Подшипники лебёдок буровых установок

Общие сведения о подшипниках лебёдок буровых установок

Буровая лебёдка представляет собой основной исполнительный механизм подъёмной системы буровой установки. Подшипниковые узлы являются критически важными элементами, обеспечивающими надёжность работы всей системы при выполнении спуско-подъёмных операций. От качества подшипников напрямую зависит безопасность буровых работ, производительность оборудования и продолжительность межремонтных интервалов.

Подшипники лебёдок работают в сложных условиях, характеризующихся высокими радиальными и осевыми нагрузками, переменными режимами эксплуатации, возможным загрязнением и воздействием климатических факторов. Конструкция буровой лебёдки включает несколько категорий подшипниковых узлов, каждый из которых выполняет специфические функции.

Сферические роликовые подшипники барабана лебёдки

Подъёмный вал с барабаном лебёдки является основным несущим элементом всей конструкции. Между коренными подшипниками подъёмного вала напрессованы ступицы дисков барабана, на который наматывается талевый канат. Для опор подъёмного вала применяются двухрядные сферические роликовые подшипники, соответствующие ГОСТ 5721-2022 и ГОСТ 24696-2023.

Конструктивные особенности

Сферические роликовые подшипники состоят из внутреннего кольца с двумя дорожками качения, наклонёнными под углом к оси подшипника, наружного кольца с общей сферической дорожкой качения, бочкообразных роликов и сепаратора. Такая конструкция обеспечивает ряд важных преимуществ для работы в составе буровой лебёдки.

Технические характеристики

Для буровых лебёдок различной грузоподъёмности применяются подшипники серий 3000, 3500, 3600 с цилиндрическим отверстием внутреннего кольца, а также серии 113000 и 4113000 с коническим отверстием конусностью 1:12 и 1:30 соответственно. Коническое отверстие облегчает монтаж на вал и позволяет создавать предварительный натяг при использовании закрепительных втулок.

Условия эксплуатации барабанных подшипников

Подшипники подъёмного вала испытывают переменные нагрузки в зависимости от режима работы. При подъёме бурильной колонны возникают максимальные радиальные нагрузки, определяемые весом колонны и коэффициентом запаса прочности талевой системы. При спуске колонны нагрузки существенно снижаются, однако возрастают динамические воздействия.

Коренные подшипники устанавливаются в расточках корпуса масляной ванны или в специальных корпусах, закреплённых на раме лебёдки. Смазывание осуществляется через тавотницы пластичной смазкой, либо применяется циркуляционная система маслосмазки от централизованной станции.

Подшипники редукторов буровых лебёдок

Редукторы буровых лебёдок предназначены для передачи крутящего момента от силового привода к подъёмному валу с понижением частоты вращения. В зависимости от типа лебёдки применяются цепные, зубчатые или комбинированные редукторы. Подшипниковые опоры валов редукторов работают при высоких частотах вращения и должны воспринимать комбинированные радиальные и осевые нагрузки.

Конические роликовые подшипники

Для опор валов редукторов наиболее часто применяются однорядные конические роликовые подшипники согласно ГОСТ 27365-2023. Эти подшипники имеют конические дорожки качения и конические ролики, что позволяет эффективно воспринимать одновременно действующие радиальные и осевые нагрузки.

Особенности применения

Конические роликовые подшипники устанавливаются парами с согласованием по X-образной или O-образной схеме для восприятия осевых нагрузок в обоих направлениях. X-образная схема обеспечивает большую жёсткость системы и применяется при преобладании радиальных нагрузок. O-образная схема предпочтительна при значительных осевых нагрузках.

Цилиндрические роликовые подшипники

В некоторых конструкциях редукторов для промежуточных валов применяются цилиндрические роликовые подшипники. Они обладают высокой радиальной грузоподъёмностью и жёсткостью, но не воспринимают осевые нагрузки. Применение цилиндрических подшипников оправдано в опорах, где осевые силы отсутствуют или воспринимаются отдельными упорными подшипниками.

Узлы тормозной системы

Тормозная система буровой лебёдки является критически важным элементом безопасности. Она включает главный тормоз (ленточный или дисковый) и вспомогательный тормоз (гидродинамический или электродинамический). Подшипниковые узлы тормозной системы должны обеспечивать надёжную работу в условиях частых пусков и остановок, переменных нагрузок и повышенных температур.

Подшипники коленчатого вала ленточного тормоза

Привод ленточного тормоза включает коленчатый вал, установленный на радиальных сферических подшипниках. Корпуса подшипников крепятся к раме лебёдки. Коленчатый вал через систему тяг соединён со сбегающими концами тормозных лент, которые охватывают тормозные шкивы на барабане лебёдки.

Тормозные шкивы и их подшипники

Тормозные шкивы устанавливаются непосредственно на подъёмном валу барабана лебёдки. Это требование техники безопасности, позволяющее исключить дополнительные вращающиеся массы промежуточных элементов и улучшить динамические характеристики лебёдки. Диаметр тормозного шкива может достигать 1,6 м, ширина составляет 220-280 мм в зависимости от мощности лебёдки.

Тормозные шкивы изготавливаются из стального литья и могут иметь различные варианты исполнения: с рёбрами воздушного охлаждения, с запрессованным ребристым цилиндром из алюминиевого сплава, с камерой водяного охлаждения или без системы охлаждения. Выбор конструкции определяется климатическими условиями эксплуатации и режимом работы лебёдки.

