潛水泵軸承失效分析及解決方案

謝文麗

黑龍江鶴崗市斯達(dá)排沙潛水泵有限公司

潛水泵軸承失效分析及解決方案

謝文麗

黑龍江鶴崗市斯達(dá)排沙潛水泵有限公司

本文針對75KW礦用潛水泵軸承失效的原因分析，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用工礦條件，對該水泵的軸承重新選用，以達(dá)到最佳的使用效果。

軸承；游隙；溫升；失效

前言：

目前，潛水泵廣泛應(yīng)用于煤礦井下排水，水泵軸承的選用正確與否直接關(guān)系到水泵運(yùn)行的可靠性。軸承的故障率高，運(yùn)行一段時間就會損壞，主要原因是材料疲勞、潤滑不良、污染、安裝等問題。這不僅和工件的加工精度有關(guān)，還和軸承的選用有著密切的關(guān)系。

一、軸承失效分析

1、軸承失效現(xiàn)象

75KW礦用潛水泵上安裝的軸承型號為6313-2RZ深溝球軸承，該軸承安裝在電機(jī)上，正常使用一段時間后，電機(jī)電流急劇增加然后停車。分解電機(jī)后發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈端面表面發(fā)黃，撬開密封件后油脂變黑，針對此問題對軸承進(jìn)行分析。

2、軸承檢測結(jié)果

2.1 軸承的成品檢測：外徑尺寸縮小，橢圓度和錐度超標(biāo)，徑向游隙減小。

2.2 軸承外觀檢測：油脂顏色為黑色+黃色，油脂較稀而小，通過紅外光譜檢測無明顯氧化（存在初期氧化的痕跡）。

2.3 對內(nèi)外圈、鋼球表面硬度檢測數(shù)據(jù)詳見表3；

表3

2.4 對內(nèi)外圈和鋼球熱處理（金相，硬度）檢測詳見表4。

表4

3、分析及結(jié)論

通過各項(xiàng)目檢測，得知軸承的徑向游隙（3μm）偏小，軸承在正常工作時可能出現(xiàn)負(fù)游隙。滾道的油膜逐漸減小至破壞，導(dǎo)致滾道與鋼球產(chǎn)生干摩擦，內(nèi)部溫度上升（160℃左右），造成內(nèi)圈滾道與端面發(fā)黃，同時油脂也存在氧化的痕跡，產(chǎn)生軸承失效。

結(jié)論：由于游隙過小，軸承在運(yùn)行情況下產(chǎn)生溫升，最終導(dǎo)致軸承失效。

二、軸承優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

軸承立式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)速約3000rpm，工作溫度90℃到100℃，極限溫度150℃，脂潤滑，上軸承安裝尺寸：殼材料鑄件，孔徑Φ140（+ 0.05/+0.02），軸材料45鋼，直徑Φ65（+0.021/+0.002），下軸承安裝尺寸：孔徑Φ140（+0.04/+0.02），軸徑Φ65（+0.021/+0.002），軸向力6.3KN，有振動(沖擊載荷)。

2、現(xiàn)場使用工況

現(xiàn)場為兩臺75KW泵串聯(lián)使用，抽排井下蓄水池中的污水，介質(zhì)中含固體顆粒的比重大約為15%，水溫為23℃，管線長度為350m，坡度為28度，管路直徑為80mm，泵出口安有閘閥來調(diào)節(jié)流量。

三、設(shè)計(jì)方案的可行性說明：

1.因軸承工作轉(zhuǎn)速3000rpm，需采用高精度的7313ACM配對軸承極限轉(zhuǎn)速約4400rpm，才能滿足要求；

2.下軸承Cr=185.8KN，軸承工作載荷Fr很小，F(xiàn)a=6.3KN,經(jīng)計(jì)算當(dāng)量載荷Pr=8.5KN，軸承額定壽命約L10h=58000h，可靠度90%；相當(dāng)于達(dá)到98%可靠度，滿足10000h的使用要求。

3.油脂采用P.EM（抗極壓，耐高溫，高速性較好）。

4.（下軸承保持架第二方案：）將以上方案中保持架材料換成PA46+30%GF(玻璃纖維)，其它都不變，高溫高速性會更好；

尼龍PA46+30%GF，有如下優(yōu)越的性能：

a：極佳的短期和長期耐熱性，熔點(diǎn)高達(dá)295℃，長期使用溫度為163℃；

b：高溫下能保證高的剛度，由于結(jié)晶度高，在其接近熔點(diǎn)時仍能保持高的剛度；

c：極佳的抗疲勞強(qiáng)度和耐磨性（自潤滑），PA46的高結(jié)晶度和良好的晶狀結(jié)構(gòu)使其比大多數(shù)工程塑料和耐熱塑料具有更佳的抗疲勞強(qiáng)度；

d：良好的耐化學(xué)性，特別是在較高溫度下，對油和油脂的耐腐蝕性極佳；

e：需要新開模具，交期較長。

五、結(jié)束語：

經(jīng)過對上述軸承失效的分析和優(yōu)化，重新更換新軸承后，將該75KW潛水泵投入煤礦井下使用，在惡劣的工況下連續(xù)運(yùn)行了12000h沒出現(xiàn)異常，滿足了大于10000h使用要求，由此可見軸承選用的重要性。

[1]關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì).中國宇航出版社.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社.

[3]劉澤九.滾動軸承應(yīng)用手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.

謝文麗（1971-），女，黑龍江鶴崗市人，1990年畢業(yè)于佳木斯聯(lián)合職工大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)，現(xiàn)就職于鶴崗市斯達(dá)排沙潛水泵有限公司開發(fā)部工程師。