船用電機(jī)軸承損壞的原因及措施

李作維

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

摘要針對多臺JY280-2-WF2 125kW船用電機(jī)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)軸承保持架損壞的問題，開展電機(jī)整機(jī)出廠、軸承結(jié)構(gòu)、注排油、軸承溫度監(jiān)測等方面進(jìn)行排查與分析，并經(jīng)過軸承故障再現(xiàn)試驗(yàn)確定軸承損壞的原因：是由于原軸承結(jié)構(gòu)注油困難，運(yùn)行過程中缺少潤滑脂導(dǎo)致軸承溫度迅速升高而損壞。采取改為深溝球大游隙全密封軸承的改進(jìn)措施，保證了電動機(jī)安全可靠的運(yùn)行，同時(shí)由于軸承免注油，提高了電動機(jī)的維修性。

關(guān)鍵詞船用電機(jī)；軸承；損壞；措施

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.10

中圖分類號：TM303.5

作者簡介：李作維男1978年生；畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)電氣技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事屏蔽電泵、三相異步電動機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)工作.

收稿日期：2014-08-24

Cause Analysis and Improvement Measures of Bearing Damage of Marine Motors

LiZuowei

(Jiamusi Electric Machine Co., Ltd., Jiamusi 154002, China)

AbstractAs for the bearing retainers damage problem occurring in operation of many JY280-2-WF2 125kW marine motors, the screening and analysis on oil injection and extraction situations, bearing temperature monitoring of the motors are carried out. By bearing fault reappearance test, it is determined that bearing damage is caused by difficult oil injection of original bearing and the rapidly raised bearing temperature for short of lubricating?grease during operation. By the improvement measure of replacing deep groove sealed ball bearing with big clearance, reliable operation of the motor is ensured, at the same time, the maintainability of the motor is improved because the bearing is free of oiling.

Key wordsMarine motor；bearing damage；reason analysis；improvement measure

0引言

JY280-2-WF2 125kW船用電機(jī)是為船上消防水泵配套。研制初期用戶提供了兩臺樣機(jī)進(jìn)行測繪并要求按原國外樣機(jī)進(jìn)行仿制。根據(jù)測繪結(jié)果進(jìn)行了樣機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試制工作。在廠內(nèi)全面測試了電機(jī)各項(xiàng)性指標(biāo)均符合電機(jī)技術(shù)協(xié)議要求。與泵合裝后進(jìn)行了機(jī)組運(yùn)行試驗(yàn)，電機(jī)運(yùn)行正常。但在現(xiàn)場運(yùn)行一段時(shí)間后，多臺電機(jī)均出現(xiàn)電機(jī)噪聲、振動增大，甚至堵轉(zhuǎn)故障。

1電機(jī)拆卸檢查故障

將出現(xiàn)故障的電機(jī)進(jìn)行拆檢，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承磨損嚴(yán)重，保持架均損壞，滾珠脫落，電機(jī)其它部位均正常，判斷電機(jī)出現(xiàn)故障是由于軸承損壞造成。典型軸承損壞型式見圖1、圖2、圖3、圖4。

圖1　軸承外圈

圖2　軸承內(nèi)圈

圖3　軸承保持架

圖4　軸承鋼球

觀察外圈外貌完好，滾道未發(fā)現(xiàn)磨損或刺落；內(nèi)圈顏色發(fā)黑，表面有擠壓造成的明顯變形；鋼球顏色發(fā)黑，表面有明顯的摩擦痕跡；保持架已經(jīng)碳化，形貌嚴(yán)重破損。但也有部分軸承外觀良好，未見明顯損傷，但運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有明顯跳動，且保持架已經(jīng)擦到外圈擋邊處，表明保持架受到磨損，為軸承早期失效。

2軸承損壞的原因

2.1電機(jī)出廠情況排查

該型電機(jī)均進(jìn)行了電機(jī)型式試驗(yàn)，全面測試了電機(jī)各項(xiàng)性指標(biāo)，均符合技術(shù)協(xié)議要求，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。其中電機(jī)的軸承溫度試驗(yàn)結(jié)果具體見表1。

