论文部分内容阅读
[摘 要]液力偶合器减速箱是钻井动力设备的减速传动设备，它以结构简单，操作方便、故障率低等优势被广泛运用在石油钻井行业。由于液力偶合器减速箱是通过液力传动油传递的动力，动力机与工作机之间没有硬连接，传递动力平稳、振动小、对动力机有较好的过载保护作用。但在近两年液力偶合器减速箱频频发生故障，并且一旦发生故障，维修成本非常高，通过对故障偶合器的拆检分析发现，几起损坏严重的故障，都是液力偶合器减速箱涡轮轴壳体端支撑轴承固定止动垫圈内止动耳断裂，锁紧螺母松脱造成的。采用3种措施对涡轮轴壳体端支撑轴承固定进行处理，解决了液力偶合器减速箱易发生故障的部位，并计划主动维修对公司所有液力偶合器的这个部位的进行处理，避免液力偶合器减速箱发生此类故障。
[关键词]液力偶合器减速箱、止动垫圈、锁紧螺母、涡轮轴
中图分类号：TH137.332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0029-01
一、液力偶合器减速箱介绍
液力偶合器减速箱是一种液力传动装置，液力偶合器减速箱其结构主要由壳体、泵轮、涡轮、齿轮组、油泵、冷却器等组成。泵轮和涡轮相对安装，统称为工作轮。在泵轮和涡轮内侧加工有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮互不接触。两者之间有一定的间隙；泵轮与涡轮装合成一个整体后，其轴线断面一般为圆形，在其内腔中充满液力傳动油。液力偶合器减速箱的输入轴与柴油机或电机联在一起，泵轮随柴油机或电机的转动而转动，是液力偶合器减速箱的主动部分。涡轮一端通过两副滚珠轴承以壳体为支撑，用止动垫圈与锁紧螺母固定在壳体端部与壳体相对运动，涡轮的另一端装有齿轮通过齿轮组减速后输出与万向轴、并车厢连接在一起，涡轮传动是液力偶合器减速箱的从动部分。柴油机或电机运转时带动液力偶合器减速箱的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液力传动油在泵轮的带动下随之一同旋转，通过壳体一侧传动齿轮带动油泵，向泵轮内供油，在离心力的作用下，液力传动油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液力传动油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液力传动油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液力传动油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力偶合器减速箱工作时，柴油机或电机的动能通过泵轮传给液力传动油，液力传动油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮通过齿轮减速输出。
二、液力偶合器减速箱故障分析
液力偶合器减速箱是钻井动力设备的减速传动设备，它以结构简单，操作方便、故障率低等优势被广泛运用在石油钻井行业。由于液力偶合器减速箱是通过液力传动油传递的动力，动力机与工作机之间没有硬连接，传递动力平稳、振动小、对动力机有较好的过载保护作用。但在近两年液力偶合器减速箱频频发生故障，并且一旦发生故障，维修成本非常高，通过对故障偶合器的拆检分析发现，几起损坏严重的故障，都是液力偶合器减速箱涡轮轴壳体端支撑轴承固定止动垫圈内止动耳断裂，锁紧螺母松脱造成的（图1）。
涡轮轴壳体端的固定松脱后涡轮相当于落入壳体内，涡轮在壳体内与高速旋转的泵轮碰撞，涡轮轴与涡轮的固定螺栓被高速旋转的泵轮叶片打断，涡轮轴蹿动使齿轮传动端部与经过减速后的输出轴顶在一起，把输出轴端部及支撑轴承磨损烧结，造成泵轮、涡轮、涡轮轴、输出轴、传动齿轮、支撑轴承的损坏。整个更换修理下来需要8-9万元，一台新液力偶合器减速箱的的价格是14万元，由此故障造成的损失近乎到了没有修复价值的地步。我们采用3种措施对涡轮轴壳体端支撑轴承固定进行处理，解决了液力偶合器减速箱易发生故障的部位，我们正积极建议公司液力偶合器采取主动维修的方法，避免液力偶合器减速箱发生此类故障（图2）。
