曲柄銷裝置的主要失效原因及鎖緊結(jié)構(gòu)的對比分析

戴志宏，吉效科，郭順清，毛國迎

（1.中國石油長慶油田分公司第六采油廠；2.中國石油長慶油田分公司設(shè)備管理處；3.中國石油長慶油田分公司物資采購管理部；4.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司）

曲柄銷裝置的主要失效原因及鎖緊結(jié)構(gòu)的對比分析

戴志宏1，吉效科2，郭順清3，毛國迎4

（1.中國石油長慶油田分公司第六采油廠；2.中國石油長慶油田分公司設(shè)備管理處；3.中國石油長慶油田分公司物資采購管理部；4.中國石化河南石油勘探局鉆井工程公司）

曲柄銷作為游梁式抽油機(jī)的主要傳動部件，也是抽油機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)。以長慶油田現(xiàn)場曲柄銷主要失效情況為基礎(chǔ)，對游梁式抽油機(jī)的曲柄銷裝置進(jìn)行分析，闡述了其失效的主要原因，同時對現(xiàn)在使用曲柄銷鎖緊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析，最后提出較合理的曲柄銷鎖緊結(jié)構(gòu)。

抽油機(jī)；曲柄銷裝置；鎖緊結(jié)構(gòu)

曲柄銷裝置是游梁式抽油機(jī)的主要傳動部件。由于游梁抽油機(jī)的制造和安裝存在誤差，造成曲柄銷裝置的受力較復(fù)雜，又使得曲柄銷裝置成為抽油機(jī)薄弱環(huán)節(jié)。在抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中曲柄銷裝置發(fā)生失效狀況，會造成很嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，因此曲柄銷裝置工作狀態(tài)的好壞直接影響到抽油機(jī)的安全運(yùn)行。

1 曲柄銷裝置失效分析［1－2］

1.1 曲柄銷裝置失效的種類

油田現(xiàn)場曲柄銷裝置主要失效形式有兩種：

（1）曲柄銷與錐套接觸面積不夠，造成曲柄銷斷裂；

（2）曲柄銷鎖緊螺母松動，造成曲柄銷鎖緊結(jié)構(gòu)失效，曲柄銷從曲柄銷孔中脫落。

1.2 曲柄銷裝置失效原因分析

曲柄銷裝置有左右旋兩種，曲柄銷通過錐套與曲柄連接，由于錐面接觸具有良好的自鎖防松性能，在安裝、使用和維護(hù)正確的條件下，一般是不會發(fā)生失效情況的。

曲柄銷與錐套接觸面積不合格，造成曲柄銷裝置失效的情況，在老式抽油機(jī)上發(fā)生較多。主要原因是老抽油機(jī)停產(chǎn)時間較長，無法購買到合適的曲柄銷，所使用曲柄銷和錐套都是配對加工，由于種類多而雜，很容易造成安裝曲柄銷與錐套不配套，造成曲柄銷裝置失效事故。

曲柄銷鎖緊螺母松動，造成曲柄銷裝置失效的情況在油田發(fā)生較普遍，主要原因有以下三種：

（1）在正常情況下，曲柄銷緊固螺母的預(yù)緊力矩不夠。由于存在著不可避免的加工誤差，曲柄銷配合錐面的實(shí)際形狀總是有別于標(biāo)準(zhǔn)的圓錐面，兩配合面彼此接觸的實(shí)際情況是多種多樣的。在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于連桿拉力的周期性作用，曲柄銷有一個晃動的趨勢，這將加劇曲柄銷錐面配合處不完全接觸的程度，久而久之，配合面的預(yù)壓緊將逐漸削弱，最終配合失效。

（2）由于存在著摩擦力矩，曲柄銷相對于曲柄有轉(zhuǎn)動的趨勢，曲柄銷緊固螺母與曲柄銷也就存在轉(zhuǎn)動的趨勢。而曲柄與曲柄銷緊固螺母的預(yù)緊力矩反向，則產(chǎn)生緊固螺母倒絲造成松脫。因此，曲柄轉(zhuǎn)向與緊固螺母的松脫存在著一定關(guān)系。

