Gãy khớp nối trục: Năm lỗi mà giàn khoan của bạn đang mắc phải khiến trục bị gãy trước thời hạn.

Một đầu nối trục khuỷu bị hỏng chỉ sau chưa đầy mười ca làm việc đang cố gắng nói cho bạn biết điều gì đó.

Tôi từng chứng kiến ​​một nhóm công nhân ở Việt Nam phải thay bốn mũi khoan trong vòng hai tuần trên một dự án phát triển giếng mới. Họ cứ đổ lỗi cho thép. "Mẻ thép kém chất lượng," ông quản ca nói. Nhưng báo cáo phân tích luyện kim cho thấy kết quả hoàn toàn bình thường — độ sâu lớp tôi đạt chuẩn, quá trình chuyển tiếp bainit tốt, không có tạp chất. Thép không phải là vấn đề.

Vấn đề nằm ở giàn khoan.

Các khớp nối chuôi khoan nằm ở vị trí chịu lực tác động mạnh nhất trên bất kỳ máy khoan đá nào. Piston đập vào một đầu. Mô-men xoắn quay làm xoắn phần giữa. Dây khoan kéo từ phía bên kia. Khi mọi thứ được căn chỉnh và điều chỉnh chính xác, một chuôi khoan tốt có thể chịu được hàng trăm giờ. Khi có vấn đề, nó sẽ gãy – thường là ở chân ren – và gãy rất nhanh.

Dưới đây là năm sự cố xảy ra ở giàn khoan gây ra gãy khớp nối trục, và chính xác những gì cần kiểm tra trước khi đặt mua một cái khác.

1. Bu lông lắp đặt bị lỏng — Nguyên nhân gây ra hiện tượng rung lắc ngày càng trầm trọng

Mỗi lần pít-tông va chạm đều truyền rung động khắp thân máy khoan. Theo thời gian, các bu lông giữ mũi khoan vào tấm gắn thanh dẫn phôi sẽ bị lỏng. Không quá nghiêm trọng — có lẽ bạn sẽ không nhận thấy điều đó khi kiểm tra sơ bộ. Nhưng ngay cả một milimét độ rơ ở chỗ gắn cũng dẫn đến chuyển động ngang ở phần chuôi khoan.

Khi thân mũi khoan bắt đầu lắc lư dưới tải trọng, phần chuôi không còn truyền lực thẳng vào cần khoan nữa. Mỗi cú va đập đều có một thành phần hướng tâm. Rãnh ren không chịu được tải trọng hướng tâm. Chúng được thiết kế để chịu tác động hướng trục, chứ không phải uốn cong. Tuổi thọ mỏi giảm nhanh chóng.

Cách khắc phục rất đơn giản nhưng nhàm chán: kiểm tra lực siết của các bu lông lắp đặt theo định kỳ. Hầu hết các nhà sản xuất khuyến nghị kiểm tra sau mỗi 40 giờ hoạt động. Nhưng chẳng ai làm cả, và các đầu bu lông cứ liên tục bị gãy.

2. Ống lót dẫn hướng bị mòn — Khe hở ngày càng lớn

Ống lót dẫn hướng trục có chức năng giữ cho đầu trước của trục được căn giữa và ổn định. Khi còn mới, khe hở giữa đường kính trong của ống lót và đường kính ngoài của trục rất nhỏ — thường chỉ vài phần trăm milimét. Khe hở này đủ để cho phép quay và chuyển động dọc trục mà không làm cho trục bị lung lay.

Khi bạc lót bị mòn, khe hở sẽ mở rộng. Khi khe hở vượt quá giới hạn cho phép, đầu trước của trục bắt đầu quay tròn bên trong bạc lót thay vì quay trơn tru quanh trục. Mỗi chu kỳ quay tạo ra ứng suất uốn lên chân ren. Với 50 lần va đập mỗi giây, điều đó tương đương với 50 chu kỳ uốn mỗi giây.

Theo quy tắc chung trong ngành, cần thay thế bạc dẫn hướng sau mỗi 800 giờ hoạt động. Trên một giàn khoan hoạt động hai ca một ngày, điều đó có nghĩa là khoảng hai tháng một lần. Hầu hết các công trường kéo dài thời gian này lên bốn hoặc năm tháng. Và phần trục chính sẽ phải chịu hậu quả.

3. Thiếu chất bôi trơn — Hiện tượng chết do nhiệt

Bôi trơn bằng sương dầu-không khí có hai tác dụng: làm mát trục và tạo một lớp màng giữa trục và tất cả các bộ phận tiếp xúc với nó — mặt tiếp xúc của piston, bạc lót, mâm cặp quay.

