吉效科1 李宁会1 高长乐2 高徐生3 李寒杰3
（1.长庆油田公司设备管理处；2.新疆第三机床厂； 3.徐州东方减速器厂）
摘 要：减速器渗漏油在抽油机各种故障中所占比例Z高，是各油田抽油机普遍存在的问题，特别是在轴承端盖处渗漏油现象尤其严重。在对大量减速器渗漏油的原因分析后，本着缩短回油路线、采取自然疏通的思路，采取了将减速器轴承外侧进油改内侧进油、改变减速器回油孔结构、减轻回油孔的导油负载、改进轴承端盖为四级密封等措施，并研制了FSL型防渗漏减速器。试验和现场应用表明，新型FSL型防渗漏减速器从结构上彻底解决了渗漏油问题，完全满足现场使用要求，具有很高的推广价值。
关键词：抽油机；减速器；防渗漏；技术改进
0 引言
减速器作为抽油机的核心组成部分，端盖与轴配合间隙处不同程度的漏油、渗油是经常遇到的问题，长期困扰着油田用户和抽油机生产厂家。长庆油田采油二厂岭中作业区2004年、2005年分别对油田抽油机故障进行了分类调查研究，结果发现抽油机减速器漏油分别占到了抽油机故障的21.8%和24.0%。2006年长庆油田对7个采油单位抽油机故障进行调查，发现漏油故障占13.73%，位居所有故障之首，甚至有的单位生产的减速器漏油故障比例高达30.63%。而且随着抽油机使用年限的延长，减速器漏油故障比例也会不断增加。各油田也积极探索采取了迷宫密封、油毡密封和橡胶密封等多种密封技术，这些治漏方法都采取封堵手段。这些密封技术结构复杂，制造成本较高，而且使用时间较短，需要频繁更换，不能从根本上长期有效地解决抽油机减速器漏油的问题。
减速器渗漏油问题主要发生在伸出轴与轴承盖密封处、放油堵塞和各结合面。渗漏油现象是多种因素（如结构的合理性、适应性和工艺性等）的综合结果。对减速器渗漏的原因分析发现，大部分减速器轴承端盖漏油大都是因回油孔回油不畅甚至堵塞所致，本着缩短回油路线、采取自然疏通的思路，笔者提出将减速器轴承外侧进油改内侧进油，改变减速器回油孔结构，减轻回油孔的导油负载，改进轴承端盖为四级密封，并在此基础上研制了FSL型防渗漏减速器。试验现场和应用表明，该新型减速器能有效解决渗漏油问题，应用效果良好。
1 箱体上的回油孔结构改进
1.1 原结构分析
大多数减速器轴承盖漏油大都是因回油孔回油不畅甚至堵塞所致。图1所示为现有减速器所采用的箱体回油结构形式。为了适合原来外侧进油方式，2回油孔所处位置较高，这样一来，2回油孔中间的凹弧处始终储存一些润滑油，形成外侧油池；而2回油孔均是垂直孔直角连接水平孔结构，在转接处存在拐点。这种结构存在以下缺点：
（1）由于位置的限制，2回油孔孔径偏小，且油路很长，导致回油效能低，畅通性差。
（2）减速器中的润滑油使用过程中会出现结蜡，再加上齿轮磨屑以及难免从各缝隙处进入减速器箱体内部细微的沙尘，均能污染润滑油，被污染的润滑油流经回油孔拐点（图1中B点）时杂质就会发生变速沉积，时间越长杂质沉积就越多，达到一定程度后这种效能差的回油孔就会被堵塞而失效，油池油位上升导致严重漏油。
（3）由于很多减速器的工作环境温度很低，内部的润滑油随着温度的降低而变粘稠，流动性会越来越差，而这种结构的回油孔因油路细而长，且又为水平方向，这就很容易使回油速度变得缓慢，甚至导致堵塞。
1.2 新型结构分析
图2为回油孔结构改进图。针对原结构缺陷做了改进，首先将轴承盖下方的螺栓移开、让位，从而可以在轴承正下方增加回油腔，同时将原水平方向的细长回油孔（Ø16mm）改成下倾夹角为45°的短程大孔（Ø20mm）。这种结构有如下优点：
（1）回油油路比原结构明显变短（缩短3/4左右），回油孔的尺寸也比原来加大，且油路与水平方向呈45°夹角向下倾斜，在润滑油的自重作用下，大大增强了回油油路的效能，即使润滑油在低温粘稠的情况下也能顺畅回流。
