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鉆井泵軸承失效分析及預(yù)防

2018-08-24

王峰　羅軍　何建峰　王部隊　李大雙

　　摘　要：鉆井泵工作狀態(tài)的好壞直接影響到石油天然氣鉆井工作的順利進(jìn)行。軸承是鉆井泵的主要旋轉(zhuǎn)支承零部件，因此，對鉆井泵軸承的失效原因進(jìn)行分析與診斷對于設(shè)備的使用、保養(yǎng)、現(xiàn)場故障診斷都有著較好的指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：鉆井泵；軸承；診斷；分析
　　鉆井泵廣泛用于石油天然氣鉆井領(lǐng)域，稱為鉆機(jī)的心臟，一旦發(fā)生故障，將給鉆井生產(chǎn)帶來不便，嚴(yán)重的會導(dǎo)致井下復(fù)雜，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。鉆井泵動力端的十副軸承是鉆井泵的主要旋轉(zhuǎn)支承零部件，對鉆井泵的正常運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用。

　　1　常見失效形式及原因分析
　　1.1軸承內(nèi)軌道跑圓
　　在工作過程中內(nèi)軌與軸發(fā)生相對運(yùn)動，出現(xiàn)跑圓現(xiàn)象，使軸承殼發(fā)燙。這種情況在3NB-1300C鉆井泵支撐4053172軸承很常見，如果未及時發(fā)現(xiàn)或?qū)е虑S軸頸處磨細(xì)，超過一定范圍將無法再次修復(fù)而報廢，修理成本昂貴。一般鉆井泵曲軸軸承跑圓時，曲軸兩端的壓板螺栓就會松動，拆下壓板沿著圓周方向都有一道摩擦的很光亮的痕跡，這是Z直觀的觀察方法。

　　1.2滾動體與滾道剝落原因分析
　　長時間重載持續(xù)性載荷加速導(dǎo)致疲勞損傷;鉆井泵軸承座同心度差，對中不良導(dǎo)致軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生重載，長時間高速運(yùn)轉(zhuǎn)增加應(yīng)力周期，加速表面疲勞；材質(zhì)問題或制造精度較差造成滾道粗糙或滾道表面硬度不夠過早產(chǎn)生疲勞。承載能力不夠引起疲勞損傷。

　　此類失效主要發(fā)生在鉆井泵連桿大端軸承上，主要原因是鉆井泵軸承長時間承受較變負(fù)荷以及泵體變形等原因所至，3NB-1300C鉆井泵NFP38/666.75XQ4軸承，F(xiàn)-1300鉆井泵928/660.4QU軸承。

　　1.3受力表面較大面積壓光和微觀剝落原因分析
　　潤滑不良導(dǎo)致不能形成動壓油膜;重載荷及對中不良導(dǎo)致工作面動壓油膜破壞；制造精度較差，工作面粗糙造成表面動壓油膜破壞。此類失效主要出現(xiàn)在F-1300鉆井泵連桿小端25494/QU軸承上比較典型，因F-1300鉆井泵給十字頭、導(dǎo)板、及小端軸承潤滑的管線比較細(xì)，如果潤滑油不清潔時，軸承潤滑很差，潤滑油很少，加上長時間承受較大的振動載荷，導(dǎo)致該軸承表面壓光和微觀剝落過早損壞。

　　1.4滾動體和滾道嚴(yán)重污痕和變色原因分析
　　軸承對中不良引起軸承滾子滑動和螺旋運(yùn)動;載荷過輕、牽引不足導(dǎo)致滾動體打滑;高速輕載時增加了打滑趨勢;軸承游隙過大，運(yùn)轉(zhuǎn)打滑。此類失效主要表現(xiàn)各種鉆井泵支撐軸承，有的鉆井泵整機(jī)機(jī)架剛性較差，基礎(chǔ)薄弱，長時間在交變負(fù)荷的作用下變形，傳動軸、曲軸同心度、兩軸心平行度都不能滿足要求，使支撐軸承座同心度差，導(dǎo)致此類軸承失效。也有些是鉆井泵支撐軸承間隙太大，造成滾動體運(yùn)轉(zhuǎn)不夠規(guī)則，形成痕跡。

　　1.5滾道上出現(xiàn)劃痕、刻痕、凹痕和摩擦腐蝕
　　原因分析：(1)包裝不當(dāng)，運(yùn)輸及裝卸過程中碰撞所至。(2)振動及軸承間隙大，軸承內(nèi)部油膜阻尼少。(3)使用中操作不當(dāng)，粗暴處理導(dǎo)致?lián)p傷，此類失效主要表現(xiàn)在縮斷壽命。此類失效主要表現(xiàn)在大圓柱滾子軸承和圓錐滾子軸承中，因滾子軸承和圓錐滾子的內(nèi)外圈可以分離，在運(yùn)輸、裝卸、裝配和操作過程中碰撞造成軸承表面出現(xiàn)長劃痕、刻痕、凹痕;許多軸承使用后期，由于間隙過大及潤滑不良加速軸承摩擦腐蝕。比如3NB-1300C鉆井泵24072軸承。