（3）更換曲柄銷時，左右旋曲柄銷安裝位置錯誤，曲柄銷與曲柄產(chǎn)生相對摩擦力使曲柄銷鎖緊螺母逐漸松動，造成曲柄銷裝置失效。

由此可見只要抽油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向和左右曲柄銷安裝位置正確，并且能夠嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)范規(guī)定時間對曲柄銷鎖緊螺母進(jìn)行緊固，就能夠避免曲柄銷失效情況的發(fā)生。

2 曲柄銷裝置鎖緊結(jié)構(gòu)的對比分析［3］

目前在用的抽油機(jī)曲柄銷主要有以下三種鎖緊方式：

（1）方案一：通過雙螺母鎖緊（見圖1）。

雙螺母對頂擰緊，使螺栓在旋合段內(nèi)受拉而螺母受壓，構(gòu)成螺紋聯(lián)接副縱向壓緊。先用規(guī)定的擰緊力矩的80%擰緊第一個螺母，再用100%的擰緊力矩擰緊第二個面的螺母；第一個螺母螺紋牙只受對頂力，其厚度可以減小，一般用薄螺母。此方案結(jié)構(gòu)簡單，雙螺母有自鎖功能，但由于螺母規(guī)格較大，安裝操作比較困難，不容易按照規(guī)定的擰緊力矩擰緊，防松效果不太理想。

圖1 曲柄銷裝置方案一

曲柄銷承受載荷大，曲柄做圓周運(yùn)動，曲柄銷和錐套是圓錐面接觸，靠螺母來鎖緊，一旦發(fā)生螺母松動，很容易造成曲柄銷和錐套自身做圓周運(yùn)動導(dǎo)致曲柄銷斷脫。

方案二：采用曲柄銷帶孔、開槽螺母配開口銷進(jìn)行鎖緊（見圖2）。

圖2 曲柄銷裝置方案二

先通過開槽螺母將曲柄銷安裝到位，然后再安裝開口銷。此結(jié)構(gòu)適用于交變載荷及存在振動場合，曲柄銷連接與鎖緊性能可靠，能保證開槽螺母松動后不致于從曲柄銷脫落。但由于此方案必須在曲柄銷螺紋部分鉆孔，鉆孔部位必然產(chǎn)生應(yīng)力集中，對曲柄銷疲勞強(qiáng)度影響較大，存在一定安全隱患。

方案三：通過四爪鎖緊螺母和擋板壓緊的方式鎖緊（見圖3）。

圖3 曲柄銷裝置方案三

先通過四爪螺母將曲柄銷安裝到位，然后用三個緊固螺栓（序號5）上緊擋板（序號4）對四爪螺母進(jìn)行可靠限位。即使四爪螺母發(fā)生松動，因有擋板限位，不會脫落。緊固螺栓孔打在曲柄銷端部，對曲柄銷強(qiáng)度影響較小。由此可見此方案結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，鎖緊效果可靠。

3 結(jié)論及建議

經(jīng)過對以上三種方案的對比分析，不難看出，方案三是較為合理的結(jié)構(gòu)，其制造簡單，安裝方便，能夠防止由于鎖緊螺母松動造成的曲柄銷的脫落現(xiàn)象。既提高了曲柄銷的防松性能，又不會對曲柄銷的結(jié)構(gòu)造成破壞，建議優(yōu)先采用。

［1］ 綦耀光 .作用在抽油機(jī)曲柄銷上的扭矩問題［J］.石油機(jī)械，1994，（10）：7－10.

［2］ 鄔亦烔，劉卓均 .抽油機(jī)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1994：22－249.

［3］ 羅仁全，張學(xué)魯.游梁式抽油機(jī)節(jié)能機(jī)理及其典型構(gòu)件分析［M］.山東東營：中國石油大學(xué)出版社，2007.

TE833.1

A

1673－8217（2012）04－0125－02

2012－03－02

戴志宏，工程師，1967年生，1988年畢業(yè)于承德石油高等專科學(xué)校熱工裝置與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)從事采油設(shè)備技術(shù)管理工作。

吳官生