抽油机减速器故障诊断与处理方法研究

李蛟真,马志勇，庄琛源,陈晓璞,何　平

中国石化中原油田分公司地面工程抢维修中心 （河南 濮阳 457176）

减速器是大型游梁式抽油机上最具有经济技术价值的核心部件[1]，在生产现场发生故障时，一般直接更换总成，以求快速恢复生产。直接更换总成的方法，施工成本较高，尤其在故障原因判断不准或采取措施不当时，会造成无效劳动，甚至导致故障继发重现和更大损失。为了快速而有效地解决减速器故障，对漏油与振动异响这两类主要故障形式的成因及处理方法进行了研究。

1　漏油

在有人值守条件下，漏油是很容易被及时发现的抽油机故障表象特征。其危害就是污染工作环境，增加生产成本，若不及时添加则造成磨损加剧及故障停机。

1.1　静密封失效

静密封部分主要包括箱体与箱盖结合面、中间轴两端面，以及放油孔等。中间轴两端面与放油孔等处，多为密封件自然老化或电焊防盗时因受热失效而漏油，在现场可以更换密封件解决。结合面处，大多是长期复杂应力造成结合面变形，以及固定螺栓松动或被拉长等原因，使静密封面在抽油机运行过程中发生了轻微的相对运动，而普通的平面密封垫与密封胶又没有动密封功能，因而发生漏油。静密封失效，在现场可采用漏油点封堵或全封堵的方法。现场封堵中，首先用科学的紧固顺序和可靠的防松动措施，把质量合格的合箱螺栓全部紧固好；其次是清洁干净漏油处的结合缝或全部的静密封结合缝；最后象电焊焊缝一样，用专用胶涂敷静密封结合缝，在结合缝处再造完整可靠的静密封胶圈。以14型抽油机为例，现场封堵与传统的回场后更换密封圈相比，每台次可节约施工费用1万元以上。

1.2　动密封失效

动密封部分包括主动轴与从动轴的轴承透盖，密封方式主要分为接触式与非接触式两大类。接触式密封失效，除了少部分是呼吸阀与回油道堵塞[2]，或者抽油机横向水平误差较大与加油过量等原因造成单侧或双侧回流不及外，大部分是由于O形密封圈与骨架密封圈磨损或老化而失效。在保证横向水平误差不大于1‰，呼吸阀畅通，油量添加合理的条件下，非接触的直通型迷宫式动密封可靠寿命几乎无限大。由于抽油机减速器润滑油黏性较大（大于水），工作温度为-20～40℃，转速介于0.1～1.3 m/s，内外压差接近0，所以对同轴度、粗糙度、配合间隙的技术要求并不高。现场应用经验表明，配合间隙控制在0.5 mm左右[3]，在端盖内孔壁上切出5～7个矩形环槽，并在环槽底部沿轴向开截面合理的回油槽（图1），回油槽沿轴线方向外浅内深，靠近箱体外表面最浅处与环槽底部平齐，从轴承室泄出的润滑油在节流与扩容作用下，内外压力平衡后，就会在重力作用下，沿底部的回油槽回流到轴承室。直通型迷宫的矩形槽环切在端盖内孔壁上，既不会削弱输入轴与输出轴的强度，也不会改变减速箱的整体结构，改造费用较低。大型抽油机的动密封件老化失效后，最好办法是更换总成以维持生产，回场后对轴承端盖进行非接触直通型迷宫式技术改造。

图1　直通型迷宫式动密封示意图

2　振动异响

2.1　本质型故障

无论制造质量，还是自然老化与使用不当等原因，凡造成减速器轴系、箱体等零部件发生较大尺寸与性能改变，也就是发生“器质性病变”的，都属于本质型故障，最佳措施是先更换总成维持生产，然后根据经济评价结果，决定是否进行深度技术维修。凡诊断为本质型故障，均应有可视性的客观证据，生产管理人员可“循音查病”，并眼见为实。

2.1.1齿轮损坏

齿轮损坏的最主要形式就是断齿、齿面磨损使齿顶变尖、齿面点蚀产生麻面等，判断的主要方法就是打开观察孔大盖目测检查。

2.1.2串轴

输出轴靠轴承定位，中间轴与输入轴靠人字齿轮由输出轴进行轴向定位[4]，串轴故障都发生在输入轴上。中间轴由于动齿轮与轴过盈量不够、螺旋角误差、齿厚误差等因素影响都会引起串轴[5]。但实际生产中，由于输入轴转速最高，齿面磨损最快，齿面不均匀磨损后，人字齿轮对称度偏差是串轴的一个重要诱因。齿面磨损是一个渐进的过程，早期的轻微串轴与噪音很难诊断，在生产现场上，可选择静止的刹车毂作为参照物，观察刹车轮凸缘与刹车毂的相对距离变化情况，若发生规律的交替变大与变小，表明串轴已经发生，相对距离的大小就是串轴量的大小，要做到早发现、早干预、早做应急准备。

2.1.3轴承损坏

轴承损坏多由润滑不良、疲劳老化、负载异常等原因引起，判断轴承是否损坏，除了噪音外，还可观察轴的跳动，也就是轴表面与轴承端盖内孔的间隙变化，也可以用红外测温仪检测工作温度是否异常，也可打开观察孔大盖，检查轴承滚珠、保持架等工作状态。

