压裂泵齿轮副设计制造使用问题分析

2014-06-13 09:51王海中石化石油工程机械有限公司第四机械厂湖北荆州434024
石油天然气学报 2014年3期
关键词:齿轮轴齿面对称性

王海 (中石化石油工程机械有限公司第四机械厂,湖北 荆州434024)

张小虎 (中国石油集团西部钻探工程有限公司设备处,新疆 乌鲁木齐830011)

周罄蕊 (中石油大港油田分公司第一采油厂,天津300280)

压裂泵齿轮副是石油固井压裂设备中动力端的核心和关键零件,它需承载低速、重载、变扭矩、有一定较大冲击等,它又要求运动传递平稳,尺寸和重量受到一定限制。为此,在长期的设计、制造和使用中,需要通过大量信息进行综合分析和比较,以保证它的合理性及满足不同载荷的要求。

1 存在的问题

在长期设计、制造和使用中,笔者发现压裂泵齿轮副 (小齿轮轴和左右旋大齿轮)存在多种问题:

1)齿轮副中的左右旋大齿轮,原设计齿面采用氮化处理工艺,有效氮化层深小于0.15mm,在1200kW输入功率试验时,30h后齿面就出现严重点蚀剥落胶合现象。

2)齿轮副中的左右旋大齿轮,原设计整体采用合金铸钢结构,在出口美国使用不到80h后 (使用时最大输入功率1490kW),出现短齿和轮辐开裂现象。

3)齿轮副中的左右旋大齿轮,整体采用焊接结构设计,在装配后对齿轮副检测时,多组出现齿圈跳动和左右摆动超差0.30mm以上。

4)齿轮副中的左右旋大齿轮,齿面采用激光相变处理工艺,经检测,有效硬化层深小于0.75mm。在胜利油田使用不到一年后,出现点蚀剥落胶合现象。

5)齿轮副中的左右旋大齿轮,键槽加工对中性缺乏控制,影响齿轮啮合精度;为保证正常啮合,造成齿轮轴轴向串动较大。

6)齿轮副中的小齿轮轴,左右旋齿加工时,由于设备原因,缺乏对称性保证,影响齿轮啮合精度;为保证正常啮合,造成齿轮轴轴向串动较大。

7)齿轮副中的小齿轮轴和左右旋大齿轮,加工制造时采用滚齿和刮削工艺,加上键槽对称性和左右旋齿的对称性加工受设备等影响,使装配后整体齿轮啮合精度较差,也影响使用寿命。

8)齿轮副中的小齿轮轴,使用中输入端一侧发生1~3个齿出现断裂。

9)齿轮副中的小齿轮轴和左右旋大齿轮,制造时由于选用不同厂家和设备的加工,装配时出现齿轮副接触精度差异。

2 齿轮副设计及结构比较和综合分析

齿轮副的设计及结构比较和综合分析见表1。

表1 齿轮副结构及项目分析

3 热处理表面硬化处理几项数据比较和综合分析

热处理表面硬化处理的几项数据比较和综合分析见表2。

表2 齿面热处理工艺及项目分析

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