潜水泵轴承失效分析及解决方案

谢文丽

黑龙江鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司

潜水泵轴承失效分析及解决方案

谢文丽

黑龙江鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司

本文针对75KW矿用潜水泵轴承失效的原因分析，结合产品的结构特点及使用工矿条件，对该水泵的轴承重新选用，以达到最佳的使用效果。

轴承；游隙；温升；失效

前言：

目前，潜水泵广泛应用于煤矿井下排水，水泵轴承的选用正确与否直接关系到水泵运行的可靠性。轴承的故障率高，运行一段时间就会损坏，主要原因是材料疲劳、润滑不良、污染、安装等问题。这不仅和工件的加工精度有关，还和轴承的选用有着密切的关系。

一、轴承失效分析

1、轴承失效现象

75KW矿用潜水泵上安装的轴承型号为6313-2RZ深沟球轴承，该轴承安装在电机上，正常使用一段时间后，电机电流急剧增加然后停车。分解电机后发现轴承内圈端面表面发黄，撬开密封件后油脂变黑，针对此问题对轴承进行分析。

2、轴承检测结果

2.1 轴承的成品检测：外径尺寸缩小，椭圆度和锥度超标，径向游隙减小。

2.2 轴承外观检测：油脂颜色为黑色+黄色，油脂较稀而小，通过红外光谱检测无明显氧化（存在初期氧化的痕迹）。

2.3 对内外圈、钢球表面硬度检测数据详见表3；

表3

2.4 对内外圈和钢球热处理（金相，硬度）检测详见表4。

表4

3、分析及结论

通过各项目检测，得知轴承的径向游隙（3μm）偏小，轴承在正常工作时可能出现负游隙。滚道的油膜逐渐减小至破坏，导致滚道与钢球产生干摩擦，内部温度上升（160℃左右），造成内圈滚道与端面发黄，同时油脂也存在氧化的痕迹，产生轴承失效。

结论：由于游隙过小，轴承在运行情况下产生温升，最终导致轴承失效。

二、轴承优化设计方案

1、产品结构特点：

轴承立式结构，转速约3000rpm，工作温度90℃到100℃，极限温度150℃，脂润滑，上轴承安装尺寸：壳材料铸件，孔径Φ140（+ 0.05/+0.02），轴材料45钢，直径Φ65（+0.021/+0.002），下轴承安装尺寸：孔径Φ140（+0.04/+0.02），轴径Φ65（+0.021/+0.002），轴向力6.3KN，有振动(冲击载荷)。

2、现场使用工况

现场为两台75KW泵串联使用，抽排井下蓄水池中的污水，介质中含固体颗粒的比重大约为15%，水温为23℃，管线长度为350m，坡度为28度，管路直径为80mm，泵出口安有闸阀来调节流量。

三、设计方案的可行性说明：

1.因轴承工作转速3000rpm，需采用高精度的7313ACM配对轴承极限转速约4400rpm，才能满足要求；

2.下轴承Cr=185.8KN，轴承工作载荷Fr很小，Fa=6.3KN,经计算当量载荷Pr=8.5KN，轴承额定寿命约L10h=58000h，可靠度90%；相当于达到98%可靠度，满足10000h的使用要求。

3.油脂采用P.EM（抗极压，耐高温，高速性较好）。

4.（下轴承保持架第二方案：）将以上方案中保持架材料换成PA46+30%GF(玻璃纤维)，其它都不变，高温高速性会更好；

尼龙PA46+30%GF，有如下优越的性能：

a：极佳的短期和长期耐热性，熔点高达295℃，长期使用温度为163℃；

b：高温下能保证高的刚度，由于结晶度高，在其接近熔点时仍能保持高的刚度；

c：极佳的抗疲劳强度和耐磨性（自润滑），PA46的高结晶度和良好的晶状结构使其比大多数工程塑料和耐热塑料具有更佳的抗疲劳强度；

d：良好的耐化学性，特别是在较高温度下，对油和油脂的耐腐蚀性极佳；

e：需要新开模具，交期较长。

五、结束语：

经过对上述轴承失效的分析和优化，重新更换新轴承后，将该75KW潜水泵投入煤矿井下使用，在恶劣的工况下连续运行了12000h没出现异常，满足了大于10000h使用要求，由此可见轴承选用的重要性。

[1]关醒凡.现代泵理论与设计.中国宇航出版社.

[2]成大先.机械设计手册.化学工业出版社.

[3]刘泽九.滚动轴承应用手册.机械工业出版社.

谢文丽（1971-），女，黑龙江鹤岗市人，1990年毕业于佳木斯联合职工大学机械制造专业，现就职于鹤岗市斯达排沙潜水泵有限公司开发部工程师。