角接触球轴承_久研轴承科技（安徽）有限公司

钻井设备轴承失效形式及原因分析与判别

2013-07-26

颜刚¹　段现军²　谷尤勇³　杨斌¹（1.新疆泽普石油基地新海公司，新疆泽普　844804；2.新疆塔里木第三勘探公司，新疆塔里木　841000；3.重庆钻井公司新疆指挥部，新疆轮台　841600）

　　关键词：钻井设备；轴承；失效
　　石油钻井设备主要用于钻探地下地层、发现和开采地下的石油、天然气、地下水和其它矿藏，其工作环境恶劣，负荷重、交变负荷大，对设备零部件的要求较高，一旦零部件发生故障，将产生较大的经济损失。而轴承是钻井设备的主要旋转支承零部件，对钻井设备的正常运行起着非常关键的作用，如果轴承过早损坏失效，应采取相应措施防止同类损坏继续出现，以提高钻机运转的可靠性，延长维修周期，提高经济效益。因此，对钻井设备轴承的失效原因进行分析与诊断对于设备的维修、保养、现场故障诊断、保证正常钻井都有着较好的指导意义。
　　石油钻井设备由于其工况的复杂性导致轴承失效形式的多样性，轴承常见的失效形式主要有滚动体与滚道剥落；滚动体及滚道接触边缘剥落；受力表面较大面积压光和微观剥落；滚动体和滚道严重污痕和变色；滚动体和滚道产生椭圆形凹坑、平斑和腐蚀；滚道上出现划痕、刻痕、凹痕和摩擦腐蚀；保持架严重磨损和断裂；内部游隙增加、表面变粗、微观凹痕、磨损；滚动体和滚道点蚀和锈蚀腐蚀；温升、轴承变色、咬合烧伤；配合面上有锈蚀带变色、发光及微振磨损；轴承圈与滚动体裂纹；圆锥滚子轴承挡边磨损过大。
　　1　常见失效形式及原因分析
　　1.1 滚动体与滚道剥落原因分析
　　长时间重载持续性载荷加速导致疲劳损伤；两支撑轴承座同心度差，对中不良导致轴承运转中产生重载；长时间高速运转增加应力周期，加速表面疲劳；材质问题或制造精度较差造成滚道粗糙或滚道表面硬度不够过早产生疲劳；设计原因，承载能力不够引起疲劳损伤。
　　此类失效主要发生在泥浆泵的曲轴支撑轴承和连杆轴承上，主要原因是波浆泵轴承长时间承受较变负荷以及泵体变形等原因所至。
　　1.2 滚动体及滚道接触边缘剥落原因分析
　　负荷过重产生较大的轴向力使轴承滚动体侧移加速边缘剥落；同一轴上两支撑轴承座不同心导致轴承边缘受重载，产生剥落。
　　此类失效主要出现在水龙头负荷轴承19954上，由于水龙头负荷轴承是推力圆锥滚子轴承，由于井下钻具的全部负荷都施加在水龙头负荷轴承上，导致滚动体及滚道接触边缘负荷过大产生剥落。同时由于水龙头扶正间隙过大导致负荷轴承在运转中使滚动体及滚道接触边缘产生较大的冲击载荷，从而出现滚动体及滚道接触边缘剥落。
　　1.3 受力表面较大面积压光和微观剥落原因分析
　　润滑不良导致不能形成动压油膜；重载荷及对中不良导致工作面动压油膜破坏；制造精度较差，工作面粗糙造成表面动压油膜破坏。
　　此类失效主要出现在F320钻机猫头传动轴轴承3003722上，因该轴承润滑很差，润滑油很少，加上长时间承受较大的振动载荷，导致该轴承过早损坏。
　　1.4 滚动体和滚道严重污痕和变色原因分析
　　轴承对中不良引起轴承滚子滑动和螺旋运动；载荷过轻、牵引不足导致滚动体打滑；高速轻载时增加了打滑趋势；轴承游隙过大，运转打滑。
　　此类失效主要表现在F320绞车、联动箱、猫头等设备各传动轴支撑轴承上，因F320钻机是原罗马尼亚50~60年代的产品，到现在经过长时间的使用维修，各设备壳体均严重变形，各轴平行度及支撑轴承座同心度差，导致此类轴承失效。各钻井设备使用后期，因长时间运转，导致轴承间隙过大，超期使用。
　　1.5 滚动体和滚道产生椭圆形凹坑、平斑和腐蚀原因分析
