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抽油機(jī)減速器軸頭密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2012-10-16

作者：宋明勇　顧文萍　蘇德勝
（江蘇石油勘探局）

　　摘　要：針對在用抽油機(jī)減速器普遍存在的滲漏油問題，提出了一種新型減速器軸頭密封結(jié)構(gòu)。這種密封結(jié)構(gòu)是將機(jī)械密封運(yùn)用到軸頭密封上，在軸承端蓋內(nèi)部安裝由動靜環(huán)、O形橡膠圈及彈簧等組成的機(jī)械動密封裝置，動密封件選用具有一定硬度和耐磨性的材料制成。現(xiàn)場試驗(yàn)表明，密封結(jié)構(gòu)性能可靠，使用壽命長，對軸頭無磨損，功率損耗小，從根本上杜絕了抽油機(jī)減速器軸頭的滲漏油現(xiàn)象。
　　主題詞：抽油機(jī)；減速器；密封；改進(jìn)；試驗(yàn)
　　在油田開采中，抽油機(jī)減速器常存在不同程度的滲漏油現(xiàn)象，漏油的主要部位有上下箱體結(jié)合面、輸入軸、輸出軸的軸頭和軸承端蓋。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，江蘇油田現(xiàn)有的800多口抽油井中，存在滲漏油的減速器占總井?dāng)?shù)的43%左右，滲漏油部位分別占總井?dāng)?shù)的百分比大致為輸入軸頭18%，輸出軸頭16%，壓蓋6%，結(jié)合面3%。
　　文獻(xiàn)［1］詳細(xì)分析了抽油機(jī)減速器漏油的原因和主要危害，僅從使用、維護(hù)保養(yǎng)和潤滑的角度提出漏油的防治方法，提出徹底解決抽油機(jī)減速器漏油的根本途徑是設(shè)計(jì)更加合理的軸頭密封結(jié)構(gòu)，但沒有提出具體的改進(jìn)設(shè)計(jì)方法。
　　原減速器軸頭密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。密封件材料主要有毛氈和矩形橡膠，通過壓緊壓蓋起到密封作用［2］。其缺點(diǎn)是密封性能差，隨著使用時(shí)間的延長，軟填料長期被壓縮而變形，失去原有的彈性，逐漸磨損，無法自動補(bǔ)償，起不到長久的密封效果。這是造成減速器軸頭滲漏油的主要原因。
　　隨著油田生產(chǎn)發(fā)展，對減速器的密封提出了新的要求，軟填料密封效果差，使用壽命短，不便現(xiàn)場維修，已不能適應(yīng)現(xiàn)代石油工業(yè)的要求。因此徹底解決減速器的漏油問題，必須改進(jìn)在用抽油機(jī)減速器的軸頭密封結(jié)構(gòu)。

圖1　改造前減速器軸頭密封結(jié)構(gòu)
　　1.軸頭；2.壓蓋；3.矩形橡膠圈；4.軸承端蓋；5.石棉墊；6.箱體；7、8.O形橡膠圈；9.軸承

　　針對密封失效的原因，結(jié)合目前減速器軸頭密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，筆者提出將機(jī)械密封運(yùn)用到軸頭密封上，代替軟填料密封。
　　新型密封結(jié)構(gòu)
　　1、機(jī)械密封的特點(diǎn)
　　機(jī)械密封是指垂直于軸線的兩個(gè)密封元件的光滑表面相互貼合，并作相對轉(zhuǎn)動而構(gòu)成的一種密封，其特點(diǎn)是在動環(huán)和靜環(huán)之間的接觸面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，兩個(gè)面始終保持緊密貼合，能起到自動補(bǔ)償間隙的作用。
　　2、密封原理
　　改造后的減速器軸頭機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由軸頭、箱體、軸承端蓋、動環(huán)、靜環(huán)、傳動套、彈簧和O形橡膠圈等組成。動環(huán)、靜環(huán)是構(gòu)成動密封的主要元件。

圖2　改造后的軸頭機(jī)械密封結(jié)構(gòu)
　　1.靜環(huán)；2.靜環(huán)O形橡膠圈；3.動環(huán)；4.動環(huán)O型橡膠圈；5.固定銷釘；6.彈簧；7.傳動套；8.銷釘

