一種新型刮油裝置設計

李曉亮

（山西省平遙減速器有限責任公司，山西 平遙 031100）

0 引言

隨著采油技術的快速發展及油井自身工況的變化，我國各油田的采油狀況發生了較大變化，與傳統采油相比，其主要特點為高含水、高采出程度、高采油速度，統稱三高開發階段。針對以上變化情況，各油田集中力量對以上問題展開了技術研究，形成了一系列的配套工藝，研發了新的設備，從而實現了油田的穩定開采。而抽油機減速器作為石油開采設備的核心部件，是各方關注和研究的重要對象之一。為了滿足三高開發階段的工況要求，抽油機減速器的輸出軸轉速大幅變慢，由原先的12～20 r/min降至1～6 r/min之間，而隨著輸出軸轉速的降低，減速器各軸承的潤滑成為一個新的課題擺在人們面前，其中輸出軸軸承能否得到正常潤滑是關鍵。如何保證在低轉速下軸承快速得到潤滑，減少因軸承潤滑不良引發的質量事故，提升油田采油效率，成為目前亟待解決的重要問題[1-6]。

我公司從1989年開始涉足抽油機減速器制造領域，在其研究、制造方面積累了豐富的經驗。為解決以上問題我公司技術人員經過潛心研發，從刮油裝置結構、提高刮油效率及潤滑油路出發，研究出一種新型刮油裝置，很好地解決了以上問題，同時該新型刮油裝置經工業試驗應用，在實際使用過程中效果良好[10]。

1 傳統刮油裝置與新型刮油裝置結構及軸承潤滑方式對比

圖1所示為傳統刮油裝置（圖1（a））與新型刮油裝置（圖1（b））結構對比示意圖。

傳統刮油裝置由兩部分構成，采用薄板焊接而成。底座8上鉆有通孔，通過螺釘與箱體連接，刮油斜片9與底座8成一定角度并與齒輪輪緣接觸起刮油功能。

新型刮油裝置由7部分構成，采用機械連接方式結構。連接桿4上鉆有銷孔，通過夾板6及轉動銷軸5與刮油器體7連接，將以上部裝整體通過連接桿4穿過固定在箱蓋上的支座孔，將刮油器體7調節至距離中間齒輪輪緣端面合適距離，通過夾塊3、軸用彈性擋圈2與內六角螺釘1對連接桿4進行固定，刮油器體7與中間齒輪輪緣接觸實現刮油功能[10]。

圖2所示為抽油機減速器的各級軸承傳統潤滑示意圖。

圖2 各級軸承傳統潤滑示意圖

軸承的傳統潤滑方式主要采用油浴潤滑，具體為在抽油機減速器的中間級結合面處設置傳統刮油裝置4，其位于中間齒輪6的輪緣一側，傳統刮油裝置上的刮油斜片與中間齒輪端面保持一定角度與適當距離，刮油裝置通過螺釘與箱體連接固定，減速器運轉時將箱體內潤滑油帶起，刮油斜片將中間齒輪6輪緣端面潤滑油刮下，后潤滑油經布置在減速器箱體上的油路3流到低速軸承2和中間級軸承5中對其進行潤滑，而輸入軸7上的輸入軸承8的潤滑則依靠輸入軸7與中間齒輪6嚙合后擠油至軸承室進行潤滑[5]。

圖3所示為新型刮油裝置在抽油機減速器上的軸承潤滑示意圖。

圖3 新型刮油裝置下的軸承潤滑示意圖

從圖3可知，在箱蓋內腔設置有油槽，油槽分別與各軸承室連通，各軸承的潤滑方式為集中供油潤滑，具體是在減速器的箱蓋視孔窗處設置有新型刮油裝置1，其通過固定在箱蓋部位的支座與箱蓋連接，其刮油器體位于中間齒輪的輪緣一側，并與中間齒輪端面保持適當距離，減速器運轉時將箱體內潤滑油帶起，刮油器體將中間齒輪輪緣端面潤滑油刮下，然后潤滑油進入設置在箱蓋上的油槽2內，流到各軸承室內對軸承進行潤滑[9]。

2 兩刮油裝置在不同轉速、不同轉向下的刮油對比試驗

2.1 試驗對比

為了驗證傳統刮油裝置與新型刮油裝置在同等條件下的刮油效果，我們進行了刮油效果對比試驗。選擇由我公司自行研制開發的二代抽油機減速器JLEH53進行試驗，該減速器是為了滿足目前各大油田使用工況而開發的，其具有速比大、可與目前現行的同轉矩減速器外形尺寸相同互換等優勢，也可滿足長沖程、低沖次的要求，與同轉矩減速器配套電動機相比，配套功率僅為原電動機功率的一半左右[3-4]。

具體試驗布置方案如圖4所示：電動機1的試驗功率為22 kW，皮帶輪2為22 kW電動機配套，皮帶輪4安裝在二代抽油機減速器JLEH53上，皮帶輪2與皮帶輪4通過聯組窄V帶3相連接傳動[2]。具體試驗方案為：通過改變交流電源頻率的辦法使電動機1獲得不同的輸出轉速，進而使減速器輸出軸獲得不同轉速，通過記錄潤滑油到達輸出軸軸承的時間，進而對比兩刮油裝置的刮油效果[8]。

