淺論鉆井柴油機拉缸及軸承損傷預防對策

卓林 郭靖 孫濤

摘要：柴油機是一種復雜的熱力機械，鉆井過程中工況復雜，工作條件惡劣，因此，經常發生故障。由于柴油機的結構和使用環境不同，引起柴油機的故障原因、故障現象也不相同，故障率高達3%。鉆井用柴油機拉缸是指在活塞環的運動范圍內，氣缸內壁出現明顯的縱向機械劃痕和刮傷，嚴重時發生活塞脫頂或脹缸事故，因此說拉缸是一個重大的質量問題。鉆井用柴油機拉缸及滾動軸承損傷的現象在一段時間內特別嚴重，經過分析和比較，認為產生拉缸及滾動軸承損傷的質量問題和外來零部件質量是否合格有著密切的因果關系。本文對拉缸及滾動軸承損傷的故障模式進行原因解析。

關鍵詞：鉆井柴油機；柴油機結構；拉缸；滾動軸承；故障模式；預防

對待鉆井柴油機具體故障，應根據不同情況具體分析。隨著國內鉆井規模的不斷擴大，柴油機為鉆井提供能源和動力，柴油機作為鉆井生產的主要動力保障，在鉆井的實際操作過程中會由于柴油機的結構或使用環境等因素導致出現故障，從而嚴重影響鉆井工程的進展。針對鉆井用柴油機常見的拉缸及滾動軸承損傷，零部件質量的好壞起著決定性的影響。本文列舉了一段時間內上述因素對出現拉缸及滾動軸承損傷現象產生的影響，并提出了一些針對性的預防措施。

1 鉆井用柴油機拉缸

（1）拉缸磨損的機理。直觀的說是兩個摩擦表面之間沒有油膜存在而產生的一種局部金屬溶著現象。氣缸壁、活塞和活塞環在一定的溫度下相互配工作，機油起著潤滑、減磨、冷卻、清洗和密封的作用[3-4]。此時一但缺少機油的潤滑，兩種金屬由原來的液態摩擦變為固體的干摩擦，就會產生局部高溫，導致接觸點處發生溶融。油膜如果恢復遲緩，溶點擴大，缸壁、活塞、活塞環嚴重損傷，在缸壁表面呈現溶融流動狀態，顯示不規則、不均勻的溝痕和皺褶，這就形成了拉缸。

（2）拉缸的原因。造成鉆井用柴油機拉缸的因素主要有使用因素、裝配因素、制造加工因素，其中包括：活塞裝配間隙過小、活塞環開口間隙太小、活塞銷與活塞裝配過盈量過大、活塞自身的質量等等都能造成拉缸現象。但這些均不是造成我公司鉆井用柴油機拉缸現象的主要原因，這里不再細說。本文只對拉缸現象作原因分析，其中包括：①發動機水溫過高。經過對機體、缸蓋水道的檢查分析，發現由于清洗機清洗功能不完備、清洗時間短、水壓不足、操作工未嚴格按工藝要求進行規范的清洗，造成機體、缸蓋水道內泥砂較多，有的水道完全被堵塞，未清理干凈，同時調溫器由于泥砂進入，工作時不能正常開啟和閉合，阻礙了鉆井用柴油機冷卻系統的暢通，從而達不到冷卻效果，發動機冷卻水溫度正常應保持在 80～90℃，這時發動機才能發揮最大功率，燃油消耗最經濟，機件磨損最小，水溫過高會造成：（a）機油粘度下降，不能形成油1膜。（b）活塞膨脹量超過限值，造成活塞卡死。（c）長時間高溫，金屬零部件強度、彈性和耐磨性有所下降。這些因素均可能造成拉缸事故。

②缸套外徑與機體缸套孔內徑為間隙配合。通過對鉆井用柴油機產品工藝的檢查和分析，由于缸套外徑與機體缸套孔的配合為間隙配合，缸套外徑與機體缸套孔不能很好貼合，發動機工作時產生的熱量不能及時傳出，機體水道內的冷卻水不能很好的冷卻缸套，造成冷卻不均勻，鉆井用柴油機溫度過高，造成拉缸故障。③機油壓力過低。機油量不足或主油道壓力過低，造成機件表面失油，潤滑膜中斷，各部位嚴重磨損，發生拉缸現象。

