游梁式抽油机平衡块松动分析及解决策略

游梁式抽油机平衡块松动分析及解决策略
摘要：平衡块是游梁式抽油机上的重要部件，它的作用是平衡抽油机上、下冲
程时的交变载荷差异，因为抽油机上冲程时驴头承受作用在活塞截面以上的液柱
重量和抽油杆柱在液体中的重量以及摩擦、惯性、振动等负荷，电动机要付出很
大能量：而下冲程时由于抽油杆重力的作用，驴头只承受向下的拉力，不但不需
要电动机付出能量，反而对电动机作功，由于上下冲程的负荷差别非常大，电动
机很容易烧坏，造成抽油机不能正常工作。

为了解决以上问题，必须采用平衡装
置将上、下冲程时的负荷差异减小，使设备正常运转。

关键词：游梁式抽油机；平衡装置；防松装置；设备正常运转
平衡块是用“T”型螺栓与曲柄固定连接，随着曲柄的旋转做圆周运动，一块平
衡块自重在500—1500kg之间，通过2-3条M42-M48的“T”型螺栓固定在曲柄上。

在游梁式
抽油机中，采用曲柄平衡的一般都是重型机，井底负荷比较大，加上各种交变载
荷的影响，使得平衡块容易松动，若平衡块松动滑落，会引发抽油机连杆蹩弯，
曲柄撕裂，抽油机翻抽等事故，不仅严重损坏井口设备，甚至会危及人身安全。

因此，对造成抽油机平衡块松动的原因进行分析，采取相应措施，对减少事故发生，保证抽油机设备正常运转具有重要意义。

本文简要分析了游梁式抽油机在运行过程中，平衡块紧固螺栓发生松动的主
要原因，并提出相应的预防措施；设计了新的防松装置，简要介绍其结构和工作
原理，具有工作可靠、防松效果好等特点。

1 螺栓松动的原因分析
抽油机工作时，引起“T”型螺栓联接松动的主要有以下三个方面原因：
（1）预紧力不足。

在螺栓联接中，为了使螺栓联接牢固需要对其加以适当的预紧力。

一般通过对螺栓进行拧紧或者一定的角度来施加预紧力。

然而，螺栓的
紧固程度与施加的紧固力矩都极大地受制于摩擦条件。

一方面，摩擦在螺纹的自
锁防松方面十分必要，另一方面，摩擦使得紧固螺栓变得越来越困难，影响螺栓
的紧固。

预紧力不足时，不容易上紧螺栓，造成平衡块容易松动。

（2）双螺母锁紧方式存在缺陷：双螺母锁紧是当前实际应用中较为常见的螺纹防松形式，它具有加工方便、稳定可靠、拆装便捷等优点，广泛应用于石油化工、加工制造等行业，但它仅能满足一般放松要求，在长时间的重复交变载荷下
效果并不理想，因为螺纹连接件之间的配合是间隙配合，在预紧的过程中内螺纹
与外螺纹逐渐紧密贴合，向外螺纹施加向外的轴向力，进而产生与拧紧方向相反
的摩擦力，阻止螺栓松动，由此起到紧固作用。

然而由于螺栓与螺母之间的间隙，在设备运转过程中载荷不断变化，使得内外螺纹之间的预紧力发生变化，螺纹连
接产生微小的松动，这种松动会随着时间不断累积，直到螺栓脱落。

（3）螺纹加工质量不合格
螺纹件的加工质量对连接副影响较大，常见的有螺纹间隙不均匀，当螺纹间
隙较大时，增大了配合间隙，使螺纹预紧力达不到预期，难以产生足够的摩擦力，在交变载荷下加速螺纹松动；当螺纹间隙较小时，内外螺纹接触面积变小，在载
荷的作用下使得部分螺纹承载全部载荷，减小了螺纹强度，加速螺纹连接失效。

（4）安装质量不符合要求。

安装时要求接触面平整洁净，最大空隙不得超过 0.04毫米，否则要用刨床刨
平或锉刀找平，如条件不具备可用薄铁皮垫平。

若两接触面之间有油污，平衡块
螺栓则会上不紧，容易松动滑落。

（5）其他因素影响，如抽油机停机刹车时机身抖动、井下压力发生突变等，很容易造成平衡块螺母松动。

2 预防措施
预防平衡块螺纹联接松动，应从设计、制造及安装三个方面入手，采取以下相应措施。

（1）改进预紧方式
即采用科学的方式向紧固螺栓施加符合其要求的紧固力矩，确保螺纹联接符合要求的预紧力。

根据联结螺栓预紧扭矩要求，M42-M48 螺栓最大允许预紧扭矩应达到312-416KGM。

根据现场经验，略感到扳手反弹时就可以了。

（2）增加防松措施
为了保证设备的长期稳定运转，仅施加适当的预紧力还是不够的，还需要采取一定的措施来防止螺栓松脱，常见的防松措施包括以下四种：
a.摩擦防松。

该方法与增大预紧力的作用机理类似，通过增加附件使连接副产生一个持续的压力，进而增大螺纹副之间阻止其相互转动的摩擦力，常见方法包括：弹性垫圈、双螺母、自锁螺母等。

这种防松方式操作简单、方便拆卸，但在长期的交变载荷下容易造成松脱。

b.机械防松。

通过增加止动件阻止螺纹副之间的相对转动。

如采用开口销、串连钢丝和止动垫圈等。

这种方式使得拆卸不便，且止动销易损坏。

c.铆冲防松。

在预紧后进行焊接、热熔等操作，破坏螺纹的结构，使螺纹副失去运动副特性而成为不可拆连接。

这种方式的缺点是只能单次使用，拆卸时必须完全破坏螺栓。

d.结构防松。

采用分段式螺纹，将正扣和反扣复合到一条螺栓上，从而改变了螺纹副结构，一条螺栓上既可以旋入正旋的螺母，也可以旋入反旋的螺母，两条螺母旋向相反、相互锁紧，即唐氏螺纹防松方式。

唐氏螺纹由一个带有复合螺纹的螺栓和两只不同旋向的螺母组成：紧贴连接件支撑面的螺母作为紧固螺母旋向为顺时针，紧贴紧固螺母的螺母称为锁紧螺母旋向为逆时针，紧固螺母和锁紧螺母的旋向相反，使用时先将紧固螺母顺时针预紧，再将锁紧螺母逆时针预紧。

在复杂工况下，由于振动、冲击等交变力矩的长期影响，紧固螺母和锁紧螺母均存在松动的趋势，但紧固螺母在送退的同时给锁紧螺母施加一个逆时针的力矩，而这个力矩会使锁紧螺母向紧固螺母进一步拧紧，两个螺母互相锁定，使得螺纹连接无法松脱。

唐氏螺纹不需添加附件，仅依靠两个旋向相反的螺母旋入同一个螺栓，两个螺母之间相互锁紧，操作简单，安全可靠，但外螺纹上的复合螺纹线结构较为复杂，加工工艺要求高。

在游梁式抽油机中，由于交变载荷和振动的影响，平衡块的紧固螺栓松动现象十分常见，采用唐氏螺纹防松可以很好的解决这一问题。

（3）提高安装质量
安装时及时清理两接触面油污，将固定螺栓四方头在曲柄导槽内摆正上紧，并上紧背帽。

3 结论
平衡块螺纹联接的防松是抽油机设计中的一个重要问题，合理的结构设计、合格的加工质量和适当的安装方式三个方面缺一不可，采用有效的防松措施，对
提高抽油设备可靠性、延长使用寿命，避免机械事故起着重要的作用。