VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)機(jī)械故障分析與預(yù)防措施

蔣建華，黃建國

（中國石油集團(tuán)長城鉆探頂驅(qū)技術(shù)分公司，北京 100101）

VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)機(jī)械故障分析與預(yù)防措施

蔣建華，黃建國

（中國石油集團(tuán)長城鉆探頂驅(qū)技術(shù)分公司，北京 100101）

結(jié)合現(xiàn)場VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)機(jī)械故障實(shí)例，通過對VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)結(jié)構(gòu)組成及承載原理的分析，找出使用過程中VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)發(fā)生故障的主要原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

VARCO頂驅(qū)；主電機(jī)；故障預(yù)防

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.22

0 引言

頂驅(qū)（頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置）是實(shí)現(xiàn)安全、高效鉆井施工作業(yè)的重要設(shè)備。中石油長城鉆探頂驅(qū)技術(shù)分公司擁有40多臺(tái)VARCO頂驅(qū)，統(tǒng)計(jì)公司近3a來VARCO頂驅(qū)的現(xiàn)場故障分類發(fā)現(xiàn)，發(fā)生的電氣和液壓故障占比為33%，機(jī)械故障占比為67%，而機(jī)械故障中主電機(jī)機(jī)械故障占比最高達(dá)39%。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，分析VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)（美國瑞恩電氣工業(yè)公司生產(chǎn)，型號10896A）機(jī)械故障發(fā)生的原因，提出現(xiàn)場故障處理和故障預(yù)防措施。

1 故障現(xiàn)象

VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)機(jī)械故障主要表現(xiàn)為電機(jī)軸承處有異常噪聲；電機(jī)異常振動(dòng)、溫升增加、轉(zhuǎn)子軸下沉、剎車盤下移；電機(jī)轉(zhuǎn)矩可能會(huì)增大，甚至?xí)p軸承室及軸承壓蓋，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸損壞、掃堂，甚至燒毀電機(jī)。

2 故障原因

2.1 無法選用到完全理想的軸承

VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)都是立式安裝的，其轉(zhuǎn)子重量全部由上端的深溝球軸承承擔(dān)，從立式電機(jī)本身設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來說，不可能選用到完全理想的軸承。VARCO頂驅(qū)選用的深溝球軸承可以承受軸向和徑向載荷，但不耐沖擊，不適應(yīng)承受過大的軸向載荷的工作環(huán)境。

2.2 沖擊振動(dòng)大是主要原因

VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)故障主要是上部軸承故障。由于頂驅(qū)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)子所有重量都是由上部深溝球軸承承受的，且工作環(huán)境復(fù)雜，在正常鉆進(jìn)過程中伴隨有較大的沖擊振動(dòng)，當(dāng)遇卡震擊時(shí)可能會(huì)造成上部深溝球軸承直接受沖擊而損壞。從分析現(xiàn)場電機(jī)故障情況來看，上部深溝球軸承故障的主要原因是由于受到大的沖擊振動(dòng)。

2.3 維護(hù)保養(yǎng)不合理

現(xiàn)場服務(wù)人員往往不太重視對VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)，對潤滑油品質(zhì)量、注油標(biāo)準(zhǔn)及要求不是十分熟悉，容易造成漏?；蜻^保，以及選用了不合格的潤滑油品，這會(huì)加速軸承磨損、增加軸承故障發(fā)生的概率。

2.4 其他原因

（1）軸承自然磨損，間隙增大；嚴(yán)重時(shí)軸承會(huì)完全損壞。

（2）軸承室密封損壞，導(dǎo)致潤滑不好，進(jìn)而加速軸承磨損和腐蝕。

（3）深溝球軸承外側(cè)的卡簧變形或脫落，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子下沉。

（4）深溝球軸承外軌跑圓有可能磨損軸承壓蓋。

（5）軸承質(zhì)量本身有問題，導(dǎo)致軸承損壞或滾珠破裂等。

3 故障處理

VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)發(fā)生故障后，除了井下特殊情況需要外，要立即停止使用主電機(jī)并進(jìn)行修理，以免故障擴(kuò)大，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

