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压裂车散热系统风扇马达轴及轴套失效分析

发布时间:2017-12-08
周开知
(中石化石油工程机械有限公司第四机械厂,湖北荆州,434024)
  摘 要:针对压裂车散热系统风扇马达轴及轴套失效问题,分别从结构形式、外形尺寸、硬度等方面开展了分析研究,查找出风扇马达轴与轴套之间的配合不同心为故障产生的主要原因,同时对配合尺寸、零部件硬度提出改进要求,解决散热系统失效问题。
  关键词:压裂车;散热系统;风扇马达;失效分析
  0 引言
  压裂车是对油气储层进行压裂的主力装备,由于输出功率大(>2000hp),工作压力高(80-130MPa)的特点,其匹配的扇热系统要求尺寸小、重量轻,现有压裂车的散热系统采用卧式结构冷却系统,通过驱动液压风扇马达带动风扇工作,实现发动机、传动箱和压裂泵等系统的冷却。在应用中出现多起散热系统失效的问题,本文针对风扇马达及轴套过早断裂进行原因分析,提出解决方案,为保障压裂车散热系统长时间有效工作提供了保障。
  1 马达轴及轴套出现的失效问题
  通过对现场问题进行收集,散热系统故障最突出的问题是风扇马达和轴套失效,其失效将造成发动机缸套水、中冷水、压裂泵润滑油等系统温度过高,严重时造成整机停机、影响生产运行,表1为散热系统事故汇总表。失效问题集中体现在断轴、滚键、漏油等,可以确定在大扭矩作用(1250N.m)下马达轴与轴套的设计、安装出现问题。
  2 散热系统结构形式分析
  经过对比分析失效散热系统风扇驱动结构,发现现有压裂车风扇马达的安装形式有两种:一种为焊接时整体结构风扇,另一种为螺栓连接的分体式结构风扇,如图1、图2所示。整体式结构风扇的连接法兰通过焊接后加工形成,分体式结构风扇的连接法兰与轴套之间通过螺栓装配进行连接。
  失效风扇多为分体式结构,采用分体轴承座安装形式,导致花键轴与马达轴不同心,轴套偏磨并滚键,风扇停转后,水开锅喷出。同时风扇转速始终在最高转速850r/min下运行,高于风扇设计要求的最高转速为765r/min,加剧了风扇马达轴的磨损断裂。
  3 外形尺寸分析
  针对失效得分体式风扇结构,进行外观检查,完成风扇马达及轴套等零部件的拆解,对失效后的马达轴外花、轴套内花键进行尺寸检测,检测结果如表2所示。通过分析可以发现马达外花键、轴套内花键的实物、图纸、检验尺寸不规范,造成内外花键配合未按照设计要求执行。
  应用过程中,由于马达在带动风扇转动过程中,不允许马达出轴端承受较大的径向力,风扇间隙配合、动平衡不好,会通过风扇联轴器传递到马达轴,从而造成马达转子出现径向摆动,摆动幅度大于转子和配流盘的间隙(0.04mm),将造成马达的轴封漏油和花键轴滚键现象。
  4 硬度分析
  对马达轴、键以及轴套等进行硬度试验,经测定马达轴外花键轴表面硬度HRC54.7-56.5(要求硬度HRC49.1~52.3),花键硬度HRC22.4-26.7(要求硬度HRC25~28),风扇轴套表面硬度HRC19-22(要求硬度HRC29.2~34.2),花键轴硬度高于技术要求,马达花键、轴套表面硬度均低于技术要求。(见表3)
  5 结论
  ①失效风扇采用的分体式风扇结构形式不合理,风扇马达轴与轴套之间的配合易出现不同心,导致轴套偏磨并滚键,是风扇马达或轴套失效的主要原因。
  ②马达外花键、轴套内花键的实物、图纸、检验尺寸不规范,间隙过大时出现径向摆动,应统一检验尺寸,强化检测手段。
  ③马达花键、轴套表面硬度不够,需要提高调质硬度,增强轴套、花键的耐磨性及使用寿命。
来源:《中小企业管理与科技》2016年17期


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