表1　軸承溫度試驗(yàn)結(jié)果表

電機(jī)產(chǎn)成后交付用戶，與泵進(jìn)行了合裝，開展了泵機(jī)組型式試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間為48h，電機(jī)在機(jī)組試驗(yàn)時(shí)運(yùn)行正常，并通過行業(yè)鑒定。由于電動機(jī)在試驗(yàn)前是單獨(dú)對軸承加注潤滑脂后再進(jìn)行安裝，說明電動機(jī)軸承在加注潤滑脂后可以正常運(yùn)行。

2.2電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)排查

該電機(jī)軸承部分是仿研國外的軸承結(jié)構(gòu)，軸承內(nèi)蓋帶軸承室，軸承內(nèi)外蓋將軸承固定，外圈有1個(gè)活動滾珠，用于支承電機(jī)軸承。軸承牌號相當(dāng)于GB/T 276 6315深溝球軸承。軸承結(jié)構(gòu)見圖2。

圖5　電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)

電機(jī)的軸承保持架為非金屬膠木材料，其軸承的內(nèi)外圈、鋼珠均為軸承專用鋼質(zhì)材料。軸承制造廠對軸承進(jìn)行了測繪，根據(jù)原電機(jī)軸承的結(jié)構(gòu)及所能承受的軸向力和徑向力進(jìn)行了軸承設(shè)計(jì)，并規(guī)定了軸承材料、結(jié)構(gòu)型式、熱處理工藝、檢驗(yàn)等要求。該軸承結(jié)構(gòu)可有效的降低電機(jī)的振動和噪聲，但不利于電機(jī)軸承散熱。由于軸承為半密封式軸承結(jié)構(gòu)，其軸承保持架內(nèi)外徑與軸承內(nèi)外圈之間的間隙均為1mm，鋼珠與保持架之間間隙也較鋼保持架小，所以該軸承結(jié)構(gòu)滾道空間小，導(dǎo)致滾道內(nèi)的潤滑脂相對含油量較少，且保持架內(nèi)外徑與軸承內(nèi)外圈間隙小，導(dǎo)致軸承加注潤滑脂非常困難。

2.3注排油裝置排查

根據(jù)軸承損壞情況，初步判斷軸承損壞是由于軸承出現(xiàn)干摩擦問題導(dǎo)致，所以排查注排油裝置是否正常，潤滑脂是否按要求進(jìn)行加注。經(jīng)排查電機(jī)在軸伸端和非軸伸端均設(shè)有電機(jī)軸承注排油裝置，檢查注排油管路通暢。查閱現(xiàn)場維護(hù)記錄，操作人員也是按照使用說明書規(guī)定每運(yùn)行(750～1500)h的時(shí)間間隔加注的潤滑脂?，F(xiàn)場出現(xiàn)軸承損壞故障后在廠內(nèi)進(jìn)行加注潤滑脂試驗(yàn)，由于軸承結(jié)構(gòu)的局限導(dǎo)致加注潤滑脂很困難，該電機(jī)需要用高壓油槍才能勉強(qiáng)加注，但船上現(xiàn)場維護(hù)只有普通油槍，所以每次加注的潤滑脂應(yīng)沒有加注到電機(jī)軸承的滾道內(nèi)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后軸承內(nèi)的潤滑脂失效或消失后，電機(jī)軸承應(yīng)處于干摩擦狀態(tài)。

2.4電機(jī)軸承測溫裝置排查

為保證電機(jī)軸承能在電機(jī)運(yùn)行時(shí)不過熱，電機(jī)設(shè)有軸承測溫傳感器，在使用現(xiàn)場要求對電機(jī)運(yùn)行溫度進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測，當(dāng)電機(jī)軸承溫度達(dá)到95℃時(shí)，電機(jī)立即報(bào)警，當(dāng)軸承溫度繼續(xù)升高時(shí)電機(jī)自動停機(jī)，防止電機(jī)軸承過熱燒毀。排查船上現(xiàn)場情況是電機(jī)軸承測溫裝置已接上控制儀表，但只有報(bào)警功能，卻沒有停車功能。

