BW900/2.5泥浆泵连杆异常断裂和油温过高问题的处理

杨宏伟

(石家庄探矿机械厂,河北石家庄050081)

BW900/2.5泥浆泵连杆异常断裂和油温过高问题的处理

杨宏伟

(石家庄探矿机械厂,河北石家庄050081)

本文以一台BW900/2.5泥浆泵在钻井施工过程中,曲轴箱内连杆异常断裂和油温过高的实例为研究对象,通过各方面的数据分析、试验和检测,查明了问题的根源并排除了故障,最后提出一些建议供相关的生产厂家和用户参考。

泥浆泵;断裂;温度;检测;试验

1 问题的提出

我厂是生产泥浆泵的专业厂家,目前生产的泥浆 泵 包 括 BW900/5、BW900/2.5、BW600/3、BW300/8、BW300/5、BW260/7 等多种规格 ,能够满足各种水井钻机钻进和地质勘探工作的需要。几年来这些产品在施工的使用过程中效果良好,并无异常现象发生。而2010年5月售出陕西某个体一台BW900/2.5泥浆泵,该泵在使用过程中却出现了单侧连杆异常断裂,曲轴箱内油温过高现象。施工钻井2口,各自深度约400m,共断裂连杆4件,其中包括我厂2件,外购当地厂家2件。究竟是该泵存在自身的加工、安装问题,还是用户使用过程中不符合规范要求呢?针对此问题我们进行了研究和试验,避免日后我厂泵类产品出现类似问题对客户负责,同时也为其他生产厂家制造、试验、检测提供参考,希望广大用户和生产泥浆泵的兄弟单位均能从中获益,并对文章的不足之处提出宝贵意见。

2 检测过程和问题分析

(1)首先观察箱体内部零部件的基本现况,包括箱体内的润滑油、齿轮、曲轴总成、连杆等。这是不容忽视的第一步,因为错过每一个细小的环节都可能导致问题复杂化,做许多无用功,最终失败。检查结果是箱内润滑油基本清洁,油位高度满足要求;齿轮磨损正常,无断齿现象;曲轴总成安装到位可靠,无偏心、无轴向窜动;连杆的上体和下体安装有一定的错位,分析原因应该是将连杆上体、下体混合使用引起的,并非一套连杆。因为我厂生产的每一连杆都是整体加工后锯开,镶好连杆铜瓦后再进行二次加工,不存在上体、下体错位问题。连杆上体、下体混合组装后内孔可能是两个不同心的半圆,而且两侧平面可能不在同一个平面上,这样曲轴在旋转过程中和其铜瓦的间隙肯定不合适,要么过松要么过紧,甚至侧平面凸起部位直接与曲轴摩擦,容易引起曲轴发热、油温升高,同时噪声增大,因此连杆上体、下体混用是绝对不可以的。

(2)曲轴和连杆铜瓦间隙的初步判断。一般来讲,曲轴发热或箱体内有噪声离不开曲轴和连杆铜瓦间隙的不当和相关零部件加工精度及形位公差的控制两方面。检验方法如下:合上离合器手盘皮带轮,观察曲轴和连杆之间的运转情况,发现两侧的曲轴和连杆之间的间隙都很大而且非常不均匀接近椭圆状,在转整圈的过程中到某一定角度时会因晃动引起磕碰声,粗略估计最大间隙约为3～4mm。实际上曲轴和连杆装配后,曲轴与铜瓦的间隙控制的非常严格,用调整垫片调整后周向间隙一般控制在0.2～0.35mm。由此可见此处配合远远超出了正常范围,应及时修整或更换新的铜瓦,否则容易引起其他的故障。

(3)背压运转试验,检验曲轴箱内工作情况。我们根据此泵现有的使用情况在不做任何调整的情况下先进行背压运转试验。分别将进水管、出水管、回水管安装并调整到位后,开启泥浆泵从 0MPa、1MPa、2MPa逐步进行加压,试验要求及结果见下表。

背压试验数据表

通过该表可以看出在0MPa、1MPa时,处于正常范围之内,当2MPa时温升95℃,异常现象出现。对照前面的分析判断其根源就是曲轴和连杆铜瓦之间的非正常摩擦引起箱内油温升高,而非正常摩擦是由曲轴和连杆铜瓦间隙调整不当或零部件加工精度及形位公差未能保证引起的,因此我们必须对其相关部件进行检测。

