壓裂車散熱系統(tǒng)風扇馬達軸及軸套失效分析

1、壓裂車散熱系統(tǒng)風扇馬達軸及軸套失效分析摘 要：針對壓裂車散熱系統(tǒng)風扇馬達軸及軸套失效問題，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，查找出風扇馬達軸與軸套之間的配合不同心為故障產(chǎn)生的主要原因， 同時對配合尺寸、 零部件硬度提出改進要求，解決散熱系統(tǒng)失效問題。關(guān)鍵詞：壓裂車；散熱系統(tǒng)；風扇馬達；失效分析中圖分類號：TE934.202 文獻標識碼：A 文章編號：1673-1069（ 2016） 17-168-20 引言壓裂車是對油氣儲層進行壓裂的主力裝備，由于輸出功率大（ 2000hp ），工作壓力高（80-130MPa）的特點，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

2、用臥式結(jié)構(gòu)冷卻系統(tǒng)，通過驅(qū)動液壓風扇馬達帶動風扇工作，實現(xiàn)發(fā)動機、傳動箱和壓裂泵等系統(tǒng)的冷卻。在應(yīng)用中出現(xiàn)多起散熱系統(tǒng)失效的問題，本文針對風扇馬達及軸套過早斷裂進行原因分析，提出解決方案，為保障壓裂車散熱系統(tǒng)長時間有效工作提供了保障。1 馬達軸及軸套出現(xiàn)的失效問題通過對現(xiàn)場問題進行收集，散熱系統(tǒng)故障最突出的問題是風扇馬達和軸套失效，其失效將造成發(fā)動機缸套水、中冷水、壓裂泵潤滑油等系統(tǒng)溫度過高，嚴重時造成整機停機、影響生產(chǎn)運行，表1 為散熱系統(tǒng)事故匯總表。失效問題集中體現(xiàn)在斷軸、滾鍵、漏油等，可以確定在大扭矩作用 （ 1250N.m ）下馬達軸與軸套的設(shè)計、安裝出現(xiàn)問題。2 散熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分析

3、經(jīng)過對比分析失效散熱系統(tǒng)風扇驅(qū)動結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有壓裂車風扇馬達的安裝形式有兩種：一種為焊接時整體結(jié)構(gòu)風扇，另一種為螺栓連接的分體式結(jié)構(gòu)風扇，如圖1、圖 2所示。整體式結(jié)構(gòu)風扇的連接法蘭通過焊接后加工形成，分體式結(jié)構(gòu)風扇的連接法蘭與軸套之間通過螺栓裝配進行連接。失效風扇多為分體式結(jié)構(gòu)，采用分體軸承座安裝形式，導(dǎo)致花鍵軸與馬達軸不同心， 軸套偏磨并滾鍵， 風扇停轉(zhuǎn)后，水開鍋噴出。 同時風扇轉(zhuǎn)速始終在最高轉(zhuǎn)速 850r/min 下運行，高于風扇設(shè)計要求的最高轉(zhuǎn)速為 765r/min ，加劇了風扇馬達軸的磨損斷裂。3 外形尺寸分析針對失效得分體式風扇結(jié)構(gòu)，進行外觀檢查，完成風扇馬達及軸套等零部件的拆解，

4、對失效后的馬達軸外花、軸套內(nèi)花鍵進行尺寸檢測，檢測結(jié)果如表2 所示。通過分析可以發(fā)現(xiàn)馬達外花鍵、軸套內(nèi)花鍵的實物、圖紙、檢驗尺寸不規(guī)范，造成內(nèi)外花鍵配合未按照設(shè)計要求執(zhí)行。應(yīng)用過程中，由于馬達在帶動風扇轉(zhuǎn)動過程中，不允許馬達出軸端承受較大的徑向力，風扇間隙配合、 動平衡不好，會通過風扇聯(lián)軸器傳遞到馬達軸，從而造成馬達轉(zhuǎn)子出現(xiàn)徑向擺動，擺動幅度大于轉(zhuǎn)子和配流盤的間隙（0.04mm ），將造成馬達的軸封漏油和花鍵軸滾鍵現(xiàn)象。4 硬度分析對馬達軸、鍵以及軸套等進行硬度試驗，經(jīng)測定馬達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， 馬達花鍵、 軸套表面硬度均低于技術(shù)要求。（見表 3）5 結(jié)論失效風扇采用的分體式風扇結(jié)構(gòu)形式不合理，風扇馬達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，是風扇馬達或軸套失效的主要原因。馬達外花鍵、軸套內(nèi)花鍵的實物、圖紙、檢驗尺