　　1.6保持架嚴(yán)重磨損和斷裂原因分析
　　潤滑不良導(dǎo)致保持架引導(dǎo)面無油膜分離;速度過高導(dǎo)致保持架引導(dǎo)面承受離心力；軸承對中不良導(dǎo)致保持架受到破壞性載荷。此類失效常見于各種鉆井泵的傳動軸軸承，如32844軸承轉(zhuǎn)速比較高。

　　1.7內(nèi)部游隙增加、表面變粗、微觀凹痕、磨損原因分析
　　此類失效主要是軸承密封不嚴(yán)，軸承進(jìn)沙粒、灰塵及其它雜物，加速軸承磨損，軸承工作面變粗，出現(xiàn)微觀凹痕。此類失效普遍存在于密封較差或工況惡劣的各類軸承中。鉆井泵竟要要在風(fēng)沙較大的沙漠、戈壁上作業(yè)密封特別關(guān)鍵。

　　1.8滾動體和滾道點蝕和銹蝕腐蝕原因分析
　　軸承疲勞；潤滑不足或潤滑劑不良，油中腐蝕物和氧化物侵蝕滾道表面引起損傷；密封不嚴(yán)，腐蝕劑和水等損傷滾道表面；軸承中有電流通過，表面出現(xiàn)大量麻點。

　　1.9溫升、軸承變色、咬合燒傷原因分析
　　軸承缺油，咬合燒傷，燒死；環(huán)境溫度過高，潤滑不足，潤滑劑不良導(dǎo)致軸承散熱差，運(yùn)轉(zhuǎn)中溫度升軸承變色。當(dāng)有些鉆井泵保養(yǎng)維護(hù)不良時，腐蝕性很強(qiáng)的泥漿從中心拉桿進(jìn)入泵動力端，使?jié)櫥妥冑|(zhì)，嚴(yán)重影響潤滑效果，導(dǎo)致軸承失效。

　　1.10軸承圈與滾動體裂紋原因分析
　　裝配不當(dāng)，配合過緊使軸承圈產(chǎn)生裂紋；制造材料不當(dāng)或熱處理不當(dāng)，使軸承產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，運(yùn)轉(zhuǎn)裂紋；沖擊載荷導(dǎo)致軸承脆裂。尤其是在冬天裝配軸承時，環(huán)境溫度較低，而熱裝的軸承溫度較高，兩者接觸后迅速進(jìn)行熱傳遞，導(dǎo)致軸承內(nèi)軌道急劇收縮而短裂。

　　此類失效常見于沖擊振動大的部位，如鉆井泵連桿軸承和十字頭軸承。
　　2　軸承失效的判別
　　(1)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲及振動突然增大，或出現(xiàn)異常噪聲。(2)軸承工作條件沒有改變，但軸承溫度突然升高，超過了允許范圍。(3)軸承工作條件沒有改變，但軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，有沉重感甚至卡死。

　　3　軸承失效的預(yù)防措施
　　預(yù)防軸承失效問題顯的尤為重要。為了提高軸承使用壽命必須采取以下措施：
　　(1)保證軸承裝配質(zhì)量。在修理裝配前采用油浴均勻加熱到70℃～95℃，杜絕氧氣乙炔加熱，裝配到位并檢查軸承轉(zhuǎn)動靈活。當(dāng)軸承跑內(nèi)圓要特別注意測量裝配軸和軸承套的配合尺寸。配合間隙磨損到0.02mm～0.12mm，0.13mm～0.25mm時，分別用樂泰固持膠609和680進(jìn)行粘接技術(shù)處理。超過0.25mm采用堆焊車削處理，達(dá)到裝配要求，可將軸的過盈量從0.04～0.09加達(dá)到0.09mm～0.16mm，經(jīng)現(xiàn)場使用再未發(fā)生跑內(nèi)圓現(xiàn)象。(2)保證軸承潤滑效果良好。檢查強(qiáng)制潤滑機(jī)油泵完好，管線暢通;飛濺潤滑油槽規(guī)范到位，確保潤滑油供給充足。潤滑油必須清潔，無雜質(zhì)，并按照冬夏使用相應(yīng)粘度的齒輪油。及時檢查油面在游標(biāo)范圍內(nèi)，考慮到油位補(bǔ)償，允許慢速運(yùn)轉(zhuǎn)約五分鐘后，檢查油位是否在標(biāo)識范圍內(nèi)。
　　4　結(jié)語
　　在判別軸承故障時，經(jīng)常要綜合根據(jù)振動、聲音和溫度進(jìn)行隨時判斷，按照設(shè)備使用說明書，定期打開護(hù)罩進(jìn)行檢查。有條件時借助先進(jìn)的診斷方法和頻普分析法，聲射分析法、油樣分析法以及其它振動分析法等。

　　參考文獻(xiàn)
　　[1]盛益，肖軍，李國芳，等.塔里木油田泥漿泵常見故障診斷與解決方法[J].石油礦場機(jī)械，2009，38（4）:83～84.