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        壓裂車散熱系統(tǒng)風(fēng)扇馬達(dá)軸及軸套失效分析

        2016-06-20 14:50:19周開知
        關(guān)鍵詞:失效分析

        周開知

        摘 要:針對(duì)壓裂車散熱系統(tǒng)風(fēng)扇馬達(dá)軸及軸套失效問(wèn)題,分別從結(jié)構(gòu)形式、外形尺寸、硬度等方面開展了分析研究,查找出風(fēng)扇馬達(dá)軸與軸套之間的配合不同心為故障產(chǎn)生的主要原因,同時(shí)對(duì)配合尺寸、零部件硬度提出改進(jìn)要求,解決散熱系統(tǒng)失效問(wèn)題。

        關(guān)鍵詞:壓裂車;散熱系統(tǒng);風(fēng)扇馬達(dá);失效分析

        中圖分類號(hào): TE934.202 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1673-1069(2016)17-168-2

        0 引言

        壓裂車是對(duì)油氣儲(chǔ)層進(jìn)行壓裂的主力裝備,由于輸出功率大(>2000hp),工作壓力高(80-130MPa)的特點(diǎn),其匹配的扇熱系統(tǒng)要求尺寸小、重量輕,現(xiàn)有壓裂車的散熱系統(tǒng)采用臥式結(jié)構(gòu)冷卻系統(tǒng),通過(guò)驅(qū)動(dòng)液壓風(fēng)扇馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)扇工作,實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱和壓裂泵等系統(tǒng)的冷卻。在應(yīng)用中出現(xiàn)多起散熱系統(tǒng)失效的問(wèn)題,本文針對(duì)風(fēng)扇馬達(dá)及軸套過(guò)早斷裂進(jìn)行原因分析,提出解決方案,為保障壓裂車散熱系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間有效工作提供了保障。

        1 馬達(dá)軸及軸套出現(xiàn)的失效問(wèn)題

        通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行收集,散熱系統(tǒng)故障最突出的問(wèn)題是風(fēng)扇馬達(dá)和軸套失效,其失效將造成發(fā)動(dòng)機(jī)缸套水、中冷水、壓裂泵潤(rùn)滑油等系統(tǒng)溫度過(guò)高,嚴(yán)重時(shí)造成整機(jī)停機(jī)、影響生產(chǎn)運(yùn)行,表1為散熱系統(tǒng)事故匯總表。失效問(wèn)題集中體現(xiàn)在斷軸、滾鍵、漏油等,可以確定在大扭矩作用(1250N.m)下馬達(dá)軸與軸套的設(shè)計(jì)、安裝出現(xiàn)問(wèn)題。

        2 散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)比分析失效散熱系統(tǒng)風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有壓裂車風(fēng)扇馬達(dá)的安裝形式有兩種:一種為焊接時(shí)整體結(jié)構(gòu)風(fēng)扇,另一種為螺栓連接的分體式結(jié)構(gòu)風(fēng)扇,如圖1、圖2所示。整體式結(jié)構(gòu)風(fēng)扇的連接法蘭通過(guò)焊接后加工形成,分體式結(jié)構(gòu)風(fēng)扇的連接法蘭與軸套之間通過(guò)螺栓裝配進(jìn)行連接。

        失效風(fēng)扇多為分體式結(jié)構(gòu),采用分體軸承座安裝形式,導(dǎo)致花鍵軸與馬達(dá)軸不同心,軸套偏磨并滾鍵,風(fēng)扇停轉(zhuǎn)后,水開鍋噴出。同時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速始終在最高轉(zhuǎn)速850r/min下運(yùn)行,高于風(fēng)扇設(shè)計(jì)要求的最高轉(zhuǎn)速為765r/min,加劇了風(fēng)扇馬達(dá)軸的磨損斷裂。

        3 外形尺寸分析

        針對(duì)失效得分體式風(fēng)扇結(jié)構(gòu),進(jìn)行外觀檢查,完成風(fēng)扇馬達(dá)及軸套等零部件的拆解,對(duì)失效后的馬達(dá)軸外花、軸套內(nèi)花鍵進(jìn)行尺寸檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如表2所示。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)馬達(dá)外花鍵、軸套內(nèi)花鍵的實(shí)物、圖紙、檢驗(yàn)尺寸不規(guī)范,造成內(nèi)外花鍵配合未按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。

        應(yīng)用過(guò)程中,由于馬達(dá)在帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,不允許馬達(dá)出軸端承受較大的徑向力,風(fēng)扇間隙配合、動(dòng)平衡不好,會(huì)通過(guò)風(fēng)扇聯(lián)軸器傳遞到馬達(dá)軸,從而造成馬達(dá)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)徑向擺動(dòng),擺動(dòng)幅度大于轉(zhuǎn)子和配流盤的間隙(0.04mm),將造成馬達(dá)的軸封漏油和花鍵軸滾鍵現(xiàn)象。

        4 硬度分析

        對(duì)馬達(dá)軸、鍵以及軸套等進(jìn)行硬度試驗(yàn),經(jīng)測(cè)定馬達(dá)軸外花鍵軸表面硬度HRC54.7-56.5(要求硬度HRC49.1~52.3),花鍵硬度HRC22.4-26.7(要求硬度HRC25~28),風(fēng)扇軸套表面硬度HRC19-22(要求硬度HRC29.2~34.2),花鍵軸硬度高于技術(shù)要求,馬達(dá)花鍵、軸套表面硬度均低于技術(shù)要求。(見(jiàn)表3)

        5 結(jié)論

        ①失效風(fēng)扇采用的分體式風(fēng)扇結(jié)構(gòu)形式不合理,風(fēng)扇馬達(dá)軸與軸套之間的配合易出現(xiàn)不同心,導(dǎo)致軸套偏磨并滾鍵,是風(fēng)扇馬達(dá)或軸套失效的主要原因。

        ②馬達(dá)外花鍵、軸套內(nèi)花鍵的實(shí)物、圖紙、檢驗(yàn)尺寸不規(guī)范,間隙過(guò)大時(shí)出現(xiàn)徑向擺動(dòng),應(yīng)統(tǒng)一檢驗(yàn)尺寸,強(qiáng)化檢測(cè)手段。

        ③馬達(dá)花鍵、軸套表面硬度不夠,需要提高調(diào)質(zhì)硬度,增強(qiáng)軸套、花鍵的耐磨性及使用壽命。

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