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螺杆钻具中万向节的改进

作者:admin    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2010-01-30

万向节也称万向联轴器、万向轴、十字轴万向联轴器,在油井的螺杆钻具中,主要由旁通阀、马达、万向轴、和传动轴组成。万向轴部件的作用是将转子和传动轴联接起来,将转子的行星运动转换为传动轴的定州运动,从而传递马达的扭矩和轴向负载。万向节使用比较频繁,万向节的失效是导致螺杆钻具失效的形式之一,常用的万向节结构有花瓣式和球铰式两种,因花瓣式万向联轴器的强度较高,加工简单而用量最大,故花瓣式万向联轴器的使用寿命严重影响着螺杆钻具整机的使用寿命。下面我们就花瓣式万向联轴器的原理、失效原因、改进措施作一下分析。

花瓣式万向节的常用结构如图所示。

 

花瓣式万向节的结构主体加工主要是以线切割加工成特定形状的花瓣,在花瓣配合表面加以渗碳或渗氮处理以提高配合面得的硬度和耐磨性。在中心有支撑套及球起定心并承受轴向载荷的作用,靠花瓣的互相咬合来传递扭矩和转速,并将转子的偏心公转转化为定轴转动传递给传动轴。

当前生产厂家一般认为花瓣式万向节的整体使用寿命可以维持在200小时左右。但是,由于钻井强度的加大和万向节加工过程中存在的缺陷使得部分万向节的寿命只有数十小时,严重影响了螺杆钻具的整体寿命,甚至造成落井事故。目前花瓣式万向节的问题主要表现一下几个方面。

1.焊接质量不高

在维修过程中我们发现,约有50%的万向节不同程度的出现了焊缝开裂现象。有的虽然暂时没有完全失效,但必须经过重新焊接才可以继续使用,这就导致维修成本的提高,有的已经万向开裂,使得连接杆跟花键部分脱开,使马达内转子没有了轴向依托,造成螺杆钻具的报废。

2.花瓣断裂

花瓣断裂的现象在维修过程中占到1/10左右,具体表现为断一齿或三齿全断,断裂位置为花键最细处往下7mm左右。值得注意的是,出现断裂的几支万向联轴器的使用时间只有数十小时,不属于疲劳断裂范围。另外,有2/3数量的万向节出现泵块现象,位置在花瓣两端圆弧的借口附近。掉落的大小不等的随块将影响万向节的寿命和传递轴组件中轴承的寿命,从而影响螺杆钻具的整体寿命。

针对以上问题,我认为万向联轴器可以做一下几个方面的改接工作

1、改善焊接质量

首先,万向节的各个焊接部分材料要保持一致,以具有良好的可焊接性;其次,必须要有足够大的坡口以容纳充足的焊剂,以Φ172螺杆钻具使用的万向节为例,根据实践经验,焊接用45°坡口深度保持在10mm深时即不会发生焊口德二次开裂,再次,要保证焊接前的预热和焊接后的保温时间,并且焊缝一定要连续,且不能有夹渣。经过我公司维修后的万向节在油田的使用情况来看,改进后的焊接质量完全可以满足使用要求。故万向节生产厂的焊接工艺还应做进一步的改进。

  

 

2.改进花瓣部位的加工质量

现在使用的花瓣式万向节在使用十几小时后发现有发生图二所示位置从一点起始的放射状崩块现象。经在现场活动的万向节发现,万向节的花瓣在空间运动过程存在近似尖点接触的问题。究其原因主要是目前线切割加工工艺不完善,在进行线切割时造成花瓣外表面处形成尖棱,这种情况可以用一下办法解决:

 

1)可以考虑二次线切割,将易泵块位置的尖棱变为钝棱,从而不易发生崩块现象。切除量的计算跟花瓣间隙、万向节两球距离以及马达的偏心量相关,可用三角几何知识求出。

2)因发生崩块的位置并非危险点,故可考虑直接将此位置的干涉部分去除,替代以圆弧过渡即可。

通过以上改进,万向联轴器的使用寿命有原来的几十小时提高到近300小时,改进效果非常明显。

河北京诚联轴器厂专业生产各类万向联轴器,既有用于自动设备上小型的WS、WSD小型十字轴万向联轴器WSS可伸缩型万向联轴器,也有用于工业传动系统中的SWP-F型大伸缩单型万向联轴器SWC-WH无伸缩焊接式联轴器SWC-WD型无伸缩短式万向联轴器SWC-DH型短伸缩焊接式万向联轴器SWC-BH型标准伸缩焊接式万向联器SWC-CH型单伸缩焊接式联轴器。供货时间短一般为3-7天,欢迎与我们联系。

 
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