船用电机轴承损坏的原因及措施

船用电机轴承损坏的原因及措施

李作维

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯154002)

摘要针对多台JY280-2-WF2 125kW船用电机在运行过程中出现轴承保持架损坏的问题，开展电机整机出厂、轴承结构、注排油、轴承温度监测等方面进行排查与分析，并经过轴承故障再现试验确定轴承损坏的原因：是由于原轴承结构注油困难，运行过程中缺少润滑脂导致轴承温度迅速升高而损坏。采取改为深沟球大游隙全密封轴承的改进措施，保证了电动机安全可靠的运行，同时由于轴承免注油，提高了电动机的维修性。

关键词船用电机；轴承；损坏；措施

DOI:10.3969/J.ISSN.1008-7281.2015.01.10

中图分类号：TM303.5

作者简介：李作维男1978年生；毕业于沈阳工业大学电气技术专业，现从事屏蔽电泵、三相异步电动机设计研发工作.

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船用电机是为船上消防水泵配套。研制初期用户提供了两台样机进行测绘并要求按原国外样机进行仿制。根据测绘结果进行了样机产品设计、试制工作。在厂内全面测试了电机各项性指标均符合电机技术协议要求。与泵合装后进行了机组运行试验，电机运行正常。但在现场运行一段时间后，多台电机均出现电机噪声、振动增大，甚至堵转故障。

1电机拆卸检查故障

将出现故障的电机进行拆检，发现电机轴承磨损严重，保持架均损坏，滚珠脱落，电机其它部位均正常，判断电机出现故障是由于轴承损坏造成。典型轴承损坏型式见图1、图2、图3、图4。

图1　轴承外圈

图2　轴承内圈

图3　轴承保持架

图4　轴承钢球

观察外圈外貌完好，滚道未发现磨损或刺落；内圈颜色发黑，表面有挤压造成的明显变形；钢球颜色发黑，表面有明显的摩擦痕迹；保持架已经碳化，形貌严重破损。但也有部分轴承外观良好，未见明显损伤，但运转时有明显跳动，且保持架已经擦到外圈挡边处，表明保持架受到磨损，为轴承早期失效。

2轴承损坏的原因

2.1电机出厂情况排查

该型电机均进行了电机型式试验，全面测试了电机各项性指标，均符合技术协议要求，电机运转正常。其中电机的轴承温度试验结果具体见表1。

表1　轴承温度试验结果表

电机产成后交付用户，与泵进行了合装，开展了泵机组型式试验，试验时间为48h，电机在机组试验时运行正常，并通过行业鉴定。由于电动机在试验前是单独对轴承加注润滑脂后再进行安装，说明电动机轴承在加注润滑脂后可以正常运行。

2.2电机轴承结构排查

该电机轴承部分是仿研国外的轴承结构，轴承内盖带轴承室，轴承内外盖将轴承固定，外圈有1个活动滚珠，用于支承电机轴承。轴承牌号相当于GB/T 276 6315深沟球轴承。轴承结构见图2。

图5　电机轴承结构

电机的轴承保持架为非金属胶木材料，其轴承的内外圈、钢珠均为轴承专用钢质材料。轴承制造厂对轴承进行了测绘，根据原电机轴承的结构及所能承受的轴向力和径向力进行了轴承设计，并规定了轴承材料、结构型式、热处理工艺、检验等要求。该轴承结构可有效的降低电机的振动和噪声，但不利于电机轴承散热。由于轴承为半密封式轴承结构，其轴承保持架内外径与轴承内外圈之间的间隙均为1mm，钢珠与保持架之间间隙也较钢保持架小，所以该轴承结构滚道空间小，导致滚道内的润滑脂相对含油量较少，且保持架内外径与轴承内外圈间隙小，导致轴承加注润滑脂非常困难。

2.3注排油装置排查

根据轴承损坏情况，初步判断轴承损坏是由于轴承出现干摩擦问题导致，所以排查注排油装置是否正常，润滑脂是否按要求进行加注。经排查电机在轴伸端和非轴伸端均设有电机轴承注排油装置，检查注排油管路通畅。查阅现场维护记录，操作人员也是按照使用说明书规定每运行(750～1500)h的时间间隔加注的润滑脂。现场出现轴承损坏故障后在厂内进行加注润滑脂试验，由于轴承结构的局限导致加注润滑脂很困难，该电机需要用高压油枪才能勉强加注，但船上现场维护只有普通油枪，所以每次加注的润滑脂应没有加注到电机轴承的滚道内，当电机运转一段时间后轴承内的润滑脂失效或消失后，电机轴承应处于干摩擦状态。

2.4电机轴承测温装置排查

为保证电机轴承能在电机运行时不过热，电机设有轴承测温传感器，在使用现场要求对电机运行温度进行适时监测，当电机轴承温度达到95℃时，电机立即报警，当轴承温度继续升高时电机自动停机，防止电机轴承过热烧毁。排查船上现场情况是电机轴承测温装置已接上控制仪表，但只有报警功能，却没有停车功能。

2.5故障再现试验

按现有轴承结构进行了故障再现试验，按A、B、C、D四种试验条件进行了轴承运转试验，试验方法按JB/T 8571—1997《滚动轴承温升性能试验规程》，具体试验条件见表2。

表2　轴承运转试验要求

表3　轴承运转实验结果

试验结果表明：同等润滑(充分)条件下，胶木保持架比铁保持架轴承的温升明显低；同样胶木保持架，在不同的润滑条件下温升有明显区别；润滑条件对轴承的温升、使用寿命有