抽油机减速器三轴齿轮反装修复技术分析.doc

抽油机减速器三轴齿轮反装修复技术分析

针对采油生产一线,抽油机减速器损坏较多的现象,在分析抽油机减速器工况的基础上,提出减速器修复中的一种新措施，对减速器的三轴齿轮进行反装，在理论上加以分析和验证,并在生产中进行经验总结,实现降本增效的目的。
抽油机是目前中原油田采油厂广泛使用的主要采油装备，抽油机作为有杆抽油系统中的关键装备，机采技术工艺链中的重要一环，影响制约着我厂的原油上产。由于我厂抽油机数量多，抽油机配件费用高，目前，抽油机的修复项目已成为我厂降低生产成本，实施挖潜增效的着力点。仅采油五厂目前在用各种型号的抽油机达640余台，由于抽油机长期野外作业，工作环境恶劣，零部件损坏现象较多，已成为机采技术链中的薄弱环节，从我厂现场抽油机的使用状况来看，抽油机各个主要部件中，损坏现象较多的主要是减速器、游梁中、尾轴承座、及驴头，据统计由于减速器损坏而使抽油机不能正常运转的每年占损坏抽油机的40%以上。
减速器是抽油机的主要核心部件，也是抽油机的主要易损件，采纳三轴两级传动，分为主动轴、从动轴和中间轴，轮齿普遍采纳的是斜齿轮和人字齿轮。工作运行中起到增距、减速的作用，使电机的旋转运动，最终实现驴头的上下往复运动，以实现抽汲原油的目的。目前，采油生产一线现场应用中抽油机减速器存在故障损坏现象较多，以近二年现场改换减速器为例，据统计，2021年我厂损坏减速器78台，2021年为73台，每年因改换减速器投入资金达400余万元。因此探究抽油机减速器损坏的原因及如何进行有效的修复具有很现实的意义。
对抽油机减速器从理论上进行了深入的探讨，并结合一线生产实际，如何进行降本挖潜增效，修复抽油机减速器进行有益的探究。据现场调查，减速器的损坏主要是三轴齿轮的损坏，齿轮的失效形式从理论上讲主要有轮齿的折断、磨损、胶合和点蚀，从我厂的抽油机使用现状来看，造成减速器损坏的主要原因是齿轮的轮齿磨损严重，造成减速器噪音过大，工况恶化。减速器的三轴齿轮由于承受较大的交变载荷，使轮齿正面磨损较严重，而齿背一侧则相对磨损较轻，那么能否利用磨损较轻的齿背一侧作为工作面，对减速器的三轴进行反装呢？在这方面我们分别作了现场实验与理论分析，现对其理论作一下初步探讨。
抽油机减速器工况分析
作为抽油机的主要核心部件的减速器，其主要的工作特点是：速度较低、承受很大的负荷、力和十分大的扭矩，传动比相对抽油机其他部件来说也很大，工况十分恶劣。大力和大扭矩的存在，造成减速器齿轮轮齿承受力较大的一面磨损严重，从理论上分析来说，齿轮在具有啮合间隙的状况下，齿轮背面一侧是基本上是不受力作用的，但由于抽油机负扭矩的存在，使齿轮背面一侧也承受较大的力，造成一定程度的磨损。负扭矩现象的存在是由于抽油机在正常工作的状况下输出扭矩，克服抽油机载荷的减速器的从动轴，在到达某一点、某一瞬时的客观现状，游梁式抽油机的减速器被较大的载荷反向瞬时被提前拖动，造成了游梁式抽油机的减速器从动轮轴带动了抽油机的减速器的主动轮轴，因而出现了反向做功的客观现实状况，造成游梁式抽油机的减速器传动力靠减速器的齿轮齿背进行大力、反向进行传递。客观上分析，因为抽油机减速器存在负扭矩这一客观因素，因而从客观上形成抽油机减速器齿轮受力磨损的主要原因，负扭矩状况的存在是目前油田广泛应用的游梁式抽油机克服不了的客观现象，这也是游梁式抽油机内在因素的性质所需，和野外工作的生产现状的所避免不了的。由于负扭矩工作状况只是在游梁式抽油机减速器曲柄转角的小范围内客观条件的存在，与减速器的正扭矩这一现象相比来说，它工作时的时间很短，且其受力的数值相比其它正扭矩的数值要小很多。因而，从客观上出现了减速器齿背的一面受磨损的较轻，而减速器齿轮正面一边磨损十分历害，为充分利用齿轮磨损较轻的一面进行工作提供了可能。
三轴反装后的校核
依据减速器齿轮轮齿齿背一侧比正面磨损较轻的现象，这一状况的存在，可对正面磨损严重，啮合间隙超标的齿轮三轴进行反装以使原承受扭矩较小的齿背一侧来承受较大的扭矩进行工作。

减速器三轴反装前后，齿轮的形状结构、材质等都没有发生变化，唯一变化的量是螺旋角的变化，设原来的主动轴、中间轴左右斜齿、中间轴斜齿、从动轴齿轮的螺旋角分别为1、2、3、4，则反装后的螺旋角分别为-1、-2、-3、4，
依据斜齿轮啮合的条件：1＝-2 3＝-4
端面模数和端面压力角相等
三轴反装后：-1＝-(-2 ) 3＝-(-4)
端面模数和端面压力角未发生改变仍相等，满足斜齿轮的啮合条件：螺旋角大小相等，方向相反。
结论
抽油机减速箱三轴反装从理论上讲是切实可行的，为了进一步证实这种方法的有用性，从2021年5月我们开始对减速箱三轴进行了反装试验，按此方法共修复62台减速箱，经跟踪调查现场使用状况优良，目前仅有4台减速箱因漏油，2台减速箱因串轴返回，其他56台减速箱的齿轮啮合状况均达到有关标准：
⑴齿轮副侧隙、齿轮接触迹线位置偏差和接触斑点的大小在标准范围内。
⑵减速器噪声小于85 dB。
⑶齿轮运转平稳可靠，无冲击现象。
减速器整体运转完好率达90.3%，反装后的减速器使用时间可达2~5年，平均每反装一台减速箱可节约成本1.9万元，累计节约资金120余万元。
减速器三轴齿轮反装在抽油机的修复技术上是一次重大探究与施行。三轴反装后，不仅扩展了减速箱的修复范围，使原来一部分磨损超标的予以报废的齿轮可以反装持续使用，而且大大降低了抽油机的修理费用。
应注意的问题
在减速箱三轴反装中，应选择磨损间隙超标不严重的齿轮进行反装，进行选配，保证齿轮啮合间隙达标，以使在负扭矩状态下，减速器工况优良，同时更为重要的是要尽量减少负扭矩的存在及其峰值。其次,大修减速器装配时，调整好从动轴轴承的定位间隙和石棉纸垫，选择合适厚度的石棉纸垫进行调整间隙。第三，按照石油天然气行业标准SY/T5044-2003《游梁式抽油机》中的要求，应对修复的减速箱进行运转试验，空载实验不少于10小时，试机检测，运转中不能出现漏油、窜轴、冲击、异常响声等一系列故障，合格后方能出厂，上井工作。