油田机械传动装置的润滑剂选择及其故障处理

韦 云,刘建国 (中石化河南油田分公司井下作业处,河南南阳473132)

润滑是保证机械设备正常工作安全运行的重要条件之一[1]。从我国油田企业的石油机械设备故障或事故统计可以看出,因润滑不良如:缺油、油品不对、油质不纯、油品变质等而造成的故障或事故占全部故障或事故的50%以上。因此,必须重视石油机械传动装置的润滑,以减少设备故障和维修成本,从而提高生产率和油田企业经济效益。为此,笔者对油田环境下机械传动装置的润滑剂选择及其常见故障进行探讨。

1 石油机械传动装置的润滑剂选择

在油田环境下,石油机械设备大多在露天工作,风吹雨打,温度变化,尘土飞扬,给机械传动装置的润滑带来诸多不利因素。因此,在对石油机械传动装置润滑剂进行选择时要充分考虑这些因素。

1.1 轴承传动

合理的润滑是保证轴承正常运转的必要条件。轴承润滑分为滑动轴承润滑和滚动轴承润滑,而应用最多的还是滚动轴承润滑。润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、振动等有重要的影响,有40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关。轴承润滑的目的是使轴承滚动面间形成一层油膜,以防止金属与金属直接接触[2]。

1.1.1 轴承润滑剂的特点

润滑对滚动轴承的作用有:①减轻摩擦及磨损,延长轴承的寿命;②排出摩擦热,防止轴承温升过高;③防止异物侵入,起到密封的作用;④防止金属锈蚀。

滚动轴承几乎都采用脂润滑或油润滑,也有一些特殊用途用二硫化铂、石墨等固体润滑剂润滑。在脂润滑和油润滑中,脂润滑用的又最多,约有80%的滚动轴承都是使用脂润滑。

同油润滑相比,脂润滑具有以下优点:①润滑装置简单;②润滑脂不易泄漏,轴承的密封结构简单;③轴承的维护、保养方便;④润滑脂有密封作用,可防止外部灰尘、水分和其他杂质侵入轴承;⑤容易提高机械装置的清洁度。脂润滑的缺点是轴承摩擦大,散热不好,允许的转速比较低。

与脂润滑相比,油润滑具有以下优点:①适合于高速旋转;②高温稳定性好,适合在高温下使用;③散热好,油润滑可起冷却作用;④容易除去轴承内部的磨粒和杂物;⑤可与齿轮之类的轴承周围零件共用一种润滑剂,实行共同润滑。

1.1.2 轴承润滑剂的选择

选择合适的润滑剂是一项复杂的工作,除了一些必要的定量计算之外 (如油膜润滑参数),还应综合考虑以下几种因素。

1)轴承的工作温度、转速及负荷 润滑剂粘度对油膜厚度影响很大,润滑油粘度越低,则油膜承载能力越差,油膜越易破裂。为了形成需要的油膜厚度,润滑剂在工作温度下必须具有一定的粘度。工作温度高时,应选用粘温性好和抗氧化性好的高温剂;工作温度低时,应选用低温流动性好的润滑剂。轴承内的润滑剂在轴承运转中会产生粘性摩擦阻力。同样转速下,粘度越大,摩擦越大,则温升高,反而会使润滑剂工作粘度下降[3]。因此,转速高时应选粘度较低的润滑油或基础油粘度较小的润滑脂。轴承负荷影响形成油膜的厚度,负荷愈大,油膜厚度愈小,所以,轻负荷时宜选用粘度较低的润滑剂;重负荷时宜选用较高的粘度,并加有极压添加剂。

2)轴承的运转性能 使用脂润滑的轴承,当要求摩擦特别小时,或者要求在低温下起动摩擦力矩小时,应选用由合成基础油组成的相似粘度低且针入度较大的润滑脂。要求噪音低的小电机轴承,应选用经过滤的硬脂或粘度较高的基础油润滑脂,以减小轴承噪声。

