浅论钻井柴油机拉缸及轴承损伤预防对策

卓林 郭靖 孙涛

摘要：柴油機是一种复杂的热力机械，钻井过程中工况复杂，工作条件恶劣，因此，经常发生故障。由于柴油机的结构和使用环境不同，引起柴油机的故障原因、故障现象也不相同，故障率高达3%。钻井用柴油机拉缸是指在活塞环的运动范围内，气缸内壁出现明显的纵向机械划痕和刮伤，严重时发生活塞脱顶或胀缸事故，因此说拉缸是一个重大的质量问题。钻井用柴油机拉缸及滚动轴承损伤的现象在一段时间内特别严重，经过分析和比较，认为产生拉缸及滚动轴承损伤的质量问题和外来零部件质量是否合格有着密切的因果关系。本文对拉缸及滚动轴承损伤的故障模式进行原因解析。

关键词：钻井柴油机；柴油机结构；拉缸；滚动轴承；故障模式；预防

对待钻井柴油机具体故障，应根据不同情况具体分析。随着国内钻井规模的不断扩大，柴油机为钻井提供能源和动力，柴油机作为钻井生产的主要动力保障，在钻井的实际操作过程中会由于柴油机的结构或使用环境等因素导致出现故障，从而严重影响钻井工程的进展。针对钻井用柴油机常见的拉缸及滚动轴承损伤，零部件质量的好坏起着决定性的影响。本文列举了一段时间内上述因素对出现拉缸及滚动轴承损伤现象产生的影响，并提出了一些针对性的预防措施。

1 钻井用柴油机拉缸

（1）拉缸磨损的机理。直观的说是两个摩擦表面之间没有油膜存在而产生的一种局部金属溶着现象。气缸壁、活塞和活塞环在一定的温度下相互配工作，机油起着润滑、减磨、冷却、清洗和密封的作用[3-4]。此时一但缺少机油的润滑，两种金属由原来的液态摩擦变为固体的干摩擦，就会产生局部高温，导致接触点处发生溶融。油膜如果恢复迟缓，溶点扩大，缸壁、活塞、活塞环严重损伤，在缸壁表面呈现溶融流动状态，显示不规则、不均匀的沟痕和皱褶，这就形成了拉缸。

（2）拉缸的原因。造成钻井用柴油机拉缸的因素主要有使用因素、装配因素、制造加工因素，其中包括：活塞装配间隙过小、活塞环开口间隙太小、活塞销与活塞装配过盈量过大、活塞自身的质量等等都能造成拉缸现象。但这些均不是造成我公司钻井用柴油机拉缸现象的主要原因，这里不再细说。本文只对拉缸现象作原因分析，其中包括：①发动机水温过高。经过对机体、缸盖水道的检查分析，发现由于清洗机清洗功能不完备、清洗时间短、水压不足、操作工未严格按工艺要求进行规范的清洗，造成机体、缸盖水道内泥砂较多，有的水道完全被堵塞，未清理干净，同时调温器由于泥砂进入，工作时不能正常开启和闭合，阻碍了钻井用柴油机冷却系统的畅通，从而达不到冷却效果，发动机冷却水温度正常应保持在 80～90℃，这时发动机才能发挥最大功率，燃油消耗最经济，机件磨损最小，水温过高会造成：（a）机油粘度下降，不能形成油1膜。（b）活塞膨胀量超过限值，造成活塞卡死。（c）长时间高温，金属零部件强度、弹性和耐磨性有所下降。这些因素均可能造成拉缸事故。

②缸套外径与机体缸套孔内径为间隙配合。通过对钻井用柴油机产品工艺的检查和分析，由于缸套外径与机体缸套孔的配合为间隙配合，缸套外径与机体缸套孔不能很好贴合，发动机工作时产生的热量不能及时传出，机体水道内的冷却水不能很好的冷却缸套，造成冷却不均匀，钻井用柴油机温度过高，造成拉缸故障。③机油压力过低。机油量不足或主油道压力过低，造成机件表面失油，润滑膜中断，各部位严重磨损，发生拉缸现象。