三、液力偶合器减速箱故障的解决方案
通过对几起损坏严重偶合器故障的拆检分析发现，90%是液力偶合器涡轮轴壳体端支撑轴承固定止动垫圈材质软，强度低，锁紧螺母松动后带动外止动耳旋转使内止动耳断裂，锁紧螺母松脱造成的事故。我们从锁紧螺母防松、提高止动垫圈强度等3个方面出发采取了以下措施，第一，定制2.5mm厚度的碳素弹簧钢止动垫圈。提高止动垫圈内外止动耳的强度，避免断裂。第二、定制加厚锁紧螺母，在距离锁紧螺母的端面2mm的位置两侧对称切割出两条与端面平行的1mm宽的开口，开口深度切到整个锁紧螺母1/4的位置，在锁紧螺母端面对应所切开口中间的位置各加工1个M8的螺纹孔，锁紧螺母旋紧后，在，使用M8的螺栓涂抹螺栓锁固剂，旋入锁紧螺母端面加工的两个螺纹孔内拧紧，使所切的两条开口内的螺纹在螺栓的预紧力下产生一定弯曲紧紧咬着涡轮轴的螺纹，防止锁紧螺母松动。第三、在安装锁紧螺母之前把螺纹上抹上耐高温、高强度的螺纹锁固剂。通过以上三重防松措施降低了液力偶合器减速箱90%的故障发生率（图3）。
四、效益分析
液力偶合器减速箱正常工作时非常平稳，一旦涡轮轴端部锁紧螺母松脱后，在短短的几分钟内就会造成8-9万元的经济损失，所以只有采取主动维修才能有效避免故障造成的严重损失，公司有22套钻机使用液力偶合器减速箱，每套钻机有3台液力偶合器减速箱，共计66台液力偶合器减速箱，如果不消除这个隐患，等66台液力偶合器减速箱都发生类似故障，公司将损失66*9=594万。主动维修一台价格控制在6000元/台，公司所有液力偶合器减速箱66*0.6=39.6万，594-39.6=554.4万元，主动维修液力偶合器减速箱涡轮轴端部锁紧螺母松脱这一项就能为公司减少554.4万元的经济损失。
五、总结
机械设备运转发生机械故障是不可避免，应从故障中认真分析原因总结分类，新设备频发的故障，应多从设计是否存在缺陷，新设备维护保养操作是否符合标准考虑；对使用年限相近设备频发的故障，应从设备故障点分析是否存在疲劳磨损损坏，是否存在薄弱点可以采取主动维修方式降低故障发生几率。正确分析设备发生的故障，采取主动维修，和预防性修理是保障设备正常运转，为生产保驾护航行之有效的手段。
[关键词]液力偶合器减速箱、止动垫圈、锁紧螺母、涡轮轴
中图分类号：TH137.332 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）17-0029-01
一、液力偶合器减速箱介绍
液力偶合器减速箱是一种液力传动装置，液力偶合器减速箱其结构主要由壳体、泵轮、涡轮、齿轮组、油泵、冷却器等组成。泵轮和涡轮相对安装，统称为工作轮。在泵轮和涡轮内侧加工有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮互不接触。两者之间有一定的间隙；泵轮与涡轮装合成一个整体后，其轴线断面一般为圆形，在其内腔中充满液力傳动油。液力偶合器减速箱的输入轴与柴油机或电机联在一起，泵轮随柴油机或电机的转动而转动，是液力偶合器减速箱的主动部分。涡轮一端通过两副滚珠轴承以壳体为支撑，用止动垫圈与锁紧螺母固定在壳体端部与壳体相对运动，涡轮的另一端装有齿轮通过齿轮组减速后输出与万向轴、并车厢连接在一起，涡轮传动是液力偶合器减速箱的从动部分。柴油机或电机运转时带动液力偶合器减速箱的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液力传动油在泵轮的带动下随之一同旋转，通过壳体一侧传动齿轮带动油泵，向泵轮内供油，在离心力的作用下，液力传动油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液力传动油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液力传动油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液力传动油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力偶合器减速箱工作时，柴油机或电机的动能通过泵轮传给液力传动油，液力传动油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮通过齿轮减速输出。
