Diagnostik av lagerfel: Ovanlig ljud, uppvärmning och slitage

Lagerfel i rotationsmotorer för hydrauliska bergborrar meddelar sig sällan genom ett uppenbart, plötsligt händelse – den katastrofala låsningen som stoppar borrningen är vanligtvis slutet på en försämringsserie som började veckor eller månader tidigare. De tidiga signalerna är subtila: en lätt förändring i tonhöjden hos rotationsmotorns ljud vid låg slagfrekvens, en temperaturökning på 5 °C i dräneringsoljan jämfört med tidigare, och en stigande metallpartikelkoncentration i oljeprov mellan serviceintervall. När någon av dessa signaler blivit tillräckligt uppenbar för att utlösa ett underhållsanrop är lagret vanligtvis redan förskadat till den grad att inspektion och omfettning inte längre kan förlänga dess livslängd – utbyte är den enda möjligheten.

Att upptäcka lagerförslitning i ett tidigt skede, när åtgärder fortfarande är kostnadseffektiva, kräver kunskap om vad varje signal betyder och när den uppstår i felutvecklingslinjen – särskilt vilken symtom som vanligtvis uppstår först och vilken signal som indikerar att lagret kommer att låsa fast inom några timmar.

Felsekvensen: Vilka signaler uppstår när

Lagerfel i en rotationsmotor för bergborrning följer vanligtvis en progression. Den tidigaste upptäckbara signalen – ofta före någon mänsklig uppfattning av ljud – är en ökad vibrationsamplitud vid lagerkaraktäristiska frekvenser. I slagmiljön, där bakgrundsdrivningen från slagmekanismen är intensiv, är denna undertröskelvibrationsändring effektivt omöjlig att upptäcka utan sensorbaserad vibrationsanalys. De flesta fältoperationer har inte denna mätutrustning specifikt monterad på rotationsmotorn, så denna tidiga signal går därför obemärkt förbi.

Nästa signal som vanligtvis uppstår är oftast brus: en förändring i rotationsmotorns karakteristiska ljud från en stadig, låg surrning till något med en periodisk eller avbrottande kvalitet – en subtil metallisk cyklisk komponent som upprepas vid lagrets löpbanefrekvens. Detta är hörbart för en erfaren operatör som kör anläggningen med slagverk avslaget och endast rotation, vid lågt rotationstryck. Den viktigaste diagnostiska metoden: under en positionsinställningscykel (slagverk avslaget, rotation vid låg hastighet) lyssna specifikt på rotationsmotorns ände av driftaren. Nya lager är nästan tysta vid låg rotationshastighet; lager med skador på löpbana ger ett oregelbundet surr eller en svag cyklisk skrapning som förstärks när rotationshastigheten ökar.

Värme följer ofta ljud i de flesta felsekvenser. Lagertemperaturen i rotationsmotorns hölje stiger när den skadade löpbanans yta ökar friktionen per varv. En acceptabel driftstemperatur för de flesta lager i rotationsmotorer är 80 °C eller lägre vid höljeytan. En känslomässig kontroll med handen (där man noterar att höljet känns varmt jämfört med angränsande kretsområden) eller en infraröd termometer på motorn hölje kan identifiera ett lager som går för varmt innan risken för låsning blir akut. En plötslig temperaturstegring, snarare än en gradvis, tyder på smörjningsfel snarare än progressiv löpbaneslitning – till exempel smörjfett som blivit förorenat och plötsligt förlorat sin viskositet, eller en smörjledning som är blockerad av smuts.

Ljudkarakteristika efter feltyp

Diagnostik av oljeprov: Upptäcka lagerförsämring innan ljud uppstår

I verksamheter där regelbunden analys av hydraulolja utförs – vilket bör inkludera oljan från rotationsmotorn, inte bara oljan från slagkretsen – är ökande antal metallpartiklar i avtappningsprovet det tidigaste praktiskt övervakningsbara tecknet på lagerförsämring. Järn- och stålpårtiklar från slitage på löpbanor och rullande delar dyker upp i oljan innan ljud eller värme kan upptäckas. En partikelräkning som fördubblas mellan två på varandra följande prover tagna efter 200 drifttimmar (även om de absoluta värdena fortfarande ligger inom normalområdet) indikerar accelererat slitage någonstans i smörjmedelskretsen. Källan identifieras genom korrelation med ljud- och temperaturkontroller.

Olika typer av slitagepartiklar indikerar olika felmoder: stora, oregelbundna järnpartiklar tyder på utmattningssprickor på löpbanans yta; fina järnspån utan sprickpartiklar tyder på abrasivt slitage från förorenad smörjmedel; icke-järnpartiklar (koppar, tenn) tyder på kage- eller separatormaterial, vilket pekar på överbelastning eller felaktig lager typ för den aktuella stötsmiljön. Dessa skillnader är synliga vid en enkel magnetisk stickprovsinspektion – genom att placera en magnet i avloppsröret – eller vid laboratorieanalys av ett prov.

Rotorsak: Vad dödar egentligen rotationsmotorlagren

Smörjningsfel är orsaken till majoriteten av för tidiga lagerfel i rotationsmotorer för bergborrning. De två formerna är: för lite smörjning (undernäring från en blockerad eller tom skaffsmörjledning som också försörjer motorlagernas område) och felaktig smörjfettpåläppning (hydraulolja för allmänt bruk används istället för EP-olja för bergborrning när rätt klass inte är tillgänglig). Båda leder till accelererad ytslitning inom 50–100 timmar och genererar värme som ytterligare accelererar oljans försämring – en förstärkande cykel.

Föroreningar från spolvatten är den andra största orsaken. När tätningsringarna i spolboxen går sönder migrerar vattnet gradvis mot rotationsmotorområdet. Vatten i lagersmörjmedlet ökar dramatiskt de abrasiva slitagehastigheterna, eftersom vatten inte bildar en skyddande film mellan metalliska ytor under belastning. Den magnetiska proppen visar fin metallisk spån (inte stora sprickpartiklar) när förorenat vatten är orsaken – skillnaden från sprickbildningstypens fel kan identifieras genom partikelns morfologi.

Överbelastning från slitage på ledhylsan är den tredje orsaken. En ledhylsa med för stor spelradie gör att skaften svänger sidovis under slagverkan, och denna sidobelastning överförs delvis till rotationsmotorns lager genom spännanordningen. Lagret utsätts för radiella belastningar som det inte är utformat för. Diagnostiken: om lagren går sönder ofta och spelradien i ledhylsan är vid eller bortom gränsen för utbyte, är hylsan den underliggande orsaken även om den inte är det uppenbara problemet.

Utbyte och återmontering: Undvik upprepade fel

Installation av ett nytt lager i samma hölje där ett fel just inträffat utan att inspektera höljeborrningen och axelskulderytan är den vanligaste orsaken till upprepade tidigare lagerfel. De rullande elementen i det misslyckade lageret skapar en stresskoncentration som skadar det nya lagerets yttre spår inom de första drifttimmarna. Rengör, mäta och om nödvändigt finjustera eller byta ut höljet innan nya lager monteras.

Lagerns monteringskraft skall tillämpas på rätt ringden ring som är pressad. Att använda en installationskraft genom ett rullande element skadar rasorna omedelbart, vilket ger upphov till ett fel som ser ut som för tidigt slitage men som i själva verket är installationsskada. HOVOO levererar rotationsmotorsätskit till alla större brands av drifter. Fulla referenser på hovooseal.com.