2.5故障再現(xiàn)試驗(yàn)

按現(xiàn)有軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行了故障再現(xiàn)試驗(yàn)，按A、B、C、D四種試驗(yàn)條件進(jìn)行了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)方法按JB/T 8571—1997《滾動軸承溫升性能試驗(yàn)規(guī)程》，具體試驗(yàn)條件見表2。

表2　軸承運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)要求

表3　軸承運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：同等潤滑(充分)條件下，膠木保持架比鐵保持架軸承的溫升明顯低；同樣膠木保持架，在不同的潤滑條件下溫升有明顯區(qū)別；潤滑條件對軸承的溫升、使用壽命有明顯影響。

拆檢D組軸承，其內(nèi)外圈滾道接觸部位、鋼球已經(jīng)發(fā)生明顯磨損，呈紫紅色，保持架顏色已經(jīng)發(fā)黑，和鋼球接觸部位已經(jīng)發(fā)生明顯磨損，呈光亮色，如加大試驗(yàn)機(jī)的功率強(qiáng)制軸承繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就會出現(xiàn)上述失效軸承類似情況。

3原因分析

根據(jù)上述排查分析軸承損壞原因是由于電機(jī)沿用了原國外軸承結(jié)構(gòu)，軸承保持架為膠木結(jié)構(gòu)，易磨損，電機(jī)軸承內(nèi)間隙小，軸承滾道內(nèi)加油困難，電機(jī)使用一段時(shí)間后，軸承滾道內(nèi)加注潤滑脂不到位，造成電機(jī)軸承干磨，在電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)下電機(jī)軸承溫度將迅速升高，由于沒有及時(shí)停機(jī)，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，軸承燒毀。這一點(diǎn)在故障再現(xiàn)試驗(yàn)中得到驗(yàn)證，該軸承在軸承潤滑充分時(shí)電機(jī)軸承溫度僅為47.9℃。當(dāng)電機(jī)滾道內(nèi)無潤滑脂時(shí)試驗(yàn)僅進(jìn)行了5h軸承溫度就上升到107.1℃?，F(xiàn)場幾臺電機(jī)軸承嚴(yán)重?fù)p壞就說明是電機(jī)在缺少潤滑脂的條件下繼續(xù)運(yùn)行所致。

4改進(jìn)措施

由于電機(jī)的振動、噪聲實(shí)測指標(biāo)與規(guī)格書相比有較大裕量，所以將產(chǎn)品軸承更換為SKF 6315-2RZ /C3深溝球大游隙全密封軸承，其具有良好的徑向和軸向承載能力，在規(guī)定負(fù)載下經(jīng)計(jì)算軸承的設(shè)計(jì)壽命滿足要求。另軸承帶雙側(cè)防塵蓋，軸承在壽命期內(nèi)免注油，便于維護(hù)。電機(jī)軸承更換后，在現(xiàn)場對4臺電機(jī)軸承溫度及定子溫升進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表4。

表4　軸承及定子溫升實(shí)驗(yàn)

從表4可以看出更換軸承后，電機(jī)軸承溫度均很低，電機(jī)軸承在現(xiàn)有溫度下運(yùn)行其軸承潤滑脂壽命可遠(yuǎn)大于20 000h。

5 結(jié)語

根據(jù)上述分析， JY280-2-WF2 125kW船用電機(jī)軸承損壞是由于仿研的軸承結(jié)構(gòu)注油困難，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承滾道內(nèi)缺少潤滑脂，造成軸承干磨，軸承溫度升高，使軸承及保持架磨損損壞。更換SKF 6315-2RZ /C3深溝球大

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