二、液力偶合器减速箱故障分析
液力偶合器减速箱是钻井动力设备的减速传动设备，它以结构简单，操作方便、故障率低等优势被广泛运用在石油钻井行业。由于液力偶合器减速箱是通过液力传动油传递的动力，动力机与工作机之间没有硬连接，传递动力平稳、振动小、对动力机有较好的过载保护作用。但在近两年液力偶合器减速箱频频发生故障，并且一旦发生故障，维修成本非常高，通过对故障偶合器的拆检分析发现，几起损坏严重的故障，都是液力偶合器减速箱涡轮轴壳体端支撑轴承固定止动垫圈内止动耳断裂，锁紧螺母松脱造成的（图1）。
涡轮轴壳体端的固定松脱后涡轮相当于落入壳体内，涡轮在壳体内与高速旋转的泵轮碰撞，涡轮轴与涡轮的固定螺栓被高速旋转的泵轮叶片打断，涡轮轴蹿动使齿轮传动端部与经过减速后的输出轴顶在一起，把输出轴端部及支撑轴承磨损烧结，造成泵轮、涡轮、涡轮轴、输出轴、传动齿轮、支撑轴承的损坏。整个更换修理下来需要8-9万元，一台新液力偶合器减速箱的的价格是14万元，由此故障造成的损失近乎到了没有修复价值的地步。我们采用3种措施对涡轮轴壳体端支撑轴承固定进行处理，解决了液力偶合器减速箱易发生故障的部位，我们正积极建议公司液力偶合器采取主动维修的方法，避免液力偶合器减速箱发生此类故障（图2）。
三、液力偶合器减速箱故障的解决方案
通过对几起损坏严重偶合器故障的拆检分析发现，90%是液力偶合器涡轮轴壳体端支撑轴承固定止动垫圈材质软，强度低，锁紧螺母松动后带动外止动耳旋转使内止动耳断裂，锁紧螺母松脱造成的事故。我们从锁紧螺母防松、提高止动垫圈强度等3个方面出发采取了以下措施，第一，定制2.5mm厚度的碳素弹簧钢止动垫圈。提高止动垫圈内外止动耳的强度，避免断裂。第二、定制加厚锁紧螺母，在距离锁紧螺母的端面2mm的位置两侧对称切割出两条与端面平行的1mm宽的开口，开口深度切到整个锁紧螺母1/4的位置，在锁紧螺母端面对应所切开口中间的位置各加工1个M8的螺纹孔，锁紧螺母旋紧后，在，使用M8的螺栓涂抹螺栓锁固剂，旋入锁紧螺母端面加工的两个螺纹孔内拧紧，使所切的两条开口内的螺纹在螺栓的预紧力下产生一定弯曲紧紧咬着涡轮轴的螺纹，防止锁紧螺母松动。第三、在安装锁紧螺母之前把螺纹上抹上耐高温、高强度的螺纹锁固剂。通过以上三重防松措施降低了液力偶合器减速箱90%的故障发生率（图3）。
四、效益分析
液力偶合器减速箱正常工作时非常平稳，一旦涡轮轴端部锁紧螺母松脱后，在短短的几分钟内就会造成8-9万元的经济损失，所以只有采取主动维修才能有效避免故障造成的严重损失，公司有22套钻机使用液力偶合器减速箱，每套钻机有3台液力偶合器减速箱，共计66台液力偶合器减速箱，如果不消除这个隐患，等66台液力偶合器减速箱都发生类似故障，公司将损失66*9=594万。主动维修一台价格控制在6000元/台，公司所有液力偶合器减速箱66*0.6=39.6万，594-39.6=554.4万元，主动维修液力偶合器减速箱涡轮轴端部锁紧螺母松脱这一项就能为公司减少554.4万元的经济损失。
五、总结
机械设备运转发生机械故障是不可避免，应从故障中认真分析原因总结分类，新设备频发的故障，应多从设计是否存在缺陷，新设备维护保养操作是否符合标准考虑；对使用年限相近设备频发的故障，应从设备故障点分析是否存在疲劳磨损损坏，是否存在薄弱点可以采取主动维修方式降低故障发生几率。正确分析设备发生的故障，采取主动维修，和预防性修理是保障设备正常运转，为生产保驾护航行之有效的手段。