　　傳動套用固定銷釘固定在軸頭上，靜環(huán)與軸承端蓋內(nèi)孔是過盈配合，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，固定銷釘帶動傳動套一起旋轉(zhuǎn)。動環(huán)與傳動套之間裝有彈簧，動環(huán)在彈簧的作用下，一方面靠其上的銷釘與傳動套的聯(lián)動作用，隨軸一起旋轉(zhuǎn)；另一方面，在傳動套銷釘滑槽的導(dǎo)向下可沿軸向移動，使旋轉(zhuǎn)的動環(huán)與靜環(huán)的密封端面始終處于貼合狀態(tài)，其間有一層極薄的油膜，以達(dá)到旋轉(zhuǎn)密封的目的。
　　軸頭機(jī)械密封裝置主要有4個(gè)密封點(diǎn)：(1)靜環(huán)與軸承端蓋的密封；(2)動環(huán)與軸頭的密封；(3)軸承端蓋與減速器軸承孔的密封；(4)動環(huán)與靜環(huán)接觸端面的密封。前3個(gè)密封點(diǎn)均為靜密封，一般不易泄漏油，只有第4個(gè)密封點(diǎn)是端面相對旋轉(zhuǎn)的動密封，是改進(jìn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
　　3、機(jī)械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。一是不要對減速器原結(jié)構(gòu)做大的改動，二是改造后不能影響減速器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于軸承端蓋內(nèi)部空間大，且軸頭伸出長，有足夠的空間安裝機(jī)械密封裝置，只需重新設(shè)計(jì)軸承端蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即可安裝機(jī)械密封裝置。
　　(2)密封件材料的選用。選用內(nèi)裝式、單端面、小彈簧、非平衡、螺釘傳動型機(jī)械密封。要求密封件材料具有一定的硬度和耐磨性。由于密封介質(zhì)為潤滑油，動、靜環(huán)摩擦副材料可以用硬質(zhì)合金—石墨或鈷基堆焊—石墨或硬質(zhì)合金、鈷基堆焊—浸青銅等。輔助密封件材料可選用丁腈橡膠。
　　(3)技術(shù)要求。動環(huán)和靜環(huán)的設(shè)計(jì)與加工直接關(guān)系到軸頭機(jī)械密封的可靠性，因此動環(huán)和靜環(huán)的摩擦副表面粗糙度要求較高，以確保密封面間的緊密貼合；彈簧的設(shè)計(jì)主要考慮在一定的彈力下，有足夠的工作長度以自動補(bǔ)償摩擦面磨損后產(chǎn)生的間隙。
　　試驗(yàn)與應(yīng)用
　　1996年1月臺樣機(jī)，經(jīng)過地面空載試驗(yàn)和現(xiàn)場承載試驗(yàn)，證明其密封可靠后，陸續(xù)挑選漏油Z嚴(yán)重的減速器進(jìn)行小批量改造，到目前為止，已經(jīng)改造了二十多臺。首臺改造減速器在江蘇油田真43井無滲漏油累計(jì)運(yùn)行達(dá)3年之久。對經(jīng)改造密封結(jié)構(gòu)的抽油機(jī)減速器逐月跟蹤檢查表明，機(jī)械密封改善了減速器的密封性能，從根本上杜絕了滲漏油現(xiàn)象，具有密封性能可靠，使用壽命長，對軸無磨損，功率損耗小，運(yùn)轉(zhuǎn)工作期間無需維修等優(yōu)點(diǎn)。
　　結(jié)論
　　1.機(jī)械密封結(jié)構(gòu)運(yùn)用于抽油機(jī)減速器軸頭密封，代替軟填料密封是切實(shí)可行的，是根治目前減速器漏油問題的有效方法之一，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
　　2.原減速器軸頭密封位置空間較大，可以在不改動原密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加裝一套機(jī)械密封裝置，對軸頭起到雙層密封的作用，使密封更可靠，實(shí)現(xiàn)長年無需維護(hù)的目標(biāo)。
　　3.機(jī)械密封結(jié)構(gòu)不僅可以用于新機(jī)，而且更適合大量在用的各種抽油機(jī)減速器的改造。
　　參考文獻(xiàn)
　　1.蘇德勝，任永林.抽油機(jī)減速器漏油防治方法.小型油氣藏，1996，1(3)：50 ～51
　　2.鄔亦炯，劉卓均，趙貴祥等.抽油機(jī).北京:石油工業(yè)出版社，1994：216～227

來源：《石油機(jī)械》1999年第27卷第9期

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