抽油機減速器軸頭密封結構的改進
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構。這種密封結構是將機械密封運用到軸頭密封上，在軸承端蓋內部安裝由動靜環、O形橡膠圈及彈簧等組成的機械動密封裝置，動密封件選用具有一定硬度和耐磨性的材料制成。現場試驗表明，密封結構性能可靠，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減速器軸頭的滲漏油現象。（江蘇石油勘探局）
主題詞：抽油機；減速器；密封；改進；試驗
在油田開采中，抽油機減速器常存在不同程度的滲漏油現象，漏油的主要部位有上下箱體結合面、輸入軸、輸出軸的軸頭和軸承端蓋。據初步統計，江蘇油田現有的800多口抽油井中，存在滲漏油的減速器占總井數的43%左右，滲漏油部位分別占總井數的百分比大致為輸入軸頭18%，輸出軸頭16%，壓蓋6%，結合面3%。
文獻［1］詳細分析了抽油機減速器漏油的原因和主要危害，僅從使用、維護保養和潤滑的角度提出漏油的防治方法，提出徹底解決抽油機減速器漏油的根本途徑是設計更加合理的軸頭密封結構，但沒有提出具體的改進設計方法。
原減速器軸頭密封結構如圖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］。其缺點是密封性能差，隨著使用時間的延長，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。
隨著油田生產發展，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，不便現場維修，已不能適應現代石油工業的要求。因此徹底解決減速器的漏油問題，必須改進在用抽油機減速器的軸頭密封結構。
圖1 改造前減速器軸頭密封結構
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，結合目前減速器軸頭密封結構特點，筆者提出將機械密封運用到軸頭密封上，代替軟填料密封。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
新型密封結構
1、機械密封的特點
機械密封是指垂直于軸線的兩個密封元件的光滑表面相互貼合，并作相對轉動而構成的一種密封，其特點是在動環和靜環之間的接觸面上產生適當的壓緊力，兩個面始終保持緊密貼合，能起到自動補償間隙的作用。
2、密封原理
改造后的減速器軸頭機械密封結構如圖2所示，主要由軸頭、箱體、軸承端蓋、動環、靜環、傳動套、彈簧和O形橡膠圈等組成。動環、靜環是構成動密封的主要元件。
圖2 改造后的軸頭機械密封結構
1.靜環；2.靜環O形橡膠圈；3.動環；4.動環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，靜環與軸承端蓋內孔是過盈配合，當軸旋轉時，固定銷釘帶動傳動套一起旋轉。動環與傳動套之間裝有彈簧，動環在彈簧的作用下，一方面靠其上的銷釘與傳動套的聯動作用，隨軸一起旋轉；另一方面，在傳動套銷釘滑槽的導向下可沿軸向移動，使旋轉的動環與靜環的密封端面始終處于貼合狀態，其間有一層極薄的油膜，以達到旋轉密封的目的。1.靜環；2.靜環O形橡膠圈；3.動環；4.動環O型橡膠圈；5.固定銷釘；6.彈簧；7.傳動套；8.銷釘
軸頭機械密封裝置主要有4個密封點：(1)靜環與軸承端蓋的密封；(2)動環與軸頭的密封；(3)軸承端蓋與減速器軸承孔的密封；(4)動環與靜環接觸端面的密封。前3個密封點均為靜密封，一般不易泄漏油，只有第4個密封點是端面相對旋轉的動密封，是改進設計的關鍵。
3、機械密封結構設計
(1)結構設計原則。一是不要對減速器原結構做大的改動，二是改造后不能影響減速器的正常運轉。由于軸承端蓋內部空間大，且軸頭伸出長，有足夠的空間安裝機械密封裝置，只需重新設計軸承端蓋內部結構，即可安裝機械密封裝置。
(2)密封件材料的選用。選用內裝式、單端面、小彈簧、非平衡、螺釘傳動型機械密封。要求密封件材料具有一定的硬度和耐磨性。由于密封介質為潤滑油，動、靜環摩擦副材料可以用硬質合金—石墨或鈷基堆焊—石墨或硬質合金、鈷基堆焊—浸青銅等。輔助密封件材料可選用丁腈橡膠。
(3)技術要求。動環和靜環的設計與加工直接關系到軸頭機械密封的可靠性，因此動環和靜環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；彈簧的設計主要考慮在一定的彈力下，有足夠的工作長度以自動補償摩擦面磨損后產生的間隙。
試驗與應用
1996年1月臺樣機，經過地面空載試驗和現場承載試驗，證明其密封可靠后，陸續挑選漏油Z嚴重的減速器進行小批量改造，到目前為止，已經改造了二十多臺。首臺改造減速器在江蘇油田真43井無滲漏油累計運行達3年之久。對經改造密封結構的抽油機減速器逐月跟蹤檢查表明，機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，運轉工作期間無需維修等優點。
結論
1.機械密封結構運用于抽油機減速器軸頭密封，代替軟填料密封是切實可行的，是根治目前減速器漏油問題的有效方法之一，具有較高的推廣應用價值。
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構的基礎上，加裝一套機械密封裝置，對軸頭起到雙層密封的作用，使密封更可靠，實現長年無需維護的目標。
3.機械密封結構不僅可以用于新機，而且更適合大量在用的各種抽油機減速器的改造。
參考文獻
1.蘇德勝，任永林.抽油機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.北京:石油工業出版社，1994：216～227
來源：《石油機械》1999年 第27卷 第9期
