VARCO顶驱变频主电机机械故障分析与预防措施

蒋建华，黄建国

（中国石油集团长城钻探顶驱技术分公司，北京 100101）

VARCO顶驱变频主电机机械故障分析与预防措施

蒋建华，黄建国

（中国石油集团长城钻探顶驱技术分公司，北京 100101）

结合现场VARCO顶驱变频主电机机械故障实例，通过对VARCO顶驱变频主电机结构组成及承载原理的分析，找出使用过程中VARCO顶驱变频主电机发生故障的主要原因，并提出相应的预防措施。

VARCO顶驱；主电机；故障预防

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.22

0 引言

顶驱（顶部驱动钻井装置）是实现安全、高效钻井施工作业的重要设备。中石油长城钻探顶驱技术分公司拥有40多台VARCO顶驱，统计公司近3a来VARCO顶驱的现场故障分类发现，发生的电气和液压故障占比为33%，机械故障占比为67%，而机械故障中主电机机械故障占比最高达39%。结合现场实际情况，分析VARCO顶驱变频主电机（美国瑞恩电气工业公司生产，型号10896A）机械故障发生的原因，提出现场故障处理和故障预防措施。

1 故障现象

VARCO顶驱变频主电机机械故障主要表现为电机轴承处有异常噪声；电机异常振动、温升增加、转子轴下沉、刹车盘下移；电机转矩可能会增大，甚至会磨损轴承室及轴承压盖，严重的情况下会导致转子轴损坏、扫堂，甚至烧毁电机。

2 故障原因

2.1 无法选用到完全理想的轴承

VARCO顶驱变频主电机都是立式安装的，其转子重量全部由上端的深沟球轴承承担，从立式电机本身设计结构来说，不可能选用到完全理想的轴承。VARCO顶驱选用的深沟球轴承可以承受轴向和径向载荷，但不耐冲击，不适应承受过大的轴向载荷的工作环境。

2.2 冲击振动大是主要原因

VARCO顶驱变频主电机故障主要是上部轴承故障。由于顶驱变频电机转子所有重量都是由上部深沟球轴承承受的，且工作环境复杂，在正常钻进过程中伴随有较大的冲击振动，当遇卡震击时可能会造成上部深沟球轴承直接受冲击而损坏。从分析现场电机故障情况来看，上部深沟球轴承故障的主要原因是由于受到大的冲击振动。

2.3 维护保养不合理

现场服务人员往往不太重视对VARCO顶驱变频主电机的日常维护保养，对润滑油品质量、注油标准及要求不是十分熟悉，容易造成漏保或过保，以及选用了不合格的润滑油品，这会加速轴承磨损、增加轴承故障发生的概率。

2.4 其他原因

（1）轴承自然磨损，间隙增大；严重时轴承会完全损坏。

（2）轴承室密封损坏，导致润滑不好，进而加速轴承磨损和腐蚀。

（3）深沟球轴承外侧的卡簧变形或脱落，导致电机转子下沉。

（4）深沟球轴承外轨跑圆有可能磨损轴承压盖。

（5）轴承质量本身有问题，导致轴承损坏或滚珠破裂等。

3 故障处理

VARCO顶驱变频主电机发生故障后，除了井下特殊情况需要外，要立即停止使用主电机并进行修理，以免故障扩大，产生严重后果。

（1）如现场特殊需要，可在不旋转主轴的情况下，进行起下钻作业。

（2）根据现场情况，如不能即时进行修复作业，可先拆下故障电机的小齿轮，再将主电机安装到原位进行单电机作业。

（3）电机轴承跑圆、轴承室磨损和转子轴磨损的变频主电机，必须送生产厂家进行修理。

4 预防措施

4.1 必须严格按照维护保养要求进行维护保养

（1）VARCO顶驱变频主电机的保养周期是电机运转750 h，但对轴承室有OUTLET排污丝堵和无OUTLET排污丝堵的电机，加注润滑脂的量有不同要求。轴承室有OUTLET排污丝堵的电机，加注润滑脂时需要用新润滑脂完全挤出轴承室内的旧润滑脂；无OUTLET排污丝堵的电机，则每次用手动黄油枪加注润滑脂时压5次。并且都要求加注完润滑脂后，在不安装注油丝堵的情况下让电机运转15 min，再装上注油丝堵密封住轴承室，以保证轴承室内润滑脂适量。VARCO顶驱变频主电机部分见图1。

（2）必须使用专用极压黑珍珠润滑脂，不允许替换。

（3）使用专用注油枪，不能混用。

4.2 减少震击和产生共振

（1）尽量避免震击作业，如遇有震击情况发生，在震击后必须立即打开变频主电机观察窗对电机轴承进行检查，并确认电机转子和轴承无异常。

图1 VARCO顶驱变频主电机部分

（2）避免顶驱在钻井作业过程中产生共振。可通过改变钻井参数避免共振的发生。

（3）在起停绞车时应缓慢平稳操作，以减小瞬时惯性对电机产生的冲击。

4.3 定期检查电机状况

（1）定期（至少每月一次）打开VARCO变频主电机观察窗对电机轴承进行检查，确认电机转子无下沉。可以通过测量电机转子轴向间隙是否合格判断（轴向间隙标准是0.33～1.29 mm）；还可通过检测刹车盘和下刹车片之间的间隙是否变小来简单判断。

（2）每天巡检中要特别注意顶驱电机是否有异常噪声、振动，轴承是否发热等不正常现象。

（3）定期打开观察窗检查电机轴承室油封情况，确认油封完好。

4.4 预防性更换轴承和密封

（1）检测时若发现电机转子轴向间隙超标，要及时更换上端轴承。

（2）现场使用统计发现，出厂后未修理过的主电机的轴承寿命一般为15 000 h；电机转子出现明显下沉后，现场更换了轴承和密封的电机，其轴承寿命一般在8000 h左右。建议现场备好电机全套轴承和油封备件，在到达上述时间后及时更换轴承和油封。

（3）如电机轴承室油封发生损坏，要及时更换油封并检查轴承情况。

5 结语

为保证VARCO顶驱变频主电机长时间正常工作，现场人员不仅需要掌握正确的维护保养方法和知识，还需要根据现场使用情况对主电机进行故障预防，以减少VARCO顶驱变频主电机故障停机可能产生的巨大损失。

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〔编辑 凌 瑞〕