船用電機軸承損壞的原因及措施

船用電機軸承損壞的原因及措施

李作維

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

摘要針對多臺JY280-2-WF2 125kW船用電機在運行過程中出現(xiàn)軸承保持架損壞的問題，開展電機整機出廠、軸承結(jié)構(gòu)、注排油、軸承溫度監(jiān)測等方面進行排查與分析，并經(jīng)過軸承故障再現(xiàn)試驗確定軸承損壞的原因：是由于原軸承結(jié)構(gòu)注油困難，運行過程中缺少潤滑脂導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措施，保證了電動機安全可靠的運行，同時由于軸承免注油，提高了電動機的維修性。

關鍵詞船用電機；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)大學電氣技術專業(yè)，現(xiàn)從事屏蔽電泵、三相異步電動機設計研發(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船用電機是為船上消防水泵配套。研制初期用戶提供了兩臺樣機進行測繪并要求按原國外樣機進行仿制。根據(jù)測繪結(jié)果進行了樣機產(chǎn)品設計、試制工作。在廠內(nèi)全面測試了電機各項性指標均符合電機技術協(xié)議要求。與泵合裝后進行了機組運行試驗，電機運行正常。但在現(xiàn)場運行一段時間后，多臺電機均出現(xiàn)電機噪聲、振動增大，甚至堵轉(zhuǎn)故障。

1電機拆卸檢查故障

將出現(xiàn)故障的電機進行拆檢，發(fā)現(xiàn)電機軸承磨損嚴重，保持架均損壞，滾珠脫落，電機其它部位均正常，判斷電機出現(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，形貌嚴重破損。但也有部分軸承外觀良好，未見明顯損傷，但運轉(zhuǎn)時有明顯跳動，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電機出廠情況排查

該型電機均進行了電機型式試驗，全面測試了電機各項性指標，均符合技術協(xié)議要求，電機運轉(zhuǎn)正常。其中電機的軸承溫度試驗結(jié)果具體見表1。

表1　軸承溫度試驗結(jié)果表

電機產(chǎn)成后交付用戶，與泵進行了合裝，開展了泵機組型式試驗，試驗時間為48h，電機在機組試驗時運行正常，并通過行業(yè)鑒定。由于電動機在試驗前是單獨對軸承加注潤滑脂后再進行安裝，說明電動機軸承在加注潤滑脂后可以正常運行。

2.2電機軸承結(jié)構(gòu)排查

該電機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個活動滾珠，用于支承電機軸承。軸承牌號相當于GB/T 276 6315深溝球軸承。軸承結(jié)構(gòu)見圖2。

圖5　電機軸承結(jié)構(gòu)

電機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行了測繪，根據(jù)原電機軸承的結(jié)構(gòu)及所能承受的軸向力和徑向力進行了軸承設計，并規(guī)定了軸承材料、結(jié)構(gòu)型式、熱處理工藝、檢驗等要求。該軸承結(jié)構(gòu)可有效的降低電機的振動和噪聲，但不利于電機軸承散熱。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)干摩擦問題導致，所以排查注排油裝置是否正常，潤滑脂是否按要求進行加注。經(jīng)排查電機在軸伸端和非軸伸端均設有電機軸承注排油裝置，檢查注排油管路通暢。查閱現(xiàn)場維護記錄，操作人員也是按照使用說明書規(guī)定每運行(750～1500)h的時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)進行加注潤滑脂試驗，由于軸承結(jié)構(gòu)的局限導致加注潤滑脂很困難，該電機需要用高壓油槍才能勉強加注，但船上現(xiàn)場維護只有普通油槍，所以每次加注的潤滑脂應沒有加注到電機軸承的滾道內(nèi)，當電機運轉(zhuǎn)一段時間后軸承內(nèi)的潤滑脂失效或消失后，電機軸承應處于干摩擦狀態(tài)。

2.4電機軸承測溫裝置排查

為保證電機軸承能在電機運行時不過熱，電機設有軸承測溫傳感器，在使用現(xiàn)場要求對電機運行溫度進行適時監(jiān)測，當電機軸承溫度達到95℃時，電機立即報警，當軸承溫度繼續(xù)升高時電機自動停機，防止電機軸承過熱燒毀。排查船上現(xiàn)場情況是電機軸承測溫裝置已接上控制儀表，但只有報警功能，卻沒有停車功能。

2.5故障再現(xiàn)試驗

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

表2　軸承運轉(zhuǎn)試驗要求

表3　軸承運轉(zhuǎn)實驗結(jié)果

試驗結(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，如加大試驗機的功率強制軸承繼續(xù)運轉(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，電機軸承內(nèi)間隙小，軸承滾道內(nèi)加油困難，電機使用一段時間后，軸承滾道內(nèi)加注潤滑脂不到位，造成電機軸承干磨，在電機高速旋轉(zhuǎn)下電機軸承溫度將迅速升高，由于沒有及時停機，電機繼續(xù)運行，軸承燒毀。這一點在故障再現(xiàn)試驗中得到驗證，該軸承在軸承潤滑充分時電機軸承溫度僅為47.9℃。當電機滾道內(nèi)無潤滑脂時試驗僅進行了5h軸承溫度就上升到107.1℃?，F(xiàn)場幾臺電機軸承嚴重損壞就說明是電機在缺少潤滑脂的條件下繼續(xù)運行所致。

4改進措施

由于電機的振動、噪聲實測指標與規(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)定負載下經(jīng)計算軸承的設計壽命滿足要求。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。電機軸承更換后，在現(xiàn)場對4臺電機軸承溫度及定子溫升進行測試，測試結(jié)果見表4。

表4　軸承及定子溫升實驗

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

5 結(jié)語

根據(jù)上述分析， JY280-2-WF2 125kW船用電機軸承損壞是由于仿研的軸承結(jié)構(gòu)注油困難，電機在運轉(zhuǎn)時軸承滾道內(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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