鉆井設備軸承損壞形式與故障檢測研究

周萬成

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江 大慶 163412）

鉆井設備在復雜的環(huán)境下工作，失效形式呈現(xiàn)多樣化特征，而軸承作為鉆井設備正常工作必不可少的重要組成部分，其質量好壞將直接對主機的正常運行產(chǎn)生影響，甚至會對鉆井進尺及井下安全產(chǎn)生直接影響，當前，軸承故障及軸承損壞問題已經(jīng)成為鉆井設備修理的重要因素，所以本文就鉆井設備軸承損壞形式與故障檢測展開論述分析。

1 鉆井設備軸承損壞形式與故障檢測的重要性

鉆井設備中所應用的軸承類型復雜，包括推力滾子軸承、圓柱滾子軸承、調心球軸承和深溝球軸承等多種類型，部分軸承的價值可以高達上萬元，常見型號為ZP-520轉盤負荷軸承1684/650、SL-250水龍頭負荷軸承9019456及F1300泥漿泵連桿軸承928/660等類型，由于鉆井設備工作環(huán)境惡劣，且井下環(huán)境復雜多變，所以設備超負荷運載情況時有出現(xiàn)。這就需要提升鉆井設備恩的應用可靠性，減少故障發(fā)生而帶來的經(jīng)濟損失問題。軸承作為鉆井設備旋轉和支撐的最主要部件，其關系到鉆井設備恩是否能夠正常運轉。

軸承應用中，會受到外部條件及自身質量的雙重影響，軸承的耐磨性、旋轉精度及承載能力也會受到影響產(chǎn)生不同程度的變化。若是軸承的性能指標無法滿足正常工作需求，軸承就會產(chǎn)生故障，嚴重情況下甚至會失效，而故障或者失效的軸承會直接影響鉆井設備的正常運轉，導致設備功能喪失，所以必須盡早進行故障發(fā)生原因的檢查，并采取對應措施進行故障排除。經(jīng)調查發(fā)現(xiàn)，在進行鉆井設備修理過程中，軸承更換的費用占據(jù)設備應用的一半左右，總修理費用可高達500萬元。所以，只有盡早采取措施對軸承失效進行預防，才有利于減少軸承損壞的概率，促進鉆井設備正常運轉，提升設備應用周期，促進石油企業(yè)經(jīng)濟效益的增長，所以這就需要深入研究軸承失效原因，強化設備可靠性診斷，以確保鉆井設備能夠正常應用。

石油鉆井設備應用過程中，工作環(huán)境惡劣，所以軸承損壞的形式也呈現(xiàn)多樣化特征，其中包括軸承游隙過大、擋邊掉塊、軸承內外軌磨損、斷裂、滾動體破裂、軸承保持架損傷、滾動體脫落及有麻點等內容。

2 軸承常見損壞形式

2.1 軸承內外軌磨損

軸承內外軌磨損將直接導致軸承表面受到交變應力作用，影響材料的蒸常應用，導致材料疲勞，而發(fā)生失效。接觸疲勞失效屬于軸承常見的失效形式，極易導致軸承疲勞剝落，軸承軌道及滾子表面存在麻點剝落和點蝕剝落也極易導致軸承損壞。若是磨損嚴重，將導致軸承向深層剝落，深層剝落就會直接導致接觸疲勞失效，其屬于最主要的疲勞源。滾動軸承應用過程中，一旦受到靜荷載影響或者沖擊荷載的影響，或者受到熱變形，將導致額外荷載量的升高，若是硬度較高的物質進入到其中以后，會導致滾道表面生成劃痕和凹痕。一旦軸承內外受到摩擦，將直接加劇軸承的振動，導致噪聲增加，進一步增加沖擊荷載。導致軸承附近表面脫落。

2.2 磨損失效

鉆井設備工作環(huán)境大都為封殺自然環(huán)境，其工作環(huán)境大都為野外，所以設備潤滑油之中會導致軸承內部進入大量潤滑油，軸承工作表面之間若是混入硬質的異物、硬質的沙礫，將導致金屬表面發(fā)生磨損，影響接觸表面的正常接觸，導致軸承移動，誘發(fā)磨損問題，導致軸承工作表面形成數(shù)道拉傷。

2.3 腐蝕失效

鉆井設備所處的工作環(huán)境極為復雜，鉆井過程中，必然會接觸腐蝕性介質和水，比如泥漿泵工作中，會接觸化學泥漿，化學泥漿中含有大量的酸堿性物質會對鉆井設備產(chǎn)生腐蝕，若是進入鉆井泵軸承內部，將導致軸承腐蝕和生銹，泥漿泵的大連桿軸承會進入泥漿之中，導致軸承出現(xiàn)腐蝕損壞。

