壓裂車散熱系統(tǒng)風(fēng)扇馬達(dá)軸及軸套失效分析

周開(kāi)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(kāi)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(kāi)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。