（3）解決拉缸的方法。①針對機體缸蓋水道內清洗不干凈的現象，采取加強對機體、氣缸蓋水道的清理、清砂，增加操作人員，嚴格按工藝要求操作，采取人工掏、吹、反復清洗，檢驗人員現場嚴格把關控制，確保水道暢通，達到冷卻效果。②進行工藝改進，把缸套外徑與機休缸套孔分組裝配納入工藝，改變缸套外徑與機體缸套孔配合尺寸，使缸套外徑與機體缸套孔有較好貼合，從而使缸套得到充分冷卻。③對所用機油的油質和清潔度進行定期檢查，防止由于機油不夠清潔，雜質吸附在濾清器濾網上或堵塞油道，必要時更換品質好的新機油。④嚴格控制校試過程中的水溫、油壓等重要指標，按照轉速由低到高、負荷由小到大的原則，規范校試，確保校試質量。

2鉆井用柴油機滾動軸承損傷

滾動軸承的俗稱叫瓦，它是曲軸和連桿之間的一個滑動部件，它和機油一起構成滑動軸承，鉆井用柴油機在高速轉速情況下，瓦片與曲軸之間的摩擦是非常劇烈的，此時一旦缺少機油潤滑，瓦片和曲軸之間會產生快速干摩擦，在極端情況下瓦片加速磨損，同時產生大量熱量，從而導致瓦片燒毀，這就是我們常說的燒瓦。

（1）滾動軸承損傷的危害。車輛在速度很慢或處于停車狀態時，拉瓦最多是無法正常行駛，通過大修發動機可以將故障排除 ；而一旦在車速較高的情況下發生這種情況，就會導致前輪迅速抱死，操作不當很可能會發生嚴重事故。

（2）滾動軸承損傷的原因。

（3）①機油含雜量高。通過檢查油庫送至預裝線的機油，經化驗發現機油雜質超過了國家標準，鉆井用柴油機工作過程中出現了油壓不足的現象，造成潤滑不良，導致曲軸咬傷。②機油濃度達不到要求。如果潤滑油的粘度過大、流動性變差，在低溫啟動時，潤滑油不易快到達摩擦面，加速了發動機的磨損；潤滑油粘度過小，易造成潤滑油從摩擦面流失，不能形成可靠的油膜，加速了氣缸的磨損，因此機油濃度達不到要求，是發動機燒瓦的一大因素。

③機體、曲軸油道孔及鉆井用柴油機內腔件清潔度不夠。曲軸油道及鑄造孔存在鐵屑和泥砂，導致油道孔堵塞，機油起不到潤滑作用。④曲軸表面硬度不夠。經過對曲軸硬度（氮化層表面硬度）檢查，發現部分曲軸氮化處理后其主軸頸、連桿頸硬度不均勻或不夠，曲軸軸頸粗糙度有些達不到設計要求。⑤機油泵咬死造成斷油。

（3）滾動軸承損傷的解決方法。

①嚴格遵守加油工藝守則，對所用機油的油質和清潔度進行定期檢查，對于化驗不合格的機油及時報廠部，請求更換品質好的新機油。②嚴格按工藝要求，對鉆井用柴油機整體及零件解體進行清洗，加強曲軸盲孔、油孔及表面清洗，采取清洗→人工掏鉸→煤油毛刷掏洗的工藝流程，做到曲軸油道及鑄造孔無鐵屑和泥砂，提高曲軸的清潔度。③要求質量保證并加強對曲軸表面硬度、粗糙度檢查，曲軸油孔位孔徑的檢查，建議公司把曲軸氮化作為技改攻關立項實施。④加強曲軸在運輸過程中碰撞的防護，檢查曲軸存放架和運輸架是否完善完好，做到規范化運輸。⑤加強對機油泵軸齒輪的硬度、結構的攻關，減少機油泵咬死造成斷油故障的頻次。

3 結束語

通過對拉缸及滾動軸承損傷的成因和解決措施方案的分析，針對鉆井用柴油機拉缸及滾動軸承損傷的故障模式進行攻關，取得了可喜的收獲，柴油機冒白氣故障率有了明顯的下降。

參考文獻：

[1]肖志松，唐力偉，王虹，鄭海起.時域平均在行星齒輪箱故障診斷的應用[J].河北工業大學學報，2016年06期.

[2]黃宇強.淺析鉆井柴油機故障原因與合理使用[J].中國井礦鹽，2016年05期.