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钻井泵动力端的故障诊断及防范措施

  中国机械工业联合会机经网发布时间:2013-06-07 09:55:11 来源:石油与装备杂志

  诊断:正常情况下,泥浆泵的运转声音平稳、均匀;当运转声音时高时低,不时伴有沉闷的冲击声和无规律的金属敲击声时,说明泥浆泵的某一部位运动异常或是泥浆中含气量大。

  分析及措施:泥浆中含气量大的因素可以从泥浆检测中得出结论,除此之外就是泥浆泵本身存在异常。主要原因是十字头或导板间隙大,导致响声异常。磨损拉伤是指在较短时间内(一般2h~3h)接触面上出现深槽迅速失效的一种表现形式。从几何形状来看,全磨拉伤发生在导板和十字头整个或3/4接触面上,而偏磨发生在局部,特别是角部。瑞博娱乐从拉伤深度来看全磨沟槽较深一般在2~4mm,粗糙度在50~100μm,偏磨沟槽一般在1~2mm,粗糙度在25μm左右。在现场应用中,当十字头在曲轴的作用下在导板上平行滑动时,运动间隙超标和润滑不良,会破坏滑块间的油膜而干磨发出巨大声音和大量的热。严重的拉伤十字头和导板,甚至缸套活塞。

  所以,调节好十字头间隙和提供可靠的润滑效果非常关键。十字头间隙一般在0.25~0.50mm范围内。导板固定螺栓上紧扭矩为200~270N m,同时十字头和中心拉杆的同心度必须小于0.38mm,保证十字头是在导板上作平行滑动。

  诊断:可以静听动力端运转声音,正常情况是声音均匀、平稳,如果异常,且异常声音出现有一定规律,就说明齿轮传动部分有问题,必须停泵检查。

  分析及措施:齿轮齿面上有一些均匀的点蚀是正常的,但是点蚀逐渐扩大,造成轮齿掉块,就会因啮合不好发出异常声音,这种异常声音出现有一定规律。造成轮齿掉块因素是多方面的。主要因素是与齿的材质有关,如果材质不达标,热处理不过关,就会造成齿轮耐磨性差,冲击强度弱,使用时间不长就出现齿面磨损呈研磨状,继续使用就会轮齿掉块。其次,可能是曲轴转动圆周跳动量大引起的破坏性冲击,齿根处产生较大弯曲应力,再加上几何形状上存在应力集中,使齿根处产生疲劳裂纹并逐步扩展而断裂。为减小冲击,可采取选择间隙在0.30~0.50mm范围内的支持轴承。为了提高齿轮的使用寿命,通常采用增大齿根过渡圆角,减小应力集中;采用最合理的热处理方法,使齿芯材料有足够的韧性和硬度。达到齿面要硬,齿芯要韧。齿轮是整台泵的核心,如果齿轮的剥落断齿不及早排除,会导致轴承失效、壳体破裂、瓦盖断裂、螺栓切断,最终整台泵报废。

  分 析及措施:某公司钻井现场从2006年9月~2007年9月1年时间已经有4台F-1000泵和2台F-1300泵发生主螺栓断裂事故,主螺栓断裂直接引起曲轴支持轴承因固定不可靠而损伤,同时也损伤了母螺纹,使泵壳无法再使用;同时也可能引起十字头偏磨等机械失效。经过宏观断口、化学成分、力学性能和低倍组织金相分析,钻井泵主轴承螺栓的断裂主要是由弯曲疲劳及螺纹根部严重的应力集中造成的疲劳破坏。为了提高主轴承螺栓抗疲劳破坏的能力,建议从以下五方面采取措施:

  在加工时除按要求对螺纹根部实施滚压强化外,还应保证螺纹根部R=0.4mm圆角与螺纹良好过渡,消除应力集中;主螺栓材料为40CrNiMoA,调质处理硬度要求达到为305~336HBS,确保调质处理后的钢材性能。精车螺纹的刀具应严格按图纸要求进行修磨,并用样板进行检查;确保泵的地基坚硬结实, 水平度不大于3mm,主轴承盖上螺栓位置处所在平面的平整;在使用一段时间后,应检查主螺栓是否有松动,确保螺栓预紧力;保证泵两个主轴承座同心度不大于 0.30mm。

  根据以上原因分析及故障损坏统计(表2)可知,三缸单作用钻井泵动力端故障产生原因是多方面的,跟多数人管理技术水平、安装、保养及操作人的素质及重视成度有关。若能充分重视,则能够将钻井泵的平均修理间隔期时间延长,使钻井泵的可靠性和利用率得到大幅提高。

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