Khi lượng chất bôi trơn giảm xuống dưới mức quy định, phần chuôi sẽ nóng lên. Thép nóng sẽ mất độ cứng. Một chuôi có độ cứng bề mặt được cho là 58-60 HRC có thể giảm xuống dưới 50 HRC ở nhiệt độ hoạt động nếu không có lớp màng dầu dẫn nhiệt đi. Thép mềm hơn sẽ bị mòn nhanh hơn và bị mỏi sớm hơn. Chân ren, vốn đã là điểm tập trung ứng suất, sẽ trở thành điểm dễ bị hỏng hơn nữa.

Kiểm tra bộ bôi trơn trước mỗi ca làm việc. Quan sát xem có lớp dầu bôi trơn đều trên thân mũi khoan sau vài nhát khoan đầu tiên hay không. Nếu không có lớp dầu này, đừng bắt đầu khoan.

4. Áp suất không phù hợp — Vấn đề bắn không có đầu đạn

Nếu bạn chưa từng xem qua thì điều này nghe có vẻ trái ngược với trực giác.

Khi áp suất cấp liệu quá thấp so với áp suất va đập, thân mũi khoan sẽ giật lùi ra khỏi mặt vách thay vì truyền lực vào đá. Piston va vào chuôi mũi khoan, nhưng chuôi mũi khoan không được ép chặt vào đáy lỗ. Năng lượng đáng lẽ phải được dùng để phá vỡ đá lại chuyển thành năng lượng làm rung chuôi mũi khoan như tiếng chuông.

Đó là kiểu khoan không có đầu đạn – và nó cực kỳ nguy hiểm cho thân mũi khoan. Piston va đập vào thân mũi khoan, thân mũi khoan tăng tốc lao về phía trước rồi bật ngược trở lại. Lực xung kích cao hơn so với khoan thông thường vì không có đá để hấp thụ chúng.

Giải pháp: điều chỉnh áp suất cấp liệu phù hợp với độ cứng của đá. Đá cứng hơn cần...ít hơnÁp lực cấp liệu, không hơn — hãy cho mũi khoan thời gian để nghiền. Đá mềm cần...hơnÁp lực đẩy cần thiết để giữ cho mũi khoan luôn ăn khớp. Điều này trái ngược với trực giác của người vận hành mới, và nếu làm sai sẽ làm hỏng thân mũi khoan nhanh hơn hầu hết mọi thứ khác.

5. Sai lệch chùm tia cấp liệu — Tải trọng hướng tâm mà bạn không thể nhìn thấy

Nếu mũi khoan không được lắp thẳng trên thanh dẫn hướng — nếu đường tâm của chuôi không chạy thẳng qua các bộ phận định tâm phía trước và trung gian — thì chuôi sẽ chịu tải trọng hướng tâm liên tục kể từ khi bắt đầu khoan.

Hãy tưởng tượng một thanh thẳng bị ép vào một lỗ hơi lệch trục. Mỗi chu kỳ quay, phần thân ren sẽ uốn cong. Mỗi lần va chạm, phần uốn cong sẽ chịu một lực uốn đột ngột. Rễ ren không chỉ bị mỏi mà còn bị mỏi kèm theo một lực uốn mạnh hơn.

Kiểm tra độ thẳng hàng là một phần của quy trình kiểm tra bu lông 40 giờ. Sử dụng thước thẳng hoặc lỗ định tâm làm điểm tham chiếu. Nếu bị lệch, hãy sửa chữa trước ca làm việc tiếp theo. Lắp đặt không đúng cách sẽ làm hỏng thân bu lông nhanh hơn bất kỳ loại thép kém chất lượng nào.

Mô hình thực sự

Đây là những gì tôi học được từ việc quan sát các sự cố gãy trục trong nhiều hoạt động khác nhau: khi trục bị gãy ở chân ren trong vòng chưa đến 100 giờ hoạt động, vấn đề hầu như không bao giờ là do vật liệu. Đó là một trong năm nguyên nhân này. Thường thì nhiều hơn một nguyên nhân — chúng cộng hưởng lại. Ống lót bị mòn cộng với lượng bôi trơn thấp cộng với khớp nối hơi lỏng sẽ dẫn đến một trục không thể hoạt động được quá một tuần.

Thân súng chỉ là vật truyền tin. Đừng bắn vào nó. Hãy sửa chữa bộ phận súng.