VARCO頂驅變頻主電機機械故障分析與預防措施

蔣建華，黃建國

（中國石油集團長城鉆探頂驅技術分公司，北京 100101）

VARCO頂驅變頻主電機機械故障分析與預防措施

蔣建華，黃建國

（中國石油集團長城鉆探頂驅技術分公司，北京 100101）

結合現場VARCO頂驅變頻主電機機械故障實例，通過對VARCO頂驅變頻主電機結構組成及承載原理的分析，找出使用過程中VARCO頂驅變頻主電機發生故障的主要原因，并提出相應的預防措施。

VARCO頂驅；主電機；故障預防

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.22

0 引言

頂驅（頂部驅動鉆井裝置）是實現安全、高效鉆井施工作業的重要設備。中石油長城鉆探頂驅技術分公司擁有40多臺VARCO頂驅，統計公司近3a來VARCO頂驅的現場故障分類發現，發生的電氣和液壓故障占比為33%，機械故障占比為67%，而機械故障中主電機機械故障占比最高達39%。結合現場實際情況，分析VARCO頂驅變頻主電機（美國瑞恩電氣工業公司生產，型號10896A）機械故障發生的原因，提出現場故障處理和故障預防措施。

1 故障現象

VARCO頂驅變頻主電機機械故障主要表現為電機軸承處有異常噪聲；電機異常振動、溫升增加、轉子軸下沉、剎車盤下移；電機轉矩可能會增大，甚至會磨損軸承室及軸承壓蓋，嚴重的情況下會導致轉子軸損壞、掃堂，甚至燒毀電機。

2 故障原因

2.1 無法選用到完全理想的軸承

VARCO頂驅變頻主電機都是立式安裝的，其轉子重量全部由上端的深溝球軸承承擔，從立式電機本身設計結構來說，不可能選用到完全理想的軸承。VARCO頂驅選用的深溝球軸承可以承受軸向和徑向載荷，但不耐沖擊，不適應承受過大的軸向載荷的工作環境。

2.2 沖擊振動大是主要原因

VARCO頂驅變頻主電機故障主要是上部軸承故障。由于頂驅變頻電機轉子所有重量都是由上部深溝球軸承承受的，且工作環境復雜，在正常鉆進過程中伴隨有較大的沖擊振動，當遇卡震擊時可能會造成上部深溝球軸承直接受沖擊而損壞。從分析現場電機故障情況來看，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。

2.3 維護保養不合理

現場服務人員往往不太重視對VARCO頂驅變頻主電機的日常維護保養，對潤滑油品質量、注油標準及要求不是十分熟悉，容易造成漏保或過保，以及選用了不合格的潤滑油品，這會加速軸承磨損、增加軸承故障發生的概率。

2.4 其他原因

（1）軸承自然磨損，間隙增大；嚴重時軸承會完全損壞。

（2）軸承室密封損壞，導致潤滑不好，進而加速軸承磨損和腐蝕。

（3）深溝球軸承外側的卡簧變形或脫落，導致電機轉子下沉。

（4）深溝球軸承外軌跑圓有可能磨損軸承壓蓋。

（5）軸承質量本身有問題，導致軸承損壞或滾珠破裂等。

3 故障處理

VARCO頂驅變頻主電機發生故障后，除了井下特殊情況需要外，要立即停止使用主電機并進行修理，以免故障擴大，產生嚴重后果。

（1）如現場特殊需要，可在不旋轉主軸的情況下，進行起下鉆作業。

（2）根據現場情況，如不能即時進行修復作業，可先拆下故障電機的小齒輪，再將主電機安裝到原位進行單電機作業。

（3）電機軸承跑圓、軸承室磨損和轉子軸磨損的變頻主電機，必須送生產廠家進行修理。

4 預防措施

4.1 必須嚴格按照維護保養要求進行維護保養

（1）VARCO頂驅變頻主電機的保養周期是電機運轉750 h，但對軸承室有OUTLET排污絲堵和無OUTLET排污絲堵的電機，加注潤滑脂的量有不同要求。軸承室有OUTLET排污絲堵的電機，加注潤滑脂時需要用新潤滑脂完全擠出軸承室內的舊潤滑脂；無OUTLET排污絲堵的電機，則每次用手動黃油槍加注潤滑脂時壓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運轉15 min，再裝上注油絲堵密封住軸承室，以保證軸承室內潤滑脂適量。VARCO頂驅變頻主電機部分見圖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 減少震擊和產生共振

（1）盡量避免震擊作業，如遇有震擊情況發生，在震擊后必須立即打開變頻主電機觀察窗對電機軸承進行檢查，并確認電機轉子和軸承無異常。

圖1 VARCO頂驅變頻主電機部分

（2）避免頂驅在鉆井作業過程中產生共振。可通過改變鉆井參數避免共振的發生。

（3）在起停絞車時應緩慢平穩操作，以減小瞬時慣性對電機產生的沖擊。

4.3 定期檢查電機狀況

（1）定期（至少每月一次）打開VARCO變頻主電機觀察窗對電機軸承進行檢查，確認電機轉子無下沉。可以通過測量電機轉子軸向間隙是否合格判斷（軸向間隙標準是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電機是否有異常噪聲、振動，軸承是否發熱等不正常現象。

（3）定期打開觀察窗檢查電機軸承室油封情況，確認油封完好。

4.4 預防性更換軸承和密封

（1）檢測時若發現電機轉子軸向間隙超標，要及時更換上端軸承。

（2）現場使用統計發現，出廠后未修理過的主電機的軸承壽命一般為15 000 h；電機轉子出現明顯下沉后，現場更換了軸承和密封的電機，其軸承壽命一般在8000 h左右。建議現場備好電機全套軸承和油封備件，在到達上述時間后及時更換軸承和油封。

（3）如電機軸承室油封發生損壞，要及時更換油封并檢查軸承情況。

5 結語

為保證VARCO頂驅變頻主電機長時間正常工作，現場人員不僅需要掌握正確的維護保養方法和知識，還需要根據現場使用情況對主電機進行故障預防，以減少VARCO頂驅變頻主電機故障停機可能產生的巨大損失。

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〔編輯 凌 瑞〕