2.4 軸承軌道或者擋邊斷裂失效

軸承軌道發(fā)生斷裂失效的因素為軸承中混入異物、過載沖擊荷載引發(fā)的軸承脆裂及軸承自身缺陷問題。這一失效大都在沖擊振動較大的位置發(fā)生，可由于泥漿泵連桿軸承、水龍頭負荷軸承及十字頭軸承軌道負荷值過高而導致軌道斷裂的情況也時有發(fā)生。

2.5 軸承軌道單側擋邊位置剝落

軌道單側基線位置剝落發(fā)生后，可見軸承彈子擋邊及軌道交接位置安裝到位，或者可以將從右側開展的軸承外圈配合情況更替為間隙配合方式，一旦軸承過載情況下，軸承將得到補償，發(fā)生軸承軌道單側擋邊位置脫落。

2.6 軸承燒毀

由于軸承應用過程中所采用的潤滑油無法與實際情況相符合，潤滑情況不合理，軸承的間隙調節(jié)過小，軸承在工作過程中會迅速產(chǎn)生熱量，在幾十分鐘內，軸承表面的溫度會不斷升高，發(fā)生退火現(xiàn)象，若是不能及時對軸承內軌采用膠合進行處理，軸承滾動體將會脫落，保持架也會產(chǎn)生散架。膠合指的是在一個表面向另一個表面金屬粘附，若是潤滑不良，產(chǎn)生高速重載，則會由于摩擦發(fā)熱，導致滾動軸零件在短時間內溫度升高，引起表面損傷甚至損壞。

2.7 滾動體及滾道點侵蝕

軸承疲勞，潤滑程度不足，潤滑劑不良，將導致滾道表面受到油中氧化物及腐蝕物對其產(chǎn)生侵蝕，導致表面損傷，密封不嚴的情況下，水和腐蝕劑會對軸承滾道表面產(chǎn)生影響，導致表面麻點的出現(xiàn)，這一失效問題會在各個部位的軸承中發(fā)生，尤其是軸承應用后期，這一問題更加嚴重。

2.8 軸承變色及咬合燒傷

軸承缺油、燒死及咬合燒傷、環(huán)境溫度水平過高、潤滑油潤滑程度不足、潤滑劑應用不良等問題均會對軸承的散熱產(chǎn)生不良影響，導致軸承運轉過程中溫度水平過高，引發(fā)軸承色變現(xiàn)象，該失效情況在轉盤、泥漿泵及水龍頭等極易混入腐蝕性泥漿的軸承中發(fā)生較高。

3 軸承常見故障檢測

不依靠拆卸檢查方式對軸承運轉過程存在的故障進行預測和識別，可實現(xiàn)鉆井和設備經(jīng)濟性能和可靠性能提升的目的。所以首先，需要依據(jù)軸承運轉中的聲音，對軸承是否存在損壞情況進行判斷，依靠聽音器或者起子貼在軸承外側部位進行聆聽，分析抽成運轉過程中所產(chǎn)生的聲音是否正常、滾動體會在滾道上滾動，滾動中會形成滑溜的輕聲音，其屬于軸承最基本的聲音，但是聲音的大小會極大程度受到軸承結構的影響，若是球軸承比較小，則滾子軸承比較大。輕系列的軸承小情況下，重系列的軸承會比較大。若是軸承軌道之中存在麻點或者磨損情況，則軸承運轉過程中會產(chǎn)生異常聲響，也會產(chǎn)生有規(guī)律的跳動聲音。其次，替考專用的軸承振動儀開展故障檢測，軸承應用過程中，若是滾動體表存在裂紋、銹蝕、壓痕或者剝落情況，將直在軸承運轉中體現(xiàn)，依靠軸承振動測試分析儀，可有效檢測軸承的大小，依靠軸承分析方式對異常情況進行鑒別。最后，依靠軸承工作溫度對軸承工作情況進行判斷，軸承運轉過程中，溫度也會隨之升高，但是若是潤滑情況良好的情況下，軸承溫度會處于恒定狀態(tài)下，若是由于潤滑油質量問題或者潤滑不良問題的存在，將導致軸承安裝過程張溫度持續(xù)上升現(xiàn)象，導致軸承異常高溫問題的發(fā)生，若是潤滑不足，將導致潤滑劑中雜質含量的升高，導致潤滑負載值的升高，引起軸承損壞，且此過程中間隙不足，也會導致油封摩擦，導致軸承溫度迅速升高。

4 結語

綜上所述，在對軸承故障進行鑒別過程中，可依據(jù)軸承的聲音、軸承振動情況、軸承溫度水平進行，通過合理的故障檢查方式，對軸承應用中存在的異常問題進行盡早發(fā)現(xiàn)，并盡早采取措施進行解決，以保障軸承運轉的正常化，減少軸承故障而導致的鉆井設備應用停機事件的發(fā)生，提升軸承應用的穩(wěn)定性和安全性，增長軸承應用周期，減少軸承維護和更換的費用，促進軸承應用質量的提升，以此促進鉆井工作經(jīng)濟效益的增長。