（2）由于这种结构的回油油路中不存在拐点，所以就不存在杂质沉积、堵塞油路的可能，更不会发生油池油位升高而导致的严重漏油问题。
2 润滑轴承的进油方式改进
2.1 原外侧进油结构分析
图3为更改前外侧进油结构。由图1及图3结构可以看出，以往结构的轴承进油方式是轴承外侧进油（相对于箱体中心线）；当油进来后，在箱体轴承孔的2回油孔中间位置形成油池，以满足轴承润滑所需润滑油。这种在轴承外侧的油池的缺点是：①进油量过大时，回油孔的导流负载随之增大，一旦回油不畅就会使油池油位异常升高；②不可避免的杂质Z容易在此产生淤积，其结果是漫及并堵塞回油孔，进而抬高油位，造成轴承盖处严重漏油。
2.2 新内侧进油结构分析
图4为更改后内侧进油结构。FSL型防渗漏减速器将外侧进油改成内侧进油。当油进来时，先在图4所示的C区域形成由D面控制高度的、保证满足轴承润滑的油池（D面为加工面，能准确保证油池内油位的高低），润滑后向外侧溢出的油可经回油孔迅速返回箱内；而当进油量过多时，多余的油能直接越过D面流回箱体，从而大大减轻了回油孔的导流负载，也就降低了轴承盖漏油的可能性。另外，各种杂质只会在C区沉积，而并不会造成轴承盖处油位升高，从而有效避免了轴承盖漏油。
3 轴承盖密封结构改进
笔者在分析、研究以往的轴承盖结构形式利弊的基础上，改进了轴承的结构。
3.1 原轴承盖密封方式
图5为更改前轴承盖结构图。以往轴承盖密封结构为内侧迷宫密封与外侧油毡密封相结合的二级密封，主要缺点是：密封措施单薄，从轴径外溢的油量较大，且回油腔太短。
3.2 新型轴承盖多级密封方式
图6为更改后轴承盖结构图，可以看出，更改后的轴承盖结构为四级密封，具体结构如下。
（1）新增的一级密封为随轴旋转的密封环与轴承盖内孔的迷宫密封，迷宫槽设在密封环外圆。
（2）Z大限度地加大了回油腔的轴向尺寸，这样就大大增加了沿轴径的渗油路径长度。
（3）第3级密封仍沿用原迷宫密封方式。
（4）第4级密封有2种结构（按需选用）：采用旋转轴唇型密封圈密封方式，即骨架油封；采用车氏密封，即耐磨的四氟乙烯密封圈加O形密封圈补偿功能。
这些综合措施的优点是：密封环所形成的第1级密封有效地阻断了向外溢出的油；此处漏出的少量润滑油又能顺着较长的轴表面流落到回油腔中，然后从回油腔Z下方的回油孔流入箱体回油孔；而且从另一角度考虑，回油腔通过轴承盖的回油孔、箱体上的回油孔，与箱体内腔连接在一起，从而使一级密封两端的气压相等，防止了因为箱体内腔温度高形成气压差而把油挤出去，这也大大减小了漏油的概率。对200多台减速器进行试验并经过大量的数据分析后发现，回油腔的长度越长，漏油的概率就越小，当回油腔的长度长于30mm时，就不会出现漏油情况了。
4 新轴承盖内密封环结构
普通密封环在外侧台阶处均为90°[1]。图7为更改后密封环结构图。从图可以看出，密封环外侧台阶处的相邻两面均为斜面。这种结构的好处是，当有润滑油落到密封环上时，它会顺着斜立面流到A处，然后又会顺着A处的槽流到密封环的下方回油腔，进而流回箱体内，这样阻止了润滑油从密封环上流到轴上，也就大大减小了油顺着轴流出轴承盖的可能性。
5 箱体放油孔的结构
抽油机用减速器在放油孔处的渗漏也非常普遍，这不但浪费了润滑油，增加了使用成本，也严重影响了整机的外观质量。这也是减速器厂家迫切需要解决的问题之一。
5.1 原放油孔的结构
减速器的箱体材料是HT200，而放油堵材料为45#钢。出现漏油现象的主要原因有以下2点：
（1）由于两者材质的硬度差别很大，在经过几次拆卸后，材质较软箱体上的螺纹精度会降低，甚至烂扣，不能起到密封作用，从而产生了漏油；