（1）如現(xiàn)場特殊需要，可在不旋轉(zhuǎn)主軸的情況下，進(jìn)行起下鉆作業(yè)。

（2）根據(jù)現(xiàn)場情況，如不能即時(shí)進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，可先拆下故障電機(jī)的小齒輪，再將主電機(jī)安裝到原位進(jìn)行單電機(jī)作業(yè)。

（3）電機(jī)軸承跑圓、軸承室磨損和轉(zhuǎn)子軸磨損的變頻主電機(jī)，必須送生產(chǎn)廠家進(jìn)行修理。

4 預(yù)防措施

4.1 必須嚴(yán)格按照維護(hù)保養(yǎng)要求進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)

（1）VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)的保養(yǎng)周期是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)750 h，但對軸承室有OUTLET排污絲堵和無OUTLET排污絲堵的電機(jī)，加注潤滑脂的量有不同要求。軸承室有OUTLET排污絲堵的電機(jī)，加注潤滑脂時(shí)需要用新潤滑脂完全擠出軸承室內(nèi)的舊潤滑脂；無OUTLET排污絲堵的電機(jī)，則每次用手動(dòng)黃油槍加注潤滑脂時(shí)壓5次。并且都要求加注完潤滑脂后，在不安裝注油絲堵的情況下讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)15 min，再裝上注油絲堵密封住軸承室，以保證軸承室內(nèi)潤滑脂適量。VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)部分見圖1。

（2）必須使用專用極壓黑珍珠潤滑脂，不允許替換。

（3）使用專用注油槍，不能混用。

4.2 減少震擊和產(chǎn)生共振

（1）盡量避免震擊作業(yè)，如遇有震擊情況發(fā)生，在震擊后必須立即打開變頻主電機(jī)觀察窗對電機(jī)軸承進(jìn)行檢查，并確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)子和軸承無異常。

圖1 VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)部分

（2）避免頂驅(qū)在鉆井作業(yè)過程中產(chǎn)生共振?？赏ㄟ^改變鉆井參數(shù)避免共振的發(fā)生。

（3）在起停絞車時(shí)應(yīng)緩慢平穩(wěn)操作，以減小瞬時(shí)慣性對電機(jī)產(chǎn)生的沖擊。

4.3 定期檢查電機(jī)狀況

（1）定期（至少每月一次）打開VARCO變頻主電機(jī)觀察窗對電機(jī)軸承進(jìn)行檢查，確認(rèn)電機(jī)轉(zhuǎn)子無下沉?？梢酝ㄟ^測量電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向間隙是否合格判斷（軸向間隙標(biāo)準(zhǔn)是0.33～1.29 mm）；還可通過檢測剎車盤和下剎車片之間的間隙是否變小來簡單判斷。

（2）每天巡檢中要特別注意頂驅(qū)電機(jī)是否有異常噪聲、振動(dòng)，軸承是否發(fā)熱等不正?，F(xiàn)象。

（3）定期打開觀察窗檢查電機(jī)軸承室油封情況，確認(rèn)油封完好。

4.4 預(yù)防性更換軸承和密封

（1）檢測時(shí)若發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸向間隙超標(biāo)，要及時(shí)更換上端軸承。

（2）現(xiàn)場使用統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，出廠后未修理過的主電機(jī)的軸承壽命一般為15 000 h；電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)明顯下沉后，現(xiàn)場更換了軸承和密封的電機(jī)，其軸承壽命一般在8000 h左右。建議現(xiàn)場備好電機(jī)全套軸承和油封備件，在到達(dá)上述時(shí)間后及時(shí)更換軸承和油封。

（3）如電機(jī)軸承室油封發(fā)生損壞，要及時(shí)更換油封并檢查軸承情況。

5 結(jié)語

為保證VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)長時(shí)間正常工作，現(xiàn)場人員不僅需要掌握正確的維護(hù)保養(yǎng)方法和知識，還需要根據(jù)現(xiàn)場使用情況對主電機(jī)進(jìn)行故障預(yù)防，以減少VARCO頂驅(qū)變頻主電機(jī)故障停機(jī)可能產(chǎn)生的巨大損失。

TE92

B

〔編輯 凌 瑞〕