圖4 試驗布置方案圖

目前，各油田的抽油機減速器實際使用時其輸出軸轉速在1～6 r/min之間，為了更加真實地模擬實際使用轉速，本次試驗記錄的減速器輸出軸轉速共8種，分別為：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0、6.0 r/min，同時記錄不同轉速和轉向下的潤滑油到達輸出軸軸承的時間，我們規定面對皮帶輪側的輸出軸，其順時針旋轉為正向，反之則為反向[7]。

首先，我們按照預定方案對新型刮油裝置刮油效果進行了試驗，具體記錄了不同轉速和轉向條件下潤滑油到達輸出軸軸承的時間，統計情況如表1所示。

表1 新型刮油裝置中不同轉速和轉向條件下潤滑油到達輸出軸軸承的時間

我們按照預定方案對傳統刮油裝置刮油效果進行了試驗，具體記錄了不同轉速和轉向條件下潤滑油到達輸出軸軸承的時間，統計情況如表2所示。

表2 傳統刮油裝置中不同轉速和轉向條件下潤滑油到達輸出軸軸承的時間

2.2 數據統計分析及結論

通過試驗過程觀察及表1、表2數據對比分析，我們不難發現以下情況。

1）傳統刮油裝置所在減速器正向旋轉時軸承室內充滿潤滑油的時間明顯大于反轉時；而新型刮油裝置所在減速器正反向旋轉時軸承室內充滿潤滑油的時間兩者比較接近。

2）在相同轉速下正向旋轉時新型刮油裝置所在減速器的潤滑油到達輸出軸軸承時間要比傳統刮油裝置所在減速器潤滑油到達輸出軸軸承時間快20%左右；在相同轉速下反向旋轉時兩刮油裝置所在減速器潤滑油到達輸出軸軸承時間相差無幾。

3）軸承室內充滿潤滑油的時間與輸出軸轉速的快慢有關，隨著輸出軸轉速的加快，軸承室內充滿潤滑油的時間逐漸縮短。

3 兩刮油裝置優勢對比

傳統刮油裝置安裝在箱體結合面上，其與中間級齒輪輪緣端面之間是剛性距離，裝配時會偶而發生碰傷或在運轉過程中由于部件竄動碰撞刮油裝置，都有可能造成刮油裝置的損壞，導致無法正常刮油。在這些事故發生時由于刮油裝置所在位置被齒輪遮擋無法從視孔窗及時發現。同時由于減速器正反向旋轉時齒輪運轉路徑相差較大，導致刮油裝置與油面距離差別較大，轉向不同時可能造成缺油損壞軸承的事故發生[10]。與傳統刮油裝置相比，新型刮油裝置具有以下幾大優勢：

1）裝配位置的方便性避免了開箱維修的可能。新型刮油裝置的安裝位置固定在箱蓋視孔窗處，可直接對刮油裝置進行控制，維修方便。不會因刮油裝置損壞引發二次整機開箱維修的事故。

2）特殊的結構設計有效保證刮油效果。新型刮油裝置的連接桿可沿齒輪軸線方向進行微調，從而使刮油器體與齒輪輪緣間保持無間隙相切，并能使刮油器體對稱平面準確通過齒輪的軸線。刮油器體和齒輪發生相切干涉時轉動銷軸可自主浮動，并保持與齒輪輪緣相切而不干涉，即與中間級齒輪輪緣端面之間為非恒定距離，有效保證了在任何情況下都能有充足的刮油量。

3）均等刮油量有效保證了各旋轉方向下軸承都能得到充分潤滑。新型刮油裝置在中間齒輪的最頂端刮油，有效保證了在低轉速下正反轉刮油量均等，且潤滑油隨油槽等量分配到各級軸承處；同時由于所配套的油槽設計有一定的傾斜角度，當潤滑油較稠時，潤滑油依然能快速流至各軸承部位，保證了軸承得到充分潤滑，這是傳統刮油裝置所不能比擬的[1]。

4）有效解決結合面漏油問題，符合環保要求。新型刮油裝置刮下的潤滑油經油槽進入各軸承室，其不經箱體結合面，不會在箱體結合面處形成油污和污染環境，更符合當代節能環保的要求[12]。

5）安全性能大大提高，不會因部件竄動而損壞刮油裝置。在我國抽油機減速器齒輪齒型均為雙圓弧人字齒型，在使用中它會自主發生軸向竄動[11]，當刮油器片與齒輪輪緣距離較小時或者齒輪軸向竄動量較大時，中間齒輪會將刮油器片撞壞，最終影響軸承潤滑。而新型刮油裝置設置有轉動軸，完美解決了以上問題，安全性能大大提高，不會因部件竄動而損壞刮油裝置。

4 結語

該新型刮油裝置原理科學、結構簡單緊湊、占用空間小、安全性高、更換方便，通過科學的現場對比試驗，該新型刮油裝置的刮油功能基本能滿足使用要求。

該新型刮油裝置解決了實際使用中由于轉速不同或轉向不同造成的軸承潤滑不及時等問題，同時解決了長期困擾油田的抽油機減速器結合面漏油問題，能有效解決用戶的質量反饋，在同行業中值得推廣。