游梁抽油机免维护轴承结构设计应用

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摘要：油田游梁式抽油机使用维护规范中，规定抽油机在连续运转5000h后（半年时间）需要对轴承进行维护和添加润滑脂。针对游梁抽油机普通轴承需要定期高空作业进行润滑脂注入、维护等，安全风险高、操作难度大。开发应用一种新型免维护、长寿命的轴承及润滑技术。通过优选与之适应密封材料和润滑脂等多项工艺的改进，实现了轴承性能的巨大提升，确保轴承内防水防尘防润滑脂流失，满足长寿命运行（>6年），大大减少抽油机维护工作量，提高了抽油机的运转时率和经济效益。

关键词：抽油机；轴承；密封；免维护；应用

游梁抽油机是目前油田使用最多的一种机械采油设备,胜利油田游梁抽油机数量超过1.5万台。游梁抽油机常年在户外环境下连续工作，现场工况恶劣、温差变化大（-40～45℃），灰尘、雨水、含盐碱空气等，其中配套注入通用锂基润滑脂的常规轴承，因存在受力不均、偏磨、密封差漏脂等问题，曲柄连杆及中央轴承出现断裂、松动、噪音大等故障，造成轴承及润滑系统维护周期短、故障率高、维护工作量大等问题。主要原因：一是抽油机工况差、二是选用轴承的密封能力差、润滑脂质量差、三是轴承维护、补充注脂不及时等，据近几年统计，因轴承断、脱、裂等事故占整个事故的10%左右。因此，在游梁式抽油机使用维护规范中，规定抽油机在连续运转5000h后（半年时间）需要对轴承进行维护和添加润滑脂。轴承润滑性能关系机械系统的运转、维护保养成本、作业安全等，轴承润滑在机械设计中受到普遍关注。洛阳LYC轴承有限公司针对某钢厂有总长约60km的带式输送线路，400余架输送机、3000多支滚筒，现场工况恶劣，粉尘等异物较多，轴承润滑维护周期短且维护困难，轴承损耗率较高，设计了一种皮带输送机滚筒用免维护轴承结构，轴承座采用上下剖分座体且带有迷宫式密封+骨架油封双重密封的结构，调心滚子轴承也有自身密封结构，实现免维护的目的。轴承年损耗量减少近50%，维护成本降低近70%。安徽华菱汽车有限公司针对商用车驱动桥免维护轮毂轴承单元在使用中存在中间桥包的齿轮油流人轴承内部，导致轴承单元早期失效的问题，研究了免维护轮毂轴承单元中间密封结构。如上所述，面临高温、高速、潮湿、粉尘等恶劣环境和润滑操作空间有限的环境条件，如家电、电动机、车辆、冶金、工程机械、轻工机械等领域，免维护轴承（或密封轴承）开始得到广泛应用。然而，油田用游梁式抽油机数量多，分布地域广，露天运行，无人值守，受大气、季节影响大，探求免维护轴承在游梁式抽油机中的应用十分必要。

1游梁抽油机轴承润滑现状及存在的问题

目前，游梁抽油机用轴承均采用的滚动轴承，其中曲柄轴承一般采用调心滚子轴承，中轴承采用普通圆柱滚子轴承，其结构是普通开放式（无密封件）。例如，12型抽油机尾轴承为22326调心滚子轴承、曲柄轴承为22324调心滚子轴承，中轴承为NJ234圆柱滚子轴承。轴承装在轴承座内，安装轴承总成时，向轴承座内注入适量润滑脂，利用轴承座盖进行密封，如图1所示为游梁抽油机中轴承及轴承座总成结构图。轴承工作性能和寿命不仅与其工作负荷有关，很大程度上主要取决于轴承结构和润滑性能。然而，普通开放式轴承的润滑很大程度上取决于总成中端盖的密封性能，密封失效，润滑脂泄漏和污染，将加速轴承的磨损。因此，游梁式抽油机轴承润滑维护保养一般规定在连续运转5000h后需要对轴承进行维护和添加润滑脂。据胜利油田统计，每年每台抽油机运转保养成本为0.52万元左右（含维修费、材料费、油料费），其中轴承润滑保养成本占15%（含润滑油料费与因轴承意外损坏导致的维修费），同时，因轴承润滑不充分导致轴承早期失效占70%。随着抽油机结构的优化，轴承因承载能力和材质问题出现的疲劳失效已不再是早期失效的主因。如果抽油机轴承失效的主要原因是润滑不充分，那么需要解决的问题：一是加强润滑保养和监测；二是创新轴承润滑密封结构设计。显然，缺乏创新结构的轴承润滑，一味加强保养，一定程度上将大幅提高维护成本和人员劳动强度。