2.2　输入型故障

有振动并伴有异响，减速器本质又没有明显可见损伤，可怀疑为输入型故障，并从联结定位失效、井筒异常及其他故障等方面查找原因。

2.2.1联结定位失效

在排查减速器的输入型故障时，首先要对抽油机巡回检查，根据异响传出的大致方位，重点检查抽油机各相关连接部位有无松动与失效，比如曲柄锁紧螺栓、减速箱固定螺栓、中轴承及尾轴承座固定螺栓、压杠固定螺栓等联结处有无松动，驴头销有无退出。联结定位失效，会发生抽油机抖动而产生冲击负荷，使齿轮啮合时产生冲击噪音，恢复可靠联结后，振动与噪音会自然排除。

2.2.2井筒异常

井筒中管、杆、泵的组合复杂多样，杆柱通过吊绳与抽油机进行软连接，井筒中的深抽减载装置、防喷泵、垢、蜡、砂等任何因素异常，均可通过传动链，把急剧变化的负载传导到减速器上，而井下噪音由于地层太深大多听不到，但地面上的减速器因为齿侧间隙的存在，则会在载荷不规则急剧变化时产生冲击噪音，令人误判减速器出现故障。

井筒故障可根据现场条件以及故障复杂程度，用不同的方法进行判断：①用目测法观察光杆有无瞬间卸载现象，但对于不完全卸载以及瞬间急剧加载的情况，不能有效识别。②用指针式电流表观察指针摆幅变化情况，通过指针摆动可以观察到加载与卸载是否规律和连续，但这种方法在冲次高时电流变化太快不易判断。③用吊车试抽法，根据提升载荷变化，判断井下杆柱工作是否正常，但不能准确判断下行时的阻滞。④用示功图法，根据负载线的变化情况，以及减速器振动异响时对应的曲柄相位角是否一致，判断抽油机是否真正出了故障[6]。在4种方法中，示功图法是准确判断井筒故障最有效的方法，在生产现场通过此方法，诊断并解决了多起输入型减速器振动异响的假故障。

1）结垢。如图2所示，上冲程负载线剧烈波动，诊断该井为井下管柱卡滞问题，建议采取修井解卡。

作业解卡中发现，Φ22 mm及Φ19 mm抽油杆接箍轻微偏磨，Φ19 mm杆本体及接箍结垢严重，400～960 m油管内壁结蜡严重，有8根油管被蜡堵死，1 300 m油管需更换，深井泵为小接箍防砂泵，剖泵后发现活塞上下凡尔罩有一些原油物质。作业完井后重新开抽，减速器振动与异响消除，示功图也恢复正常。

图2　 W184-C29示功图

2）防喷泵固定凡尔漏失。如图3所示，加载与卸载线有台阶，下行时减载困难，半程后才开始减载，卸载线平缓，并与加载线靠近产生交叉，上、下冲程负载线几乎重合且不规则，建议检修深井泵。

图3　 W79-124示功图

检泵作业中，管杆未发现异常，剖泵后发现，防喷泵小球脱落，导致凡尔座不密封，造成泵固定凡尔漏失，进而造成了负载异常，这是一起井下防喷泵质量问题，投射到地面抽油机后，引起了减速器振动异响。检泵后开抽，液量恢复正常，振动与异响消失，示功图也恢复正常。

3）上碰挂[7]。如图4所示，上行负载线有明显的多次加载与减载特征，疑为杆柱挂接箍后，引起杆柱在井筒内抖动上行，并多次发生轻微挂碰，最终传导到减速器引发振动与异响，建议调整防冲距或旋转杆柱角度。

现场上，首先将该井防冲距下调30 cm，开抽后振动异响加剧，立即停井，将防冲距上提45 cm，也就是在原杆柱基础上，将活塞上提15 cm，开抽后一切正常，减速器异响与震动消除，功图也恢复正常。

图4　 W88-30示功图

2.2.3其他故障

在抽油机减速器的振动异响中，生产现场有时还会有一些非典型的输入型原因。减速器润滑油变质异常变稠后，会出现较大的啪啪声但振动小。减速器的筒体失稳后，会出现嗡嗡的蜂鸣声并伴有振动。使用硬特性的电机做为动力源，在启动时会出现呯的撞击声和短时振动。这些非典型的输入型原因，都易误判为减速器故障。

3　结论

1）静密封失效，在现场采用专用胶封堵比较经济有效；动密封失效，回场后改造为流阻型非接触直通型迷宫式密封更经济可靠。

2）减速器振动与异响，要用科学的方法准确诊断故障原因。属于本质型的，先换总成件尽快恢复生产，回场后依据经济价值确定是否进行深度修理；属于输入型的，采用示功图等方法查清原因，再采取针对性的措施，彻底解决问题，并避免损失扩大。

参考文献：

[1]郑德贵,李保全.抽油机减速器常见故障浅析[J].机械研究与应用,2011,24(2):102-103.

[2]李 强.抽油机减速箱漏油故障原因分析和治理措施[J].中国化工贸易,2013,5(z1)：226.

[3]赵晓荣.抽油机减速器轴密封装置的改进[J].机械工程师,2013(7):230-231.

[4]陈 琴,张光伟.抽油机减速器常见故障诊断[J].机械设计与制造,2005(12):122-124..

[5]张连山.关于抽油机减速器常见故障分析的几个问题[J].石油机械,1999,27(2):44-47.

[6]袁德虎.基于GPRS通讯方式的抽油机远程监控系统研究[D].乌鲁木齐：新疆大学,2005.

[7]关成尧,檀朝东,余金泽,等.大港油田抽油机井典型示功图分析[J].中国石油和化工,2007(22):57-62.