钻井泵轴承失效分析及预防
作者：王峰 罗军 何建峰 王 李大双 来源：《科技资讯》 2011年第20期
王峰 罗军 何建峰 王 李大双
（中国石油西部钻探吐哈钻井公司 鄯善 838200）
摘要：钻井泵工作状态的好坏直接影响到石油天然气钻井工作的顺利进行。轴承是钻井泵的主要旋转支承零部件，因此，对钻井泵轴承的失效原因进行分析与诊断对于设备的使用、保养、现场故障诊断都有着较好的指导意义。
关键词：钻井泵；轴承；诊断；分析
中图分类号：TE821 文献标识码：A文章编号：1672-3791(2011)07(b)-0000-00
钻井泵广泛用于石油天然气钻井领域，称为钻机的心脏，一旦发生故障，将给钻井生产带来不便，严重的会导致井下复杂，造成较大经济损失。钻井泵动力端的十副轴承是钻井泵的主要旋转支承零部件，对钻井泵的正常运行起着非常关键的作用。
1 常见失效形式及原因分析
1.1 轴承内轨道跑圆
在工作过程中内轨与轴发生相对运动，出现跑圆现象，使轴承壳发烫。这种情况在3NB-1300C钻井泵支撑4053172轴承很常见，如果未及时发现或导致曲轴轴颈处磨细，超过一定范围将无法再次修复而报废，修理成本昂贵。一般钻井泵曲轴轴承跑圆时，曲轴两端的压板螺栓就会松动，拆下压板沿着圆周方向都有一道摩擦的很光亮的痕迹，这是最直观的观察方法。
1.2 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; 钻井泵轴承座同心度差，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。承载能力不够引起疲劳损伤。
此类失效主要发生在钻井泵连杆大端轴承上，主要原因是钻井泵轴承长时间承受较变负荷以及泵体变形等原因所至，3NB-1300C钻井泵NFP38/666.75XQ4轴承，F-1300钻井泵928/660.4QU轴承。
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F-1300钻井泵连杆小端
25494/QU轴承上比较典型，因F-1300钻井泵给十字头、导板、及小端轴承润滑的管线比较细，如果润滑油不清洁时，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，导致该轴承表面压光和微观剥落过早损坏。
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。此类失效主要表现各种钻井泵支撑轴承，有的钻井泵整机机架刚性较差，基础薄弱，长时间在交变负荷的作用下变形，传动轴、曲轴同心度、两轴心平行度都不能满足要求，使支撑轴承座同心度差，导致此类轴承失效。也有些是钻井泵支撑轴承间隙太大，造成滚动体运转不够规则，形成痕迹。
1.5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大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。比如3NB-1300C钻井泵24072轴承。
1.6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。此类失效常见于各种钻井泵的传动轴轴承，如32844轴承转速比较高。
1.7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。钻井泵竟要要在风沙较大的沙漠、戈壁上作业密封特别关键。
1.8 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。
1.9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， 运转中温度升轴承变色。当有些钻井泵保养维护不良时，腐蚀性很强的泥浆从中心拉杆进入泵动力端，使润滑油变质，严重影响润滑效果，导致轴承失效。
1.10 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， 运转裂纹; 冲击载荷导致轴承脆裂。尤其是在冬天装配轴承时，环境温度较低，而热装的轴承温度较高，两者接触后迅速进行热传递，导致轴承内轨道急剧收缩而短裂。
此类失效常见于冲击振动大的部位， 如钻井泵连杆轴承和十字头轴承。
2 轴承失效的判别
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。
3 轴承失效的预防措施
预防轴承失效问题显的尤为重要。为了提高轴承使用寿命必须采取以下措施：
1)保证轴承装配质量。在修理装配前采用油浴均匀加热到70-95℃，杜绝氧气乙炔加热，装配到位并检查轴承转动灵活。当轴承跑内圆要特别注意测量装配轴和轴承套的配合尺寸。配合间隙磨损到0.02-0.12mm，0.13-0.25mm时，分别用乐泰固持胶609和680进行粘接技术处理。超过0.25mm采用堆焊车削处理，达到装配要求，可将轴的过盈量从0.04-0.09加达到0.09-0.16mm，经现场使用再未发生跑内圆现象。2)保证轴承润滑效果良好。检查强制润滑机油泵完好，管线畅通；飞溅润滑油槽规范到位，确保润滑油供给充足。润滑油必须清洁，无杂质，并按照冬夏使用相应粘度的齿轮油。及时检查油面在游标范围内，考虑到油位补偿，允许慢速运转约五分钟后，检查油位是否在标识范围内。
4 结语
在判别轴承故障时，经常要综合根据振动、声音和温度进行随时判断，按照设备使用说明书，定期打开护罩进行检查。有条件时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。
参考文献
[1] 盛益,肖军,李国芳,等.塔里木油田泥浆泵常见故障诊断与解决方法[J].石油矿场机械，2009，38（4）：83-84.
