鉆井設(shè)備軸承失效原因判別(上)

石油鉆井設(shè)備主要用于鉆探地下地層、發(fā)現(xiàn)和開采地下的石油、天然氣、地下水和其它礦藏, 其工作環(huán)境惡劣, 負(fù)荷重、交變負(fù)荷大, 對設(shè)備零部件的要求較高, 一旦零部件發(fā)生故障, 將產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)損失。而軸承是鉆井設(shè)備的主要旋轉(zhuǎn)支承零部件,對鉆井設(shè)備的正常運(yùn)行起著非常關(guān)鍵的作用, 如果軸承過早損壞失效, 應(yīng)采取相應(yīng)措施防止同類損壞繼續(xù)出現(xiàn), 以提高鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性, 延長維修周期, 提高經(jīng)濟(jì)效益。因此, 對鉆井設(shè)備軸承的失效原因進(jìn)行分析與診斷對于設(shè)備的維修、保養(yǎng)、現(xiàn)場故障診斷、保證正常鉆井都有著較好的指導(dǎo)意義。

石油鉆井設(shè)備由于其工況的復(fù)雜性導(dǎo)致軸承失效形式的多樣性, 軸承常見的失效形式主要有滾動體與滾道剝落; 滾動體及滾道接觸邊緣剝落; 受力表面較大面積壓光和微觀剝落; 滾動體和滾道嚴(yán)重污痕和變色; 滾動體和滾道產(chǎn)生橢圓形凹坑、平斑和腐蝕; 滾道上出現(xiàn)劃痕、刻痕、凹痕和摩擦腐蝕; 保持架嚴(yán)重磨損和斷裂; 內(nèi)部游隙增加、表面變粗、微觀凹痕、磨損; 滾動體和滾道點(diǎn)蝕和銹蝕腐蝕; 溫升、軸承變色、咬合燒傷; 配合面上有銹蝕帶變色、發(fā)光及微振磨損; 軸承圈與滾動體裂紋; 圓錐滾子軸承擋邊磨損過大。

長時間重載持續(xù)性載荷加速導(dǎo)致疲勞損傷; 兩支撐軸承座同心度差, 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; 設(shè)計(jì)原因, 承載能力不夠引起疲勞損傷。

此類失效主要發(fā)生在泥漿泵的曲軸支撐軸承和連桿軸承上, 主要原因是波漿泵軸承長時間承受較變負(fù)荷以及泵體變形等原因所至。

負(fù)荷過重產(chǎn)生較大的軸向力使軸承滾動體側(cè)移加速邊緣剝落; 同一軸上兩支撐軸承座不同心導(dǎo)致軸承邊緣受重載, 產(chǎn)生剝落。此類失效主要出現(xiàn)在水龍頭負(fù)荷軸承19954上, 由于水龍頭負(fù)荷軸承是推力圓錐滾子軸承, 由于
井下鉆具的全部負(fù)荷都施加在水龍頭負(fù)荷軸承上,導(dǎo)致滾動體及滾道接觸邊緣負(fù)荷過大產(chǎn)生剝落。同時由于水龍頭扶正間隙過大導(dǎo)致負(fù)荷軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中使?jié)L動體及滾道接觸邊緣產(chǎn)生較大的沖擊載荷, 從而出現(xiàn)滾動體及滾道接觸邊緣剝落。

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F320鉆機(jī)貓頭傳動軸軸承3003722上, 因該軸承潤滑很差, 潤滑油很少, 加上長時間承受較大的振動載荷, 導(dǎo)致該軸承過早損壞。

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)( 1) F320絞車、聯(lián)動箱、貓頭等設(shè)備各傳動軸支撐軸承, 因F320鉆機(jī)是原羅馬尼亞50~60年代的產(chǎn)品, 到現(xiàn)在經(jīng)過長時間的使用維修, 各設(shè)備殼體均嚴(yán)重變形, 各軸平行度及支撐軸承座同心度差, 導(dǎo)致此類軸承失效。各鉆井設(shè)備使用后期, 因長時間運(yùn)轉(zhuǎn), 導(dǎo)致軸承間隙過大, 超期使
用。

負(fù)荷過重超過軸承靜承載能力; 沖擊載荷造成永久性凹痕; 由于工況復(fù)雜, 軸承設(shè)計(jì)選型不正確,軸承抗腐蝕能力差。此類失效主要表現(xiàn)在轉(zhuǎn)盤負(fù)荷軸承91682/ 800和防跳軸承1681/ 800上, 由于轉(zhuǎn)盤負(fù)荷大, 沖擊大,內(nèi)部經(jīng)常進(jìn)腐蝕性泥漿導(dǎo)致軸承失效。

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( 1) 許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。