油气行业轴承应用分析

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由图1可 以看 出 ,马达通 过 中
内的设备厂商正在经历 “走 出去 ” 损 坏 问题 。另 一 方 面 , 由于钻 探 设 间轴 的齿轮传动减速后 ,来驱动主
的热潮 ,加之 国家在 “十二五 ”期 备的安装运输和维护十分困难 ,有 轴旋转 ,从而带动钻杆转动。主 轴
问 鼓励 海 工 装 备发 展 以及推 进 页 些设备甚至需要使用直 升机来进行 上方是一个用于轴 向定位 的单列 圆
至 150转/分钟之 间,转速较低 。
低 ,使用 寿命更 持久 。 顶驱工作 时主推力轴 承将 承受
重达数 百吨 的向下轴 向载荷 ,载荷 的大 小会随着钻探深度的增加而增 加 ,钻探深度越大 的项驱需要选用 更大尺寸 的主轴承 。设计顶驱时 , 在满足使用要求的前提下 ,为了让 整个顶驱 的设计更加紧凑 ,需要尽
工 作 的 轴 承 都 是 在 重 载 荷 、 冲 击 载 证 了钻井安全。作为钻 机设备 中的
风霜雨雪的侵 蚀,密封容易出现老 所示 为一 典型的项驱齿轮箱 的设计
图 1 典 型 的 顶 驱 齿 轮 箱 的 设 计 简 图
2013年12月总第53期 ( ̄WFrJ) 79
技 术 ·装 备 &装 备 空 间
可能 的减小主推力轴承 的尺寸 ,这 就要求轴承能在有限的尺寸 内发挥 出最大 的承载能力 。顶驱工作时会
避免轴承 出现因杂质颗粒导致的轴 加 了,轴承的承载 能力也相应的增 方 式 、润 滑油 的参 数 、 油路 设 计
承表面剥落损伤。转速方面 ,顶驱 加 (如 图2所示);也可以通过加工 等 )、轴承 密封 、相关的安装尺寸
主推力轴承 的转速通常在50转/分钟 工艺提高滚子 以及滚道面 的表面光 的设计、完善的安装工艺流程、 以
岩气的勘探与开发 ,使得油气装备 起 吊安装 ,成本非常高。因此 ,需 锥滚子轴承 ,最下面是圆柱滚子轴
业在 机 械 制 造行 业 中成 为亮 点 。 要 尽量避 免设备使用过程 中出现轴 承 ,设计用于承受主轴偏 移或偏斜
十二五期末,国 内海洋工程装备制 承故障。
时 预 计将 达  ̄12000
为避免在这些油气设备上出现轴 轴承 。主推力轴承 设计一般 多采用
亿元以上, 占国际市场的份额将超 承 损坏 问题 ,需要轴承 具有更 高的 推力圆锥滚 子轴承 , 由于推力 圆锥
过20%。N2o15年页岩气也将基本完 使用性 能和可靠性 能。铁姆肯 公司 滚子轴承的承载 能力大 ,并且 圆锥
滚子轴承 是纯滚动 ,工作 时轴承发 热量小,在 顶驱 的使用工况下 ,相 较于同尺寸 的推力 圆柱滚子轴承 , 推 力 圆锥滚 子 轴 承 的工 作温 度 更
内的油气 设备制造商 都在加 大油气 设 备 制 造 研 发 的投 入 。 由于 油气 行 业 的特殊性 ,对设备 的可靠性和稳 定性 ,以及效率都提 出了较 高的要 求 。作 为其 中的重要零件 ,轴承产 品是 否 得 到 正 确 选 择 和 使 用 对 设 备 的性 能影 响很大 。
总 体 上 来 说 ,油 气 行 业 的 轴 承 应用环境较为严苛 ,在很多位置上
裂泵等设备提供成套 的轴承产 品以 及解决方案 。下面我们就油气钻探 行业 的两个典型设备顶驱和压裂泵 的轴 承应用 做分析 探讨 。
顶 驱 设 计 至 关 重 要
二 十世 纪80年代 ,顶部 驱动钻 井 装置 (简称顶驱 )的研 制成功,大 大提高 了钻井效率,并且有效地保

算关系如下 (均以千牛为单位):
WR = 0.42Ca1= l_62Ca90 wS和wR这 两个 参数都 需要 由轴 承
伴有冲击载荷 ,因此主推 力轴承需 要具有相 当的抗冲 击载荷 能力 。
窗 式 保 持 架 轴 承
销式 保 持 架 轴 承
图2 窗式保 持架轴承与销式保持架轴承
生产厂家根据 自己的轴承来提供,然 后再和客户计算的动态负载相比较 。
目前很多顶驱设计采用从上至下 能有 效吸收冲击负载,经 过渗碳 的 另外,轴承的静态额定载荷也需要和
的循 环油润滑系统 ,也有一些厂家 表面更加耐磨 ,抗杂质性能 良好 ; 客户计算最大的静态负载进行比较 ,
使用润滑脂 。相较于润滑脂,循环 轴承 设 计方 面 ,对 于 大尺 寸 的轴 需要保证一定的安全余量。
技 术 ·装 备 &装 备 空 间
油气 行 业轴 承 应 用分 析
口 付 掌 印 /铁 姆 肯 公 司 中 国 区 应 用 技 术 工 程 师
近几年,全球原油价格 的高企驱 化损坏 ,从而不能有效地阻止各种 简图。
动着油气设备市场 的持续繁荣 ,国 杂质异物进入轴承 ,导致 出现 轴承
成全 国范围 内的资源 潜力调查与评 估 , 目标 为探 明页岩 气地质 储量 l 万亿立 方米 、可采储量2000亿立方 米 、年产 量达65亿 立方米 。 目前 ,国
在 油气行业具有几十年 的成功应用 经验 ,通过与全球油气行业顶尖 的 设备制造 商的合作 ,为顶驱 、水龙 头 、泥浆泵 、天车游车 、转盘 、压
油润滑能带走轴承运转时产生的热 承 ,可 以通过使用销式保持架取代
当然 ,成功 的顶驱设计不能仅
量和轴承中的杂质颗粒 ,降低轴 承 传统的窗式机加工保持架 的方式来 依据轴承 的负载来选取,我们需要
的工作温度,并且 能在一定程度上 增加轴承滚 子的数量 ,滚子数量增 充分的考虑 到润滑系统 (包括润滑
荷、低 转速并且润滑不 良的条件下 核心设备和动力源,顶驱能否 连续
使用 ,容易出现轴承损坏 问题 。油 有 效工作 关系到整个钻探 系统 能否
气的开采多在 荒野陆地或者海上进 有 效运行 ,而顶 驱的使用性 能在很
行,很多设备是直接 暴露在 外经受 大 的程度上取决于主推力轴承。图1