)抽后振動(dòng)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(kāi)抽后一切正常，減速器異響與震動(dòng)消除，功圖也恢復(fù)正常。

圖4　 W88-30示功圖

2.2.3其他故障

在抽油機(jī)減速器的振動(dòng)異響中，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)還會(huì)有一些非典型的輸入型原因。減速器潤(rùn)滑油變質(zhì)異常變稠后，會(huì)出現(xiàn)較大的啪啪聲但振動(dòng)小。減速器的筒體失穩(wěn)后，會(huì)出現(xiàn)嗡嗡的蜂鳴聲并伴有振動(dòng)。使用硬特性的電機(jī)做為動(dòng)力源，在啟動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)呯的撞擊聲和短時(shí)振動(dòng)。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(chǎng)采用專(zhuān)用膠封堵比較經(jīng)濟(jì)有效；動(dòng)密封失效，回場(chǎng)后改造為流阻型非接觸直通型迷宮式密封更經(jīng)濟(jì)可靠。

2）減速器振動(dòng)與異響，要用科學(xué)的方法準(zhǔn)確診斷故障原因。屬于本質(zhì)型的，先換總成件盡快恢復(fù)生產(chǎn)，回場(chǎng)后依據(jù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值確定是否進(jìn)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(duì)性的措施，徹底解決問(wèn)題，并避免損失擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭德貴,李保全.抽油機(jī)減速器常見(jiàn)故障淺析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2011,24(2):102-103.

[2]李 強(qiáng).抽油機(jī)減速箱漏油故障原因分析和治理措施[J].中國(guó)化工貿(mào)易,2013,5(z1)：226.

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

[4]陳 琴,張光偉.抽油機(jī)減速器常見(jiàn)故障診斷[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2005(12):122-124..

[5]張連山.關(guān)于抽油機(jī)減速器常見(jiàn)故障分析的幾個(gè)問(wèn)題[J].石油機(jī)械,1999,27(2):44-47.

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

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