3)环境条件 在潮湿环境中工作的轴承应选用防腐性能好的润滑脂。潮湿环境中工作的机械,又要较长时间停车时,停车后轴承表面会因冷却而形成冷凝水,为防止生锈,应选用不吸水的钙基脂。当轴承周围灰尘大,又采用曲路密封,希望润滑脂也起密封作用,应选用针入度较小的润滑脂。当轴承介质有强烈的化学作用时,应选用有抗腐添加剂的润滑脂。

4)润滑脂的寿命 润滑脂的使用寿命不仅取决于润滑脂本身的性能,还与外部条件如温度、转速、振动、负荷、环境等有关。在一次性润滑的密封轴承中,所用润滑脂的寿命应大于轴承的疲劳寿命。在没有再润滑补脂装置的轴承应用中,所用润滑脂的寿命应和整个机械装置的大体一致。

1.2 齿轮传动

开式及半开式齿轮传动,或低速的闭式齿轮传动,通常用人工作周期性加油润滑,所用润滑剂为润滑油或润滑脂。通常闭式齿轮传动的润滑方法可根据齿轮的圆周速度大小而定。当齿轮传动的圆周速度小于12m/s时,可采用浸油润滑。用浸油润滑时,以圆柱齿轮或蜗轮的整齿高,或蜗杆的整个螺纹牙高浸入油中为适度,但不应少于10mm;圆锥齿轮应将整个齿宽 (至少半个齿宽)浸入油中。对于多级齿轮传动,或低速级大齿轮的圆周速度为0.5～0.8m/s时,浸油浓度可适当大一些;若低速级大齿轮的圆周速度较高时,高速级齿轮可采用带油轮、溅油轮的方法来润滑。

对于下蜗杆的蜗轮减速器,在确定油面位置时,应注意油面不要高于支撑蜗杆的滚动轴承的最低滚动元件的中间,且浸油深度为蜗杆的一个齿高;当为上蜗杆时,浸油深度约为蜗杆外径的1/3。当齿轮的圆周速度小于12m/s时,应采用喷油润滑;当齿轮的圆周速度小于等于25m/s时,喷油嘴位于轮齿啮入边或啮出边均可;当齿轮的圆周速度大于25m/s时,喷嘴应位于轮齿啮出的一面。

由于2个齿轮相应结合面的啮合时间非常短暂,实际接触面积很小,所以单位面积承受的压力很大。齿轮负荷越大,选用油的粘度也应越大;齿轮转速越快,选用油的粘度应越小;工作温度越高,选用油的粘度也应越大。

1.3 链条传动

链条传动多数采用人工润滑。使用人工润滑时,每班应注油一次;采用油浴润滑时,链条浸油深度一般应为6～12mm;采用飞溅润滑时,链条浸油深度一般为12～33mm;采用压力供油时,供油量可根据链节距及链速大小查阅有关手册。链条传动润滑油推荐采用HJ20、HJ30和HJ40号机械油。对于开式及重载低速传送的,可在润滑油中加入MOS2、WS2等添加剂;对于不便使用润滑油的场合,也允许涂抹润滑脂,但应定期清洗与涂抹。

2 石油机械传动装置的润滑故障及防范

2.1 润滑故障

在油田环境下,如果机械传动装置润滑不当,也会造成相当严重的损失。轻者损坏零部件,加快设备磨损,降低设备使用寿命;重者会造成设备损坏事故等严重的后果。石油机械传动装置常见的润滑故障大体可归纳为以下几种形式。

1)运转不灵,振动大,噪声高,动力损耗大。传动装置在工作过程中,传动件常常会出现卡住、断续运转和运转不均匀等现象。有时还会发生刺耳的异响、冲击声,出现较大的抖动现象。在这种情况下,设备无法正常传递运动且能量损耗又特别大。

2)油温过高、热变形大,引起损坏。部件工作一段时间后,箱体内油温急剧上升,有时还会冒烟,漏油现象严重。在这种情况下,由于箱体内温度过高,有些零件表面会熔结而产生故障;有些零件热变形大,精度下降,还有可能降低材料强度,引起破坏。