2游梁抽油机免维护轴承结构设计

本文以12型游梁式抽油机中轴承改造为免维护密封轴承为例进行设计。如图1所示，原中轴承总成设计包括支座、中轴、两副轴承NJ234、轴承座、端盖、B型油封等。本研究拟将原两副轴承NJ234更换成免维护密封轴承，并保留端盖、B型油封，避免大气中尘土、遇水接触轴承。

2.1免维护轴承设计需要考虑的工况条件及主要工作参数

游梁抽油机免维护轴承适应的工作环境及主要参数：（1）抽油机在户外环境下连续运转，且部分地处沿海等含盐、碱较高工作环境，适应温度-40～45℃。（2）抽油机正常转速在3～12次/6min，属低转速工作环境。（3）抽油机悬点负荷一般在30～140kN，曲柄扭矩在9～105kN•m。（4）需要考虑抽油机可能中间停用较长时间。

2.2免维护轴承设计要求

针对抽油机用轴承故障率高、维护困难、维护成本高等问题，提出一种免维护轴承设计，设计要求：（1）轴承总体要求免维护期在6年以上；（2）轴承和轴承座满足自动调心功能；（3）优选适用该轴承工况的润滑脂，轴承滚道、保持架结构有利于润滑脂的储存，并不存死角；（4）轴承各部件的表面光洁度高，材料采用高性能轴承钢和独特的热处理工艺提高钢球提高轴承部件的抗磨能力；（5）保证密封可靠，既防止润滑脂泄漏又避免外部尘土、油水渗入，提供更持久的润滑。

2.3免维护轴承的结构设计

为了更加方便抽油机轴承改造，免维护密封轴承以原NU234轴承为原型进行改造设计。改造主要涉及轴承内圈、保持架、橡胶密封圈等，旨在实现轴承润滑密封，设备存储、工作时无需添加润滑。

2.3.1轴承内圈结构设计原NU234轴承为无挡边坡形内圈，不能与密封圈建立密封面，因此将轴承内圈设计成圆柱型结构，如图2所示。内圈的外圆柱面（密封面）表面粗糙度、材料及其热处理复合免维护轴承设计。

2.3.2保持架结构设计保持架又左右两间构成，结构如图3所示。

2.3.3密封圈密封圈采用带骨架的单唇形结构，丁晴耐油橡胶材料，结构如图4所示。

2.3.4润滑脂选用3#复合锂基高温低速润滑脂（正开发长寿命润滑脂）

3游梁抽油机免维护轴承应用效果

2007年，油田与专业轴承设计生产厂家合作，研制、开发抽油机免维护轴承。并于当年投入试验。经过近二年多的使用表明，研制的抽油机免维护轴承运转正常，具有良好的润滑、防护性能，经油田技术检测部门进行拆除的检测，使用过程中没有发生异常磨损、漏脂等现象，满足了该工况下使用要求。在试验的10台抽油机井，已运转2年3个月，经油田技术检测部门进行拆除解剖检测。一是内圈、保持架、橡胶密封无磨损现象出现。二是应用的新型润滑脂，760小时后，润滑脂经现场解剖、检验，其锥入度、抗磨性、漏失量等低于10%。三是抽油机运转良好，通过现场温度、电流等测试，与安装前因数据相差无几。游梁抽油机采用免维护轴承后，不仅彻底消除了轴承润滑维护工作带来的高空作业安全风险、极大地降低了操作人员的劳动强度、改善了采油工的工作条件。而且维护工作量的缩减(可减少年3多万次)，极大缓解了油田职工年龄老化带来的用工紧张矛盾，大大降低了维护成本的支出。

4结语

免维护轴承作为游梁抽油机中的一种重要零部件,其独有的结构和润滑技术,从安装到失效无需维护就能长期稳定工作，使抽油设备得到了升级,并为用户真正解决了游梁抽油机普通轴承“停机时间增加、维护成本高和存在环境污染”的问题。下步，加快与相关研究机构合作，开发一种适应该轴承的长寿命润滑脂（>6年）。

参考文献：

[1]宋浩岚等，高速长寿命密封轴承的设计[J]。洛阳：轴承，2004年第8期.

[2]成大先．机械设计手册(第五版)[M]．北京：化学工业出版社，2008.

[3]李春，梁亚文，抽油机集中润滑系统应用分析[J]，石油化工应用，2009,28（4）:76-77,84.

作者：缪明才 范新冉 张晓璇 王贺 单位：中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司