(4)拆下曲轴、连杆等对相关部件进行检验。

连杆及铜瓦检测:我们将拆下的连杆上体、下体用心轴定位后重新用螺栓连接起来(不装铜瓦),从其结合面处可以明显的看出两体错位,同时两体内圆也有微量的偏移。而对于铜瓦我们从图1中可以看出,铜瓦磨损已经非常严重,壁厚不均匀,此时连杆与曲轴装配后铜瓦和曲轴的间隙已无法用调整垫片来调整,这就是前面所说手盘皮带轮,曲轴转动时连杆就会随之出现大的晃动量,发出磕碰声的原因。同时非正常的相对运动,也增加了摩擦高温和连杆断裂的概率。

图1

曲轴总成检测:采用曲轴两端中心轴线定位百分表测量其跳动量。测量简图见图2,经过测量,连接盘存在着0.3mm的跳动量,表明了曲轴和连接盘的定位可能出现了微量的松动。需要重新组装并检测,必要时更换曲轴或二次加工,以严格控制其形位公差。

图2

对于其他相关部件尺寸和形位公差的检验,均符合规定的要求,具体项目和内容这里不再介绍。

3 问题处理及总结

我们对曲轴总成重新组装、加工、检验后,与新的连杆总成重新组装回原泵,并以2MPa压力连续运转4小时无异常现象。由此我们归纳出3个值得注意的问题:

(1)连杆上体和下体存在不配套问题,即上体、下体混合组装;

(2)连杆铜瓦和曲轴存在非正常的配合间隙,而铜瓦过量磨损后未能及时更换,不能保证正常的相对运动;

(3)曲连接盘存在一定的摆动量。

这些问题存在的原因部分来自于泵的不恰当使用,部分来自于组装后定位不牢固等,而使用过程中有小的问题不能及时处理,维修换件时又有随意性,即泵长期处于“带病”工作状态,以致于引发严重的的问题,以后我们应该高度重视维护保养,避免较大的经济损失。

4 建议

通过前面的试验分析和数据检测,现针对泥浆泵曲轴箱部分,从加工、组装方面和使用维护保养方面提出以下建议:

4.1 加工、组装方面

主轴颈轴线对其公共轴线的同轴度:

(1)严格控制曲轴总成的加工精度和形位公差。形位公差控制包括曲轴总成两端轴承位的同轴度;曲轴连接盘的跳动量即保证安装大齿圈处轴线对曲轴总成轴线的同轴度;曲轴上铜瓦安装定位曲柄的轴线与曲轴总成轴线的平行度及本身的圆柱度等几方面;

(2)严格控制曲轴箱体两端轴承孔的同轴度;

(3)确保连杆总成组装后,铜瓦和曲轴间隙调整合适;

(4)曲轴总成在曲轴箱内安装后定位可靠,不能轴向窜动。

4.2 使用维护保养方面

(1)定期检查连杆铜瓦的磨损程度,必要时更换新铜瓦;

(2)定期调整连杆和曲轴的松紧程度,保证合理的运转间隙;

(3)保证曲轴箱内润滑油的清洁,不能含有杂质,否则会加快铜瓦的磨损程度,甚至引起更严重的问题;

(4)维修中拆装连杆时,连杆上体、下体不能混合使用。需要更换新连杆时,必须购买成套连杆,并整体使用不能和旧件混用;

(5)曲轴箱内有异常升温或异常的响声时,应立即停泵检修,不要“带病”工作,避免造成更加严重的损失。

[1] DZ/T0120-1994:地质钻探用往复式泥浆泵试验方法[S].

[2] DZ/T0119-1994:地质钻探用往复式泥浆泵技术条件[S].

[3] 屠厚泽.钻探设备及设计原理[M].北京:中国地质大学出版社,1988.

[4] 孙松尧.钻井机械[M].北京:石油工业出版社,2006.

P634.32

A

1009-282X(2011)06-0015-03

2011-07-12

杨宏伟(1981-),男(汉族),河北唐山人,石家庄探矿机械厂工程师,机械设计专业,从事钻井设备及石油、地质钻具的设计研究工作,E-mail:yanghongw888@163.com。