3)齿轮副等主要零件,在啮合面间的油膜破裂,引起损坏。齿轮副等零件,在油田现场恶劣的工况条件下,在啮合面间无法形成良好的油膜,长期下去,接触面就会出现点蚀、胶合、塑性变形、冲击断裂等失效形式,使机械设备无法正常工作。

2.2 防范措施

防止石油机械传动装置的润滑故障,一定要加强全面管理,从整个油田机械系统来分析问题,采取可行的防范措施。对于关键而易损的部件更要引起足够的重视,努力创造良好的润滑状态。在使用维修时要多观察,多做早期故障诊断,及时排除故障。严格执行设备操作保养规程,加强设备的维修保养,使设备磨耗降低到最小,把机械设备的利用率提高到最高。此外,还要使设备操作手养成良好的操作习惯,启动设备时,要按规定校验润滑系统的工作状态,切不可使设备在缺乏润滑的情况下运转;在关键的传动部位油品使用上,要按要求使用高品质润滑油,决不能以次充好而采用变质报废的润滑油或润滑脂。

1)选用合适的润滑油 根据传动装置的工作环境、载荷、运动特点、摩擦形式选择合适的润滑油种类、牌号。如齿轮副的选油:对于低速重载齿轮,要考虑齿轮冲击,选择具有极压抗磨性润滑油;对于高速运动的齿轮,选择流动性较好的、粘度低的齿轮油。在寒冷地区油田现场工作的齿轮,必须保证润滑油能自然循环流动,应选用低凝齿轮油,润滑油的凝点至少比环境温度最低值低5℃。但注意粘度太低不能充分形成油膜,而会引起摩擦副烧坏。

2)正确使用润滑油 一是加油时要保持各种加油器具的清洁,避免将杂质带入油箱。二是油量要合适:一台设备设计时就严格规定了它的加油量,机修工和操作者应根据使用说明书和日常的油尺、视镜等所观察到的情况加、补润滑油,润滑油的液位正常保持在油标的上下刻线之间。三是要经常对润滑油进行检测,发现指标异常时,要查明原因,采取措施防止指标进一步恶化,对失效的润滑油要及时更换。四是每次大修时要全面清理润滑系统,对润滑油进行分离和过滤,对失效的润滑油进行更换。五是储油的油库要有良好的通风散热条件,防止温度升高油品变质。

3)防止润滑系统污染 要尽可能使润滑油处于稳定的环境条件,避免出现漏油、漏水和混油现象。要加强润滑系统的密封条件,经常检查密封件是否完好,密封摩擦面的微小损伤和变形直接影响油膜的形成和稳定性,造成漏油,导致机械装置损坏、失效。因此,如有损坏要及时更换。要经常检查和清洗润滑系统的过滤装置,使其保持完好和清洁,防止杂质进入油内。在对润滑系统进行维护保养、排除故障、更换元件时,必须保持系统的清洁。

4)及早发现、有效预防润滑故障 要多做早期故障诊断,及时排除故障;加强设备的维修保养,使能量损耗降低到最小程度,把机械设备的利用率提高到最高程度。润滑故障在即将发生或刚开始发生之时,机械零部件会表现出与正常时不同的状态,因此要了解设备的最初运动状态,诸如温度、噪声、振动等一系列的参数,以便能将设备正常状态和出现异常及故障后的状态加以对照,及早发现润滑系统故障。

[1]赵艳萍,姚冠新,陈骏.设备管理与维修 [M].北京:化学工业出版社,2010.56～57.

[2]李杰,刘芳,夏飞,等.润滑剂的极性对润滑作用的影响 [J].聚氯乙烯,2005,(3):26～28.

[3]曹毅,赵玉贞.合成润滑剂在汽车行业中的应用 [J].合成润滑材料,2005,32(2):34～38.