石油钻井机械轴承受温度影响程度及相关对策

石油钻井机械轴承受温度影响程度及相关对策

韦国祥

（中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司湖南省长沙市410007）

摘要：随着现代经济水平的不断提高，促进了运输行业的发达，也进一步促进了石油行业发展。但现代社会能源使用情况日益紧张，导致了各种不可再生能源的价格也在不断上涨，石油就是其中最为明显的一种。现代石油行业市场出现的各种机械设备日益增多，其功能也日益齐全，市场对石油钻井机械的使用要求也越来越严，因此，现代石油专家也都着重研究影响其石油钻井机械设备零件的因素，温度就是其中最为明显的一种。下面文章就具体分析了温度对石油钻井机械轴承的影响和作用。

关键词：石油钻井机械轴承温度影响

石油钻机作业环境非常恶劣，比如它常常在油污、高温、重压的环境下工作，出现故障的机率比较大，其中，钻机最容易出现故障的部位为轴承，这是由于钻井机械轴承为金属制作，受热胀冷缩的影响较大，而轴承的运作精度要求较高的缘故。如果要减少机械轴承的故障，就要了解温度与石油钻机轴承的关系，合理的设置轴承作业参数。

1石油钻井设备工作环境及其工作特点

石油钻井设备都是用来发现并开采地下石油和矿藏，石油钻井设备长期在野外环境工作，条件恶劣。特别是在沙漠，戈壁等温差很大的地方，设备面临着更大的考验。在连续工作的情况下，承受长期的露天环境，频繁的搬家安装，较大的载荷变化，润滑不良的情况下，轴承更易损坏。每次需要大修设备80％都因轴承损坏。因此其工作环境温度相差极大，设备的负荷也比较强，这就使得市场对石油钻井设备的质量要求比较高，尤其是一些细小部件和结构，例如轴承等。这些部件一旦损坏，不能使用，就会导致整个设备都无法继续正常工作，这会给相关企业公司造成极大的经济损失。因此找出轴承损坏的主要原因对降低轴承的故障十分迫切。

石油钻井机械属于大型设备，多为旋转机构，易发生故障的部件主要是轴承，轴承是石油钻井机械中关键的支撑性部件之一，它的工作状态直接影响整个机械设备的工作情况，因此，就必须要针对轴承的工作状况及影响其工作质量的因素进行分析，制定相应的防御措施和对策，这样有利于提高钻井机械轴承的使用率。同时也对钻井设备轴承故障的诊断、维修及保养工作有着积极的现实意义。

2石油钻井设备轴承的工作质量影响因素

一般来说，石油钻井机械设备都是生产厂家直接调试到标准、合格状态下的，因此影响其轴承工作质量的因素主要就是其在工作中轴承的变化。通过分析调查

发现，影响轴承工作的关键因素就是其轴承工作中游隙状况。而石油钻井设备工作中，一般由于其设备在野外场地的抗震性较低，同时安装的准确度也受到影响，这就是促使大部分工作人员对其轴承操作定位时，就会采取固定一端，然后让另外一端进行游动的方式来防止轴承卡住，不能运作。这种定位操作方式也就直接决定了影响轴承游隙工作状态的就是其轴承的径向间隙。下面文章简要阐述温度对钻井设备轴承的径向间隙的影响。

理论上我们希望轴承径向间隙在很小的范围内变动，或者滚道和滚动体之间没有径向间隙，确保轴承对轴精确的同心引导。而实际当中轴承内外圈的温度差异产生热胀作用，因此钻井机械轴承在最初的设计中会考虑预留这部分合理间隙值，但环境温度在恶劣环境下温差非常大，设计预留的间隙无法满足轴承正常工作需求，因此重新调整径向游隙是进一步需要做的主要工作。