（2）减速器的放油孔内侧多为斜面（图8），在加工的过程中，由于钻孔后段上下不对称，导致钻出的孔就会失圆且和中心线发生倾斜，在攻丝时自然就不可能攻出符合要求的螺纹，这也容易产生放油孔漏油。
针对以上问题，笔者改进了箱体放油孔的结构，如图9所示。
5.2 新型放油孔结构
在改进的结构中增加了一个放油套管，放油套管的材料和放油堵材料均为45#钢，并且成对加工而成。这种结构在加工过程中很容易保证螺纹的精度，增强了螺纹密封的效果，延长了使用寿命，从而解决了原反复拆卸后就失效、甚至烂扣问题，杜绝了放油堵处的漏油情况。放油套管和箱体处采用加垫并涂密封胶的密封方式，这种密封方式非常成熟，也不会存在漏油的情况，这样就在整体上杜绝了放油孔处漏油的现象。考虑到有些油田存在放油堵被偷盗现象，也可以将放油管和箱体采取过盈配合方式，并且配备防盗螺栓，这样不但避免了漏油现象，也解决了放油堵被盗的问题。
6 减压透气装置
减速器工作时，齿轮的磨擦会产生热量，使减速器内部温度比外界温度高，致使减速器内部气压高于外部环境，从而产生漏油等一系列问题，为此每台减速器都会配有减压透气装置。
6.1 直通式透气塞
过去大都使用直通式透气塞，如图10所示。
直通式透气塞有如下缺陷：
（1）这种结构的出气孔偏小，排气阻尼大，减压效果差；
（2）透气孔与外界是直接连接的，沙尘就会从透气帽的小孔进入减速器，不但有可能损坏减速器轴承，还有可能堵塞回油孔，产生漏油；
（3）这种结构没有防水装置，当减速器所处环境下雨时，雨水会从透气孔进入箱体，从而锈蚀齿轮和轴承，影响减速器寿命。
6.2 改型的呼吸阀
基于上述分析，笔者改用了呼吸阀，其结构如图11所示。
这种结构可有效避免直通式透气塞存在的不足，它具有如下特点：
（1）加大了透气孔和透气效能（原有效透气面积为100.53mm2，更改后为1274.23mm2，有效面积比原结构增加了11.7倍）， 可以有效降低箱体内气压，避免了由气压差产生的漏油。
（2）在透气孔中间加装了铜丝网，有效防止了沙尘的进入。
（3）呼吸阀的伞型盖能避免雨水进入箱体，延长了减速器的寿命。
7 减速器壳体时效处理
为了防止箱体合箱面处漏油，在组装合箱时，可能发生合箱面上留有铁屑使合箱面不严而发生漏油，另外减速器经过一段时间使用之后，壳体发生变形，造成合箱面不平，贴合不紧而发生漏油。为防止壳体变形，需要对减速器壳体进行时效处理，可防止壳体变形，避免沿合箱面处漏油。目前有3种时效方法，即自然时效、人工时效和振动时效，厂家可根据工厂条件进行选择和处理。
8 试验与现场应用
2009年4月初，对徐州东方减速器厂生产的1台减速器进行了室内试验。通过冲次在2.0、2.4和5.0min-1的情况下的试验，减速器正向转动，各种冲次下中间轴和输出轴润滑供油，回油畅通。
2009年5月开始，改进后的新型FSL型防渗漏减速器先后在长庆油田超低渗第二项目部、采油八厂投入现场工业试验，500多台防渗漏减速器都运行正常，受到各级设备管理人员和维修人员的好评。
9 结论
（1）针对减速器漏油问题，采取了将减速器轴承外侧进油改内侧进油，改变减速器回油孔结构，减轻回油孔的导油负载，改进轴承端盖为四级密封等措施，同时研制了FSL型防渗漏减速器，从结构上彻底解决了渗漏油问题。
（2）试验和现场应用表明，FSL型防渗漏减速器完全满足现场使用要求，具有很高的推广价值。
参考文献
[1]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2004
来源：《石油机械》2010年第38卷第9期
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