Дисковый тормоз современных лебёдок

В современных буровых лебёдках с зубчатой трансмиссией традиционный ленточный тормоз заменён на дисковый. Дисковый тормоз состоит из двух тормозных дисков, монтируемых на барабане лебёдки, остряка тормоза на опорном рычаге и шкафа управления с гидравлическим приводом. Дисковый тормоз обеспечивает более равномерный износ, надёжную фиксацию барабана, наличие резервной системы и низкий уровень шума.

Требования к подшипникам и их характеристики

Подшипники буровых лебёдок должны соответствовать требованиям государственных стандартов и обладать характеристиками, обеспечивающими надёжную работу в условиях интенсивной эксплуатации. Основные нормативные документы включают ГОСТ 520-2011 (общие технические условия), ГОСТ 18854-94 (статическая грузоподъёмность), ГОСТ 18855-94 (динамическая грузоподъёмность и ресурс).

Класс точности

Для подшипников буровых лебёдок применяется преимущественно нормальный класс точности (класс 0 или 6 по ГОСТ). В отдельных узлах, требующих повышенной точности центрирования, могут использоваться подшипники класса точности 5. Применение подшипников более высоких классов точности обычно не требуется ввиду относительно невысоких частот вращения.

Радиальный зазор

Радиальный зазор в подшипниках выбирается в соответствии с ГОСТ 24810-81 исходя из условий посадки, рабочей температуры и характера нагрузки. Для тяжело нагруженных опор подъёмного вала обычно применяются подшипники с зазором C3 (больше нормального) или C4 (больше C3), что компенсирует уменьшение зазора при посадке с натягом и тепловом расширении.

Материалы и термообработка

Кольца и ролики подшипников изготавливаются из высокоуглеродистых хромистых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ по ГОСТ 801-78. Материал подвергается объёмной закалке с последующим отпуском, обеспечивающим твёрдость рабочих поверхностей 60-65 HRC. Сепараторы изготавливаются из латуни ЛС59-1, низкоуглеродистой стали или полиамида в зависимости от конструкции и условий эксплуатации.

Смазка подшипников буровых лебёдок

Правильный выбор смазочного материала и организация системы смазывания критически важны для обеспечения расчётного ресурса подшипников. Смазка выполняет несколько функций: снижение трения и износа, отвод тепла, защита от коррозии, уплотнение посадочных мест.

Системы смазывания

В буровых лебёдках применяются следующие системы смазывания подшипников: пластичной смазкой через тавотницы, погружение в масляную ванну, циркуляционная маслосмазка от централизованной станции. Выбор системы определяется конструкцией узла, частотой вращения и величиной нагрузок.

Пластичные смазки

Для смазывания подшипников буровых лебёдок применяются пластичные смазки на литиевой или кальциевой основе. Наиболее распространённая марка - Литол-24 (ГОСТ 21150-87), работоспособная в диапазоне от минус 40 до плюс 120 градусов Цельсия (кратковременно до 130 градусов). Для низкотемпературных условий используется смазка ЦИАТИМ-221, пригодная для работы от минус 60 до плюс 90 градусов. Для высокотемпературных узлов применяется смазка ВНИИНП-246 с рабочим диапазоном от минус 80 до плюс 200 градусов.

Смазочные масла

При масляном смазывании применяются индустриальные масла серий И-20А, И-30А, И-40А по ГОСТ 20799-88 или трансмиссионные масла. Выбор вязкости масла определяется частотой вращения и нагрузкой: для высоких скоростей применяются маловязкие масла, для тяжёлых нагрузок при низких скоростях - высоковязкие.

Монтаж и эксплуатация подшипников

Требования к посадочным поверхностям

Посадочные поверхности валов и корпусов под подшипники должны соответствовать требованиям ГОСТ 3325-85. Шероховатость поверхностей под посадку колец не должна превышать Ra 1,6 мкм для валов и Ra 3,2 мкм для корпусов. Отклонения формы (овальность, конусность) и биение посадочных поверхностей ограничены допусками, зависящими от класса точности подшипника и диаметра посадочного места.

Посадки подшипников

Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на вал с натягом, обеспечивающим неподвижность кольца при вращении вала. Для подъёмного вала буровой лебёдки типичные посадки внутреннего кольца: k6, m6, n6. Наружное кольцо устанавливается в корпус с зазором или небольшим натягом. Типичные посадки корпуса: H7, G7, F7.

Монтаж подшипников

Монтаж подшипников выполняется методом запрессовки с использованием оправок или методом горячей посадки. При запрессовке усилие должно передаваться через монтируемое кольцо, а не через тела качения. Для подшипников с коническим отверстием применяются закрепительные втулки или стяжные гайки, обеспечивающие требуемый натяг.

Контроль состояния подшипников

В процессе эксплуатации буровой лебёдки необходим регулярный контроль состояния подшипников. Основные контролируемые параметры включают температуру корпусов подшипников, наличие посторонних шумов, вибрацию, состояние уплотнений и наличие утечек смазки. Превышение допустимой температуры нагрева корпусов более 60 градусов Цельсия указывает на неисправность.

Ресурс и замена подшипников

Расчётный ресурс подшипников буровых лебёдок составляет от 5000 до 15000 часов работы в зависимости от условий эксплуатации и режима нагрузки. Фактический ресурс может отличаться от расчётного под влиянием качества монтажа, эффективности смазки, наличия загрязнений и вибраций. При достижении предельного состояния подшипники подлежат замене.

Часто задаваемые вопросы