以钻井过程中的滚动轴承为例，机械设备轴承发生持续转动摩擦，滚道和滚动体之间产生大量的热，使得轴承的机械温度远远高于轴承周围相邻的零部件的机械温度，导致轴承与轴的配合膨胀松动，从而影响游隙发生变化，导致轴承承载能力和旋转的精度降低。

钻井机械轴承工作时离心力以及温度的变化直接影响轴承工作游隙的变化。轴承的工作温度一方面取决于机械轴承工作过程中向其周围扩散的热量，另一方面还取决于轴承自身工作过程中所产生的热量，轴颈、轴承和轴承座的温度在轴承产生的热量和交换的热量达到热平衡时，才可达稳定状态。

3温度对钻井设备轴承的影响分析

实际上安装钻井设备轴承理想工作状态来说，为了确保轴承的向心性，理想情况下，其轴承的滚动的径向应当无限接近于零，或者是在很小的数值内变动。但是由于轴承内外圈结构材料受到温度影响，就会出现热胀冷缩的物理现象，因此，在实际轴承结构的设计中一般都会流出合理间隙，避免因为温度差异导致轴承无法正常运行。然而轴承在实际工作过程中，很多环境和气候都比较恶劣，温度差异都比较大，此时就必须要根据工作环境和轴承结构状态来调整其径向间隙。例如在滚动轴承运作时，其不断滚动的过程就会导致轴承结构的温度因为摩擦力的作用而变高，其轴承结构内圈因为就会发生物理变化，发生膨胀现象，而其轴承结构的外圈因为冷缩现象就与与轴承座结合更为紧密，其内圈却变松，这直接影响了轴承结构间隙的状况，进而影响轴承的工作状况和运作摩擦力的状况。轴承工作过程中的间隙主要受到其轴承温度差、受到的离心力以及内外圈结构的配合状况的影响。而其轴承温度差异则直接取决于轴承散热情况和摩擦力生热情况，如果其散热和生热能量基本一致，达到一种平衡状态，就会使得整个轴承工作温度处于一种平衡状况。也就是说轴承摩擦力生热对轴承结构的内外圈的作用才是关键因素。我们按照市场上结构较为普遍圆柱滚动轴承来进行实验和计算。

根据数学物理知识以及相关公式计算分析可以得出，其轴承结构的内圈和外圈的径向变形量与其压强成正比关系。而对于轴承结构的套圈的变形量经过分析计算和热传导理论得出，温度变化与轴承游隙之间成反比关系，也就是说温度越高，其轴承工作游隙间隙越小。而按照计算公式来看，如果想要协调轴承间隙情况，就必须要适当扩大其轴承的最初游隙，而其游隙的调节量则直接取决于其温差变化值，也就是要按照其工作环境来直接调节其温差游隙。因此，石油行业公司必须要针对其机械设备的使用环境和状态，请求其机械厂家来按照工作环境来调节其轴承的初始间隙，并且进行试运行，直到其运行合格且顺利为止。而石油钻井工作人员在每次机械设备进行工作之前，就要对其轴承的润滑情况和其他结构质量进行检查，并且进行试验操作，确保其机械操作声音无异常，其他设备也正常运行才能够真正投入工作。在机械工作过程中也要严加注意其轴承的工作状态，每次机械完毕后在条件允许的情况下，也可以查看其轴承和其他零部件质量状况，一旦有所损毁就要及时维修保养。

4结束语

综上所述，不难发现温度对钻井设备的轴承工作有着重要的作用和极大的影响。在一些高温地区工作的石油钻井设备，其轴承必须要按照其工作环境来进行分析，然后结合高温对其轴承工作的影响来计算其轴承尺寸、规格，必须合理调整其轴承间隙和初始游隙，这样有利于避免因为高温导致钻井设备的轴承因为高温情况导致其间隙过小，从而使得其摩擦增大，极容易造成设备发生故障，从而导致石油钻井工作停工，影响其工作质量和效率。同时，也对石油钻井设备的使用寿命造成了伤害，间接影响了石油钻井设备的经济效益。

参考文献

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