SS2000型压裂车台上发动机启动困难故障诊断

摘 要：本文主要对一台SS2000型压裂车台上发动机无法启动进行了故障分析和排除，从台上液压泵，液压马达工作状态，设备运行等几方面进行了原因分析，排除了因人为操作因素造成损坏的可能性，最后找出故障主要原因为台上液压马达连接轴内的铜摩擦片出现了磨损，并对磨损的产生做了简要的分析。

关键词：SS2000压裂车 CAT3512柴油机 液压启动马达 无法启动 故障分析

中图分类号：TE934 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0095-01

长庆气田属于典型的低渗、低压、低丰度、低产气藏，加之井深平均在3000米左右，开发长庆气田必须使用大功率的压裂设备对储层进行压裂改造。因此，对压裂设备的性能要求非常高。为了更好的服务长庆油田天然气勘探开发需要，从2000年开始，先后从美国双S（Stewart & Stevenson）公司引进了具有国际先进水平的SS2000型压裂机组。

1 故障简介

2011年3月30日，某SS2000型压裂车在开工检查时发现，该车台上发动机无法正常启动。通过调查，发现该SS2000型压裂车在2010年6月至今，台上CAT-3512B发动机出现启动困难现象，并随时间增长，发动机启动越发困难，冬休过后在春季设备检查过程中，发现该车台上发动机为无法正常启动。

首先检查柴油机的启动系统，该车台上柴油机的启动是依靠台下底盘车发动机取力器，将动力传递至液压泵，从而使机械能转化为液压能，再通过液压马达将液压能变为机械能，动力传递至台上柴油机的飞轮。

台上CAT3512发动机液压启动系统，整个系统的动力从奔驰4144底盘车发动机的取力器获得，将动力传递至启动液压泵使机械能转化为液压能，当油路达到限压阀所设定压力并经过控制阀，油压带动液压马达开始工作，马达工作时马达前端的啮合器齿轮与台上发动机飞轮上的齿圈啮合，带动发动达到额定的启动转速，台上发动机启动。主、副马达通过球阀，来实现马达间切换。系统压力由溢流阀限定，溢流阀限定油压设置在2300 PSI。

启动困难现象简介：启动时启动器液压油压力表显示工作时主启动马达液压油压力为300 PIS左右，台上发动机并无运动迹象。之后对启动液压系统限压阀调整该液压系统最大压力，启动器液压油压力表显示工作时主启动马达液压油压力为300 PIS左右，台上发动机仍然无运动迹象。切换至备用启动马达，其工作压力达到1500 PSI左右，台上发动机飞轮转速最大为150 RPM，在备用启动马达带动下台上发动机排气管有黑烟。

2 故障排除过程

启动困难故障排除：该车用主液压马达启动时，液压油表压力显示为300psi，马达的液压油压力过低，首先判断液压启动系统中工作时出现泄压现象，动力原件泵无法达到额定压力，随后对液压泵进行解体检查，解体后泵为斜盘式柱塞泵。

对泵进行解体检查后，无异常磨损，判断泵工作情况正常。随后将马达，切换至备用启动马达，其工作压力达到1500PSI左右，台上发动机飞轮转速最大为150RPM，在备用启动马达带动下台上发动机排气管有黑烟。发动机有启动迹象。之后对台上CAT3512的燃料供油系统进行检查，发现1缸和2缸供油管中有气泡，进行供油系统排空，之后又检查了台上发动机机油的油面高度，补充了12升机油，最后反复使用备用马达启动，经过5次近10 min的启动过程台上发动机终能启动。启动消耗时间过长，发动机仍存在启动困难现象。

对启动液压系统限压阀调整，调整为该液压系统最大压力，重新切换至主动马达启动，启动器液压油压力表显示工作时，主启动马达液压油压力仍为300PIS左右，台上发动机仍然无运动迹象。随后将主启动马达后端液压部分拆下检查，进行解体后发现该马达后端液压部分并未发生异常磨损。

拆下液压启动马达前端单向啮合器，拆开时发现前端小齿轮已旋转至最前端与飞轮齿环处于啮合状态，由于启动时主启动马达液压油压力为300 PIS左右，不存在憋压现象，且台上发动机无运动迹象，由此现象表明在启动系统工作时，马达处于空转状态，并未带动啮合器前端小齿轮旋转。将启动机单向啮合器拆开后发现壳体内后大量泥状铜屑，并一固定花键轴与上部连接器的稳钉脱落，从大量泥状铜屑上判断，在啮合器螺旋丝杠与启动马达液压端连接花键轴之间的连接器内部出现严重磨损，导致连接处出现打滑。

大量的铜屑为连接处内部严重磨损产生，支持连接部分的弹簧产生扭曲，证明上下两端产生相对方向的转动。将连接部分拆开后发现，内部采用了铜质合金的摩擦片进行动力的传动，但由于长期的磨损使摩擦片之间的间隙不断增大，导致相互之间打滑，更加剧了摩擦片的磨损，使液压端的动力不能有效的传递至马达头部的齿轮。

作为液压系统的执行元件，马达不能正常输出动力，导致整个启动液压系统无法正常工作。将主启动马达总成更换后，台上发动机顺利正常启动，整个启动过程在5s内完成，启动器液压油压力表显示工作时主启动马达液压油压力为1500～2000 PSI左右。启动困难故障排除。

3 启动困难原因分析

根据车辆反馈信息，车辆启动故障不存在突发性，而是随着时间的增长，车辆从启动容易至启动困难有一个逐渐变化的过程。仔细分析其故障发现原因有一下几点。

（1）车辆设备启动困难易出现在冬季或春节的低气温时段，由于气温较低时发动机机油温度较低时粘稠度增大，使启动马达在工作时的负载加大。

（2）气温较低时发动机的燃油管路极易出现结蜡堵塞，使发动机在启动时出现供油不畅。

（3）在排除故障过程中，检查油路，油路有起泡产生和缺少机油，说明发动机有路中进入空气。

（4）由于设备使用频繁等原因，没有及时解决和分析启动越发困难现象，导致主启动马达工作负载增大，最终主启动马达啮合器螺旋丝杠与启动马达液压端连接花键轴之间部分的铜合金摩擦片出现了严重磨损，启动马达在启动过程中由于连接部分产生打滑，马达处于空转状态，不能传递动力至前端的啮合器，无法提供发动机启动的动力，导致台上发动机无法启动。

参考文献

[1]许福玲，陈光明.液压与气压传动[M].北京：机械工业出版社.1999.

[2]官忠范.液压传动系统[M].北京：机械工业出版社.1997.

[3]程啸凡.液压传动[M].北京：冶金工业出版社.1983.