（3）解决拉缸的方法。①针对机体缸盖水道内清洗不干净的现象，采取加强对机体、气缸盖水道的清理、清砂，增加操作人员，严格按工艺要求操作，采取人工掏、吹、反复清洗，检验人员现场严格把关控制，确保水道畅通，达到冷却效果。②进行工艺改进，把缸套外径与机休缸套孔分组装配纳入工艺，改变缸套外径与机体缸套孔配合尺寸，使缸套外径与机体缸套孔有较好贴合，从而使缸套得到充分冷却。③对所用机油的油质和清洁度进行定期检查，防止由于机油不够清洁，杂质吸附在滤清器滤网上或堵塞油道，必要时更换品质好的新机油。④严格控制校试过程中的水温、油压等重要指标，按照转速由低到高、负荷由小到大的原则，规范校试，确保校试质量。

2钻井用柴油机滚动轴承损伤

滚动轴承的俗称叫瓦，它是曲轴和连杆之间的一个滑动部件，它和机油一起构成滑动轴承，钻井用柴油机在高速转速情况下，瓦片与曲轴之间的摩擦是非常剧烈的，此时一旦缺少机油润滑，瓦片和曲轴之间会产生快速干摩擦，在极端情况下瓦片加速磨损，同时产生大量热量，从而导致瓦片烧毁，这就是我们常说的烧瓦。

（1）滚动轴承损伤的危害。车辆在速度很慢或处于停车状态时，拉瓦最多是无法正常行驶，通过大修发动机可以将故障排除 ；而一旦在车速较高的情况下发生这种情况，就会导致前轮迅速抱死，操作不当很可能会发生严重事故。

（2）滚动轴承损伤的原因。

（3）①机油含杂量高。通过检查油库送至预装线的机油，经化验发现机油杂质超过了国家标准，钻井用柴油机工作过程中出现了油压不足的现象，造成润滑不良，导致曲轴咬伤。②机油浓度达不到要求。如果润滑油的粘度过大、流动性变差，在低温启动时，润滑油不易快到达摩擦面，加速了发动机的磨损；润滑油粘度过小，易造成润滑油从摩擦面流失，不能形成可靠的油膜，加速了气缸的磨损，因此机油浓度达不到要求，是发动机烧瓦的一大因素。

③机体、曲轴油道孔及钻井用柴油机内腔件清洁度不够。曲轴油道及铸造孔存在铁屑和泥砂，导致油道孔堵塞，机油起不到润滑作用。④曲轴表面硬度不够。经过对曲轴硬度（氮化层表面硬度）检查，发现部分曲轴氮化处理后其主轴颈、连杆颈硬度不均匀或不够，曲轴轴颈粗糙度有些达不到设计要求。⑤机油泵咬死造成断油。

（3）滚动轴承损伤的解决方法。

①严格遵守加油工艺守则，对所用机油的油质和清洁度进行定期检查，对于化验不合格的机油及时报厂部，请求更换品质好的新机油。②严格按工艺要求，对钻井用柴油机整体及零件解体进行清洗，加强曲轴盲孔、油孔及表面清洗，采取清洗→人工掏铰→煤油毛刷掏洗的工艺流程，做到曲轴油道及铸造孔无铁屑和泥砂，提高曲轴的清洁度。③要求质量保证并加强对曲轴表面硬度、粗糙度检查，曲轴油孔位孔径的检查，建议公司把曲轴氮化作为技改攻关立项实施。④加强曲轴在运输过程中碰撞的防护，检查曲轴存放架和运输架是否完善完好，做到规范化运输。⑤加强对机油泵轴齿轮的硬度、结构的攻关，减少机油泵咬死造成断油故障的频次。

3 结束语

通过对拉缸及滚动轴承损伤的成因和解决措施方案的分析，针对钻井用柴油机拉缸及滚动轴承损伤的故障模式进行攻关，取得了可喜的收获，柴油机冒白气故障率有了明显的下降。

参考文献：

[1]肖志松，唐力伟，王虹，郑海起.时域平均在行星齿轮箱故障诊断的应用[J].河北工业大学学报，2016年06期.

[2]黄宇强.浅析钻井柴油机故障原因与合理使用[J].中国井矿盐，2016年05期.