　　负荷过重超过轴承静承载能力；冲击载荷造成永久性凹痕；由于工况复杂，轴承设计选型不正确，轴承抗腐蚀能力差。
　　此类失效主要表现在转盘负荷轴承91682/800和防跳轴承1681/800上，由于转盘负荷大，冲击大，内部经常进腐蚀性泥浆导致轴承失效。
　　1.6 滚道上出现划痕、刻痕、凹痕和摩擦腐蚀原因分析：（1）包装不当，运输及装卸过程中碰撞所至。（2）振动及轴承间隙大，轴承内部油膜阻尼少。（3）使用中操作不当，粗暴处理导致损伤，此类失效主要表现在缩断寿命。
　　此类失效主要表现在圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承中，因滚子轴承和圆锥滚子的内外圈可以分离，在运输、装卸、装配和操作过程中碰撞造成轴承表面出现长划痕、刻痕、凹痕；许多轴承使用后期，由于间隙过大及润滑不良加速轴承摩擦腐蚀。
　　1.7 保持架严重磨损和断裂原因分析
　　润滑不良导致保持架引导面无油膜分离；速度过高导致保持架引导面承受离心力；轴承对中不良导致保持架受到破坏性载荷。
　　此类失效常见于转盘负荷轴承、防跳轴承和水龙头负荷轴承上，常因轴承进腐蚀性泥浆以及高速旋转所至。
　　1.8 内部游隙增加、表面变粗、微观凹痕、磨损原因分析
　　此类失效主要是轴承密封不严，轴承进沙粒、灰尘及其它杂物，加速轴承磨损，轴承工作面变粗，出现微观凹痕。
　　此类失效普遍存在于密封较差或工况恶劣的各类轴承中。
　　1.9 滚动体和滚道点蚀和锈蚀腐蚀原因分析
　　轴承疲劳；润滑不足或润滑剂不良，油中腐蚀物和氧化物侵蚀滚道表面引起损伤；密封不严，腐蚀剂和水等损伤滚道表面；轴承中有电流通过，表面出现大量麻点。
　　此类失效普遍存在于钻井设备各部位轴承中，特别是轴承使用后期。
　　1.10 温升、轴承变色、咬合烧伤原因分析
　　轴承缺油，咬合烧伤，烧死；环境温度过高，润滑不足，润滑剂不良导致轴承散热差，运转中温度升高轴承变色。
　　此类失效常见于转盘、水龙头、泥浆泵等容易进腐蚀泥浆的轴承中。
　　1.11 配合面上有锈蚀带变色、发光及微振磨损原因分析
　　轴承中进水或泥浆使轴承锈蚀变色；轴承装配不当，配合过松导致徐动和微振腐蚀。
　　此类失效常见于转盘、水龙头、泥浆泵等容易进腐蚀泥浆的轴承中。
　　1.12 轴承圈与滚动体裂纹原因分析
　　装配不当，配合过紧使轴承圈产生裂纹；制造、材料不当或热处理不当，使轴承产生内应力，运转中裂纹；冲击载荷导致轴承脆裂。
　　此类失效常见于冲击振动大的部位，如泥浆泵连杆轴承和十字头轴承以及转盘轴承。
　　1.13 圆锥滚子轴承挡边磨损过大原因分析
　　装配不当，配合不正确使滚子端部受载增加；设计不正确，控制端部游隙配合制定不正确或预加载荷不当；润滑不足，润滑剂不良引起金属滑动接触。
　　此类失效常见于天车轴承37961K、游车轴承37951K和水龙头轴承19954等圆锥滚子轴承中。
　　2　轴承失效的判别
　　轴承失效时，其旋转和支承工作性能将发生变化，常见的现场判别方式主要有：
　　（1）轴承运转噪声及振动突然增大，或出现异常噪声。
　　（2）轴承工作条件没有改变，但轴承温度突然升高，超过了允许范围。
　　（3）轴承工作条件没有改变，但轴承运转不灵活，有沉重感甚至卡死。
　　总之，在判别轴承故障时，经常要综合根据振动、声音和温度进行判断，对高精密设备有时还要借助先进的诊断方法和频普分析法，声射分析法、油样分析法以及其它振动分析法等。

来源：《石油矿场机械》2006年第35卷

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