压裂泵齿轮副设计制造使用问题分析

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