压裂车散热系统风扇马达轴及轴套失效分析

周开知

摘 要：针对压裂车散热系统风扇马达轴及轴套失效问题，分别从结构形式、外形尺寸、硬度等方面开展了分析研究，查找出风扇马达轴与轴套之间的配合不同心为故障产生的主要原因，同时对配合尺寸、零部件硬度提出改进要求，解决散热系统失效问题。

关键词：压裂车；散热系统；风扇马达；失效分析

中图分类号： TE934.202 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）17-168-2

0 引言

压裂车是对油气储层进行压裂的主力装备，由于输出功率大（>2000hp），工作压力高（80-130MPa）的特点，其匹配的扇热系统要求尺寸小、重量轻，现有压裂车的散热系统采用卧式结构冷却系统，通过驱动液压风扇马达带动风扇工作，实现发动机、传动箱和压裂泵等系统的冷却。在应用中出现多起散热系统失效的问题，本文针对风扇马达及轴套过早断裂进行原因分析，提出解决方案，为保障压裂车散热系统长时间有效工作提供了保障。

1 马达轴及轴套出现的失效问题

通过对现场问题进行收集，散热系统故障最突出的问题是风扇马达和轴套失效，其失效将造成发动机缸套水、中冷水、压裂泵润滑油等系统温度过高，严重时造成整机停机、影响生产运行，表1为散热系统事故汇总表。失效问题集中体现在断轴、滚键、漏油等，可以确定在大扭矩作用（1250N.m）下马达轴与轴套的设计、安装出现问题。

2 散热系统结构形式分析

经过对比分析失效散热系统风扇驱动结构，发现现有压裂车风扇马达的安装形式有两种：一种为焊接时整体结构风扇，另一种为螺栓连接的分体式结构风扇，如图1、图2所示。整体式结构风扇的连接法兰通过焊接后加工形成，分体式结构风扇的连接法兰与轴套之间通过螺栓装配进行连接。

失效风扇多为分体式结构，采用分体轴承座安装形式，导致花键轴与马达轴不同心，轴套偏磨并滚键，风扇停转后，水开锅喷出。同时风扇转速始终在最高转速850r/min下运行，高于风扇设计要求的最高转速为765r/min，加剧了风扇马达轴的磨损断裂。

3 外形尺寸分析

针对失效得分体式风扇结构，进行外观检查，完成风扇马达及轴套等零部件的拆解，对失效后的马达轴外花、轴套内花键进行尺寸检测，检测结果如表2所示。通过分析可以发现马达外花键、轴套内花键的实物、图纸、检验尺寸不规范，造成内外花键配合未按照设计要求执行。

应用过程中，由于马达在带动风扇转动过程中，不允许马达出轴端承受较大的径向力，风扇间隙配合、动平衡不好，会通过风扇联轴器传递到马达轴，从而造成马达转子出现径向摆动，摆动幅度大于转子和配流盘的间隙（0.04mm），将造成马达的轴封漏油和花键轴滚键现象。

4 硬度分析

对马达轴、键以及轴套等进行硬度试验，经测定马达轴外花键轴表面硬度HRC54.7-56.5（要求硬度HRC49.1～52.3），花键硬度HRC22.4-26.7（要求硬度HRC25～28），风扇轴套表面硬度HRC19-22（要求硬度HRC29.2～34.2），花键轴硬度高于技术要求，马达花键、轴套表面硬度均低于技术要求。（见表3）

5 结论

①失效风扇采用的分体式风扇结构形式不合理，风扇马达轴与轴套之间的配合易出现不同心，导致轴套偏磨并滚键，是风扇马达或轴套失效的主要原因。

②马达外花键、轴套内花键的实物、图纸、检验尺寸不规范，间隙过大时出现径向摆动，应统一检验尺寸，强化检测手段。

③马达花键、轴套表面硬度不够，需要提高调质硬度，增强轴套、花键的耐磨性及使用寿命。