SS2000型壓裂車臺上發動機啟動困難故障診斷

摘 要：本文主要對一臺SS2000型壓裂車臺上發動機無法啟動進行了故障分析和排除，從臺上液壓泵，液壓馬達工作狀態，設備運行等幾方面進行了原因分析，排除了因人為操作因素造成損壞的可能性，最后找出故障主要原因為臺上液壓馬達連接軸內的銅摩擦片出現了磨損，并對磨損的產生做了簡要的分析。

關鍵詞：SS2000壓裂車 CAT3512柴油機 液壓啟動馬達 無法啟動 故障分析

中圖分類號：TE934 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（a）-0095-01

長慶氣田屬于典型的低滲、低壓、低豐度、低產氣藏，加之井深平均在3000米左右，開發長慶氣田必須使用大功率的壓裂設備對儲層進行壓裂改造。因此，對壓裂設備的性能要求非常高。為了更好的服務長慶油田天然氣勘探開發需要，從2000年開始，先后從美國雙S（Stewart & Stevenson）公司引進了具有國際先進水平的SS2000型壓裂機組。

1 故障簡介

2011年3月30日，某SS2000型壓裂車在開工檢查時發現，該車臺上發動機無法正常啟動。通過調查，發現該SS2000型壓裂車在2010年6月至今，臺上CAT-3512B發動機出現啟動困難現象，并隨時間增長，發動機啟動越發困難，冬休過后在春季設備檢查過程中，發現該車臺上發動機為無法正常啟動。

首先檢查柴油機的啟動系統，該車臺上柴油機的啟動是依靠臺下底盤車發動機取力器，將動力傳遞至液壓泵，從而使機械能轉化為液壓能，再通過液壓馬達將液壓能變為機械能，動力傳遞至臺上柴油機的飛輪。

臺上CAT3512發動機液壓啟動系統，整個系統的動力從奔馳4144底盤車發動機的取力器獲得，將動力傳遞至啟動液壓泵使機械能轉化為液壓能，當油路達到限壓閥所設定壓力并經過控制閥，油壓帶動液壓馬達開始工作，馬達工作時馬達前端的嚙合器齒輪與臺上發動機飛輪上的齒圈嚙合，帶動發動達到額定的啟動轉速，臺上發動機啟動。主、副馬達通過球閥，來實現馬達間切換。系統壓力由溢流閥限定，溢流閥限定油壓設置在2300 PSI。

啟動困難現象簡介：啟動時啟動器液壓油壓力表顯示工作時主啟動馬達液壓油壓力為300 PIS左右，臺上發動機并無運動跡象。之后對啟動液壓系統限壓閥調整該液壓系統最大壓力，啟動器液壓油壓力表顯示工作時主啟動馬達液壓油壓力為300 PIS左右，臺上發動機仍然無運動跡象。切換至備用啟動馬達，其工作壓力達到1500 PSI左右，臺上發動機飛輪轉速最大為150 RPM，在備用啟動馬達帶動下臺上發動機排氣管有黑煙。

2 故障排除過程

啟動困難故障排除：該車用主液壓馬達啟動時，液壓油表壓力顯示為300psi，馬達的液壓油壓力過低，首先判斷液壓啟動系統中工作時出現泄壓現象，動力原件泵無法達到額定壓力，隨后對液壓泵進行解體檢查，解體后泵為斜盤式柱塞泵。

對泵進行解體檢查后，無異常磨損，判斷泵工作情況正常。隨后將馬達，切換至備用啟動馬達，其工作壓力達到1500PSI左右，臺上發動機飛輪轉速最大為150RPM，在備用啟動馬達帶動下臺上發動機排氣管有黑煙。發動機有啟動跡象。之后對臺上CAT3512的燃料供油系統進行檢查，發現1缸和2缸供油管中有氣泡，進行供油系統排空，之后又檢查了臺上發動機機油的油面高度，補充了12升機油，最后反復使用備用馬達啟動，經過5次近10 min的啟動過程臺上發動機終能啟動。啟動消耗時間過長，發動機仍存在啟動困難現象。

對啟動液壓系統限壓閥調整，調整為該液壓系統最大壓力，重新切換至主動馬達啟動，啟動器液壓油壓力表顯示工作時，主啟動馬達液壓油壓力仍為300PIS左右，臺上發動機仍然無運動跡象。隨后將主啟動馬達后端液壓部分拆下檢查，進行解體后發現該馬達后端液壓部分并未發生異常磨損。

拆下液壓啟動馬達前端單向嚙合器，拆開時發現前端小齒輪已旋轉至最前端與飛輪齒環處于嚙合狀態，由于啟動時主啟動馬達液壓油壓力為300 PIS左右，不存在憋壓現象，且臺上發動機無運動跡象，由此現象表明在啟動系統工作時，馬達處于空轉狀態，并未帶動嚙合器前端小齒輪旋轉。將啟動機單向嚙合器拆開后發現殼體內后大量泥狀銅屑，并一固定花鍵軸與上部連接器的穩釘脫落，從大量泥狀銅屑上判斷，在嚙合器螺旋絲杠與啟動馬達液壓端連接花鍵軸之間的連接器內部出現嚴重磨損，導致連接處出現打滑。

大量的銅屑為連接處內部嚴重磨損產生，支持連接部分的彈簧產生扭曲，證明上下兩端產生相對方向的轉動。將連接部分拆開后發現，內部采用了銅質合金的摩擦片進行動力的傳動，但由于長期的磨損使摩擦片之間的間隙不斷增大，導致相互之間打滑，更加劇了摩擦片的磨損，使液壓端的動力不能有效的傳遞至馬達頭部的齒輪。

作為液壓系統的執行元件，馬達不能正常輸出動力，導致整個啟動液壓系統無法正常工作。將主啟動馬達總成更換后，臺上發動機順利正常啟動，整個啟動過程在5s內完成，啟動器液壓油壓力表顯示工作時主啟動馬達液壓油壓力為1500～2000 PSI左右。啟動困難故障排除。

3 啟動困難原因分析

根據車輛反饋信息，車輛啟動故障不存在突發性，而是隨著時間的增長，車輛從啟動容易至啟動困難有一個逐漸變化的過程。仔細分析其故障發現原因有一下幾點。

（1）車輛設備啟動困難易出現在冬季或春節的低氣溫時段，由于氣溫較低時發動機機油溫度較低時粘稠度增大，使啟動馬達在工作時的負載加大。

（2）氣溫較低時發動機的燃油管路極易出現結蠟堵塞，使發動機在啟動時出現供油不暢。

（3）在排除故障過程中，檢查油路，油路有起泡產生和缺少機油，說明發動機有路中進入空氣。

（4）由于設備使用頻繁等原因，沒有及時解決和分析啟動越發困難現象，導致主啟動馬達工作負載增大，最終主啟動馬達嚙合器螺旋絲杠與啟動馬達液壓端連接花鍵軸之間部分的銅合金摩擦片出現了嚴重磨損，啟動馬達在啟動過程中由于連接部分產生打滑，馬達處于空轉狀態，不能傳遞動力至前端的嚙合器，無法提供發動機啟動的動力，導致臺上發動機無法啟動。

參考文獻

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