浅谈抽油机曲柄销装置失效的原因及优化措施

2022-09-11

概述:曲柄销装置是游梁式抽油机的关键传动部件, 起连接曲柄与连杆, 并传递运动和动力的作用。由于游梁抽油机的制造和安装存在误差, 造成曲柄销装置的受力较复杂, 又使得曲柄销装置成为抽油机薄弱环节, 在抽油机运转过程中曲柄销装置一旦发生断脱等失效状况会导致游梁翻转、连杆变形, 严重损坏井口装置, 造成严重的生产事故, 因此曲柄销装置工作状态的好坏直接影响到抽油机的安全运行。

公司每年生产上千台抽油机, 曲柄销是关键件也是易损件, 如果发生事故, 势必给公司带来巨大的经济损失, 因此, 很有必要对抽油机曲柄销的失效原因加以分析, 从而优化设计、采用新工艺和装配技术, 提高产品制造质量, 保证抽油机在胜利油田和美国的安全使用。

一、四种常见型号曲柄销装置结构设计形式

1.抽油机曲柄销装置:如图1到图4

二、曲柄销装置的失效原因分析:1.曲柄销的主要失效形式

(1) 曲柄销断裂 (2) 曲柄销脱扣 (3) 曲柄销与锥套磨损

2.曲柄销断裂分析:曲柄销断裂的部位多为锥面中部、锥面小端和螺纹根部倒角处, 断口基本与轴线方向垂直。现阶段曲柄销受力计算模型主要有:a悬臂梁模型b弹性桩模型c带有外伸端的简支梁模型

以悬臂梁模型计算的局限性在于:曲柄体的刚性小于曲柄销的刚性。假设曲柄销、锥套及曲柄体配合良好为前提的, 进行弯曲静强度和疲劳强度校核, 其安全系数满足设计要求。但实际使用过程中, 却往往出现断裂情况, 其原因在:模型选用不合理, 应选用合理的模型弹性地基内的桩模型;理想的情况下三者应是沿宽度整体面接触, 特别是曲柄销与锥套的配合, 如果锥度误差大, 最严重的情况下两锥面间会由面接触变为沿圆周方向线接触, 接触线愈靠近小端, 曲柄销受力情况会越差。进而得出:从上面分析可以发现曲柄销、锥套和曲柄体加工精度和三者之间工作时配合好坏直接影响曲柄销疲劳寿命。

3.曲柄销脱扣:其表现在交变载荷下, 螺帽脱落, 曲柄销整体脱出, 造成抽油机翻机。原因分析:从大量的曲柄销紧固螺母松脱现象和特征分析以及现场观察受力分析表明:曲柄销在松脱时承受较大的摩擦力矩

(1) 摩擦力矩较大。从曲柄销和连杆装配结构图 (图1-4) 来看, 当曲柄销和连杆间的轴承转动不良时, 轴承可能在曲柄销上产生较大摩擦力矩。 (2) 曲柄销紧固螺母预紧力矩不够。

(3) 转动趋势反向。由于存在摩擦力矩, 曲柄转动方向与曲柄销紧固螺母的预紧力矩反向, 则产生紧固螺母倒丝造成松脱, 因此, 曲柄转向与紧固螺母的松脱存在着一定关系。

4、曲柄销与锥套磨损

由于存在磨损机理, 三个破坏形式互相关联。并且都有一个共同的原因, 即与锥套和曲柄销的配合精度密切相关。因此提高曲柄销锥体配合部分的加工精度具有重要意义。

三改进措施方面:结构设计、机械加工工艺、装配及其他

1.结构设计方面:a图1为双螺母锁紧;图2和图3为三爪和四爪锁紧螺母及挡板压紧;图4为采用曲柄销带孔、开槽螺母配开口销进行锁紧, 通过对比, 选择防松结构及使用效果良好的图4结构 (根据出口美国和国内生产的现场使用效果) , b设计出连接更可靠的曲柄销连接结构:出口抽油机, 曲柄销设计, 增大其直径, 选大端直径Φ140mm;去掉曲柄销键槽, 锥孔套槽口从20mm改为3mm;通过与锥孔套精密配合来达到设计使用要求, 此为结构设计的新亮点。

b材料选择:曲柄销和锥孔套材料选42Cr Mo, 调质处理, 硬度286HBW~316HBW;对比更改前材料选择曲柄销是35Cr Mo, 锥套40Cr, 其硬度为241H BW-286H BW来说, 基体刚性提高。

2.工艺方面:a加工粗糙度方面:, 其锥面配合的粗糙度为0.8 (更改前加工粗糙度为1.6) , 新标准GB/T20921-2012《石油天然气工业游梁式抽油机》规定:曲柄销锥面与锥孔套锥面的接触面积不少于80%, 我们现在在加工制造时, 图纸技术要求其配合接触面不少于90%, 提高装配精度。

b锥度和旋向选择:通过图中对比, 选择1:10锥度比;旋向现在采用正扣右旋形式。

3.装配方面:a装配得当:曲柄销螺纹的右旋和曲柄旋向方向一致, 避免锁紧螺母松动;b减少由于装配不良和轴承质量保证足够的曲柄销紧固螺母预紧力矩一般不低于1400N·m;

4.其他方面:曲柄销松动受井况的影响和现场安装, 在抽油机运转过程中, 采油工应定期检查曲柄销的锁紧螺母是否松动, 若松动进行紧固;在调整冲次更换曲柄销的锥孔位置时, 仔细正确装配;

摘要：根据资料统计曲柄销装置失效约占抽油机总事故的25%, 造成的损失约占总损失的60%。在胜利油田通过分析曲柄销装置在常规游梁式抽油机、下偏杠铃型复合平衡抽油机以及双驴头型游梁式抽油机现场失效原因, 从而进行优化设计、加工工艺和装配工艺, 提高曲柄销装置的寿命, 为抽油机的安全生产使用提供可靠保障。

关键词：抽油机,曲柄销装置,失效