壓裂泵齒輪副設(shè)計(jì)制造使用問(wèn)題分析

王海 （中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，湖北 荊州434024）

張小虎 （中國(guó)石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司設(shè)備處，新疆 烏魯木齊830011）

周罄蕊 （中石油大港油田分公司第一采油廠，天津300280）

壓裂泵齒輪副是石油固井壓裂設(shè)備中動(dòng)力端的核心和關(guān)鍵零件，它需承載低速、重載、變扭矩、有一定較大沖擊等，它又要求運(yùn)動(dòng)傳遞平穩(wěn)，尺寸和重量受到一定限制。為此，在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)、制造和使用中，需要通過(guò)大量信息進(jìn)行綜合分析和比較，以保證它的合理性及滿足不同載荷的要求。

1 存在的問(wèn)題

在長(zhǎng)期設(shè)計(jì)、制造和使用中，筆者發(fā)現(xiàn)壓裂泵齒輪副 （小齒輪軸和左右旋大齒輪）存在多種問(wèn)題：

1）齒輪副中的左右旋大齒輪，原設(shè)計(jì)齒面采用氮化處理工藝，有效氮化層深小于0.15mm，在1200kW輸入功率試驗(yàn)時(shí)，30h后齒面就出現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕剝落膠合現(xiàn)象。

2）齒輪副中的左右旋大齒輪，原設(shè)計(jì)整體采用合金鑄鋼結(jié)構(gòu)，在出口美國(guó)使用不到80h后 （使用時(shí)最大輸入功率1490kW），出現(xiàn)短齒和輪輻開(kāi)裂現(xiàn)象。

3）齒輪副中的左右旋大齒輪，整體采用焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在裝配后對(duì)齒輪副檢測(cè)時(shí)，多組出現(xiàn)齒圈跳動(dòng)和左右擺動(dòng)超差0.30mm以上。

4）齒輪副中的左右旋大齒輪，齒面采用激光相變處理工藝，經(jīng)檢測(cè)，有效硬化層深小于0.75mm。在勝利油田使用不到一年后，出現(xiàn)點(diǎn)蝕剝落膠合現(xiàn)象。

5）齒輪副中的左右旋大齒輪，鍵槽加工對(duì)中性缺乏控制，影響齒輪嚙合精度；為保證正常嚙合，造成齒輪軸軸向串動(dòng)較大。

6）齒輪副中的小齒輪軸，左右旋齒加工時(shí)，由于設(shè)備原因，缺乏對(duì)稱性保證，影響齒輪嚙合精度；為保證正常嚙合，造成齒輪軸軸向串動(dòng)較大。

7）齒輪副中的小齒輪軸和左右旋大齒輪，加工制造時(shí)采用滾齒和刮削工藝，加上鍵槽對(duì)稱性和左右旋齒的對(duì)稱性加工受設(shè)備等影響，使裝配后整體齒輪嚙合精度較差，也影響使用壽命。

8）齒輪副中的小齒輪軸，使用中輸入端一側(cè)發(fā)生1～3個(gè)齒出現(xiàn)斷裂。

9）齒輪副中的小齒輪軸和左右旋大齒輪，制造時(shí)由于選用不同廠家和設(shè)備的加工，裝配時(shí)出現(xiàn)齒輪副接觸精度差異。

2 齒輪副設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)比較和綜合分析

齒輪副的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)比較和綜合分析見(jiàn)表1。

表1 齒輪副結(jié)構(gòu)及項(xiàng)目分析

3 熱處理表面硬化處理幾項(xiàng)數(shù)據(jù)比較和綜合分析

熱處理表面硬化處理的幾項(xiàng)數(shù)據(jù)比較和綜合分析見(jiàn)表2。

表2 齒面熱處理工藝及項(xiàng)目分析