Эксплуатация и ремонт машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов 

Большинство деталей этого типа в процессе работы воспринимают значительные крутящие моменты (валы, шпинде­ли) или знакопеременные осевые нагрузки (штоки, плунжеры и т.п.).

На валах, воспринимающих большие нагрузки, которые на­правлены перпендикулярно к оси, наблюдаются прогибы. По­следние приводят к эксцентричному вращению вала и, как след­ствие этого, к быстрому изнашиванию опорных поверхностей. В местах посадки шестерен, шкивов или кулачковых муфт проис­ходит разрушение или смятие шпоночного паза. Наиболее харак­терными дефектами валов являются:

1)износ поверхностей трения в опорах; 2)износ   поверхностей,   сопрягаемых  с   подшипниками   ка­чения; 3)разрушение или смятие шпоночных пазов; изгиб оси вала; 4)износ резьбовых поверхностей.

У деталей, передающих нагрузки вдоль оси и работающих в направляющих втулках или сальниковых устройствах, основны­ми дефектами являются:

1)  износ трущихся поверхностей; 2)продольный изгиб вала; 3)износ резьбовых поверхностей.

В соответствии с систематизацией дефектов, встречающихся в деталях данного типа, можно обобщить и способы ремонта этих деталей. Восстановление размеров изношенных шеек вала ведет­ся двумя путями - восстановлением первоначальных и введени­ем ремонтных размеров. Так как в последнем случае может про­изойти ослабление вала, то наиболее правильным следует счи­тать восстановление первоначальных размеров. Для этого приме­няют следующие способы ремонта: электродуговую наплавку, металлизацию, вибродуговую наплавку, хромирование, осталивание и полимерные покрытия.

Шейки валов буровых лебедок, насосов и трансмиссий сило­вых приводов, а также изношенные поверхности ствола вертлюга рекомендуется наращивать металлизацией, так как их изготов­ляют из сталей, чувствительных к перегреву.

Изношенные шпоночные пазы на валах восстанавливают не­сколькими способами. Если шпоночное соединение не должно фиксировать положение сопрягаемой детали относительно вала, то под некоторым углом к старому пазу размечают и фрезеруют новый паз по первоначальным размерам. Если шпоночное соеди­нение строго фиксируется, то необходимо восстанавливать изно­шенный паз. Обычно наплавляют смятые кромки или шпоноч­ный паз полностью, и фрезеруют новый паз на месте наплавки.

Вал с изношенной поверхностью или с наращенным слоем подвергают механической обработке для получения требуемой формы, размеров и шероховатости поверхности.

Установочными базами при механической обработке в боль­шинстве случаев служат центровые отверстия и реже наружная цилиндрическая поверхность.

Наиболее сложно ремонтировать коленчатые валы. У боль­шинства машин поршневого типа (насосы, компрессоры, двига­тели внутреннего сгорания) это одна из наиболее ответственных и дорогостоящих деталей. Основными видами разрушения коленчатых валов являются износ рабочих поверхностей коренных и мотылевых шеек, а также изгиб вала и расхождение щек. Ме­ханическую обработку восстанавливаемых шеек коленчатых ва­лов быстроходных двигателей осуществляют на специализиро­ванных шлифовальных станках. Коленчатые валы тихоходных двигателей, компрессоров, насосов с относительно большими га­баритами обрабатывают, как правило, на токарных станках.

При обработке коренных шеек вал устанавливают в центрах токарного или шлифовального станка. Для придания жесткости валу щеки его распирают параллельно шатунным шейкам рас­порками или специальными домкратами. Установка вала на станке более усложнена при обработке шатунных шеек. Прежде чем установить вал на станке на первую и последнюю коренные шейки надевают специальные приспособления - центросмести-тели, которые определяют новую линию центров, а затем вал с центросместителями устанавливают в центрах станка. На патроне передней бабки и на центросместителе со стороны задней бабки станка крепят контргрузы, масса которых уравновешивает часть вала, вращающуюся эксцентрично. Для повышения жесткости вал специальными винтовыми распорками распирается в патрон и центросместитель (рис. 11.1). После установки и выверки вала производят механическую обработку.

При эксплуатации крупногабаритных коленчатых валов встречаются случаи возникновения трещин и поломок вала в щеках и шатунных шейках. При наличии в щеке вала трещины на концах ее предварительно рассверливают отверстия, препятст­вующие дальнейшему распространению трещины. Затем трещину вырубают на всю толщину металла щеки с одновременной разделкой кромок под сварочный шов и заваривают электродуговой сваркой.

После заварки следует провести отпуск для снятия внутрен­них напряжений. Если это сложно для всего вала, то производят местный отпуск в зоне заварки трещины. Для этого газовой го­релкой нагревают сварной шов и прилегающую к нему зону до температуры 150-200 °С, а затем нагретые места быстро закры­вают асбестом и медленно охлаждают. При глубоких трещинах в щеке вала, но без его поломки, на дефектную щеку устанавлива­ют стальной бандаж, предварительно нагретый до 260 °С. Бан­даж, остывая, надежно стягивает и усиливает щеку вала. Перед установкой бандажа щеку стягивают при помощи фасонной шпонки.

Рис. 11.1. Схема установки коленчатого вала при обработке шатунных шеек: 1 - противовес; 2 - центросместитель; 3 - распорные домкраты

При поломке или трещинах в шатунных шейках вала ремонт его значительно усложняется. В этом случае дефектную шейку полностью удаляют, обрабатывая ее на токарном станке, затем в щеках по тщательной разметке делают расточку под напряжен­ную посадку новой шейки, изготовленной с припуском под по­следующую обработку. Далее производят разметку шеек вала, чтобы определить общие горизонтальную и вертикальную оси, после чего щеки вала поочередно нагревают до температуры 250-270 ⁰С и в расточенные отверстия вставляют шейку вала. При посадке следят за совпадением разметочных линий, опреде­ляющих оси вала. Затем валу дают остыть и производят токар­ную обработку. При токарной обработке новую шейку вала обра­батывают на ремонтный размер, а также выверяют и доводят до необходимого ремонтного размера и остальные шейки вала.

Одна из часто встречающихся операций при ремонте валов оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи - правка. В зависимости от диаметра и прогиба валы можно править в хо­лодном и нагретом состояниях. Обычно длинные валы диамет­ром 10-100 мм при местном прогибе до 0,008 от длины вала правят в холодном состояний. При большей величине стрелы прогиба и больших диаметрах править валы рекомендуется с на­гревом.

Правка изогнутого коленчатого вала является ответственной операцией. Она обычно состоит из двух последовательных пра­вок. При прогибе вала более 0,3 мм вначале его правят под прес­сом. Для этого вал устанавливают на призмы и при помощи ин­дикатора определяют место максимального прогиба. Если на уча­стках вала имеются стрелы прогиба, направленные в разные сто­роны, то правку производят в два приема. Вначале устраняют один прогиб, затем второй. При этом следят за правильным рас­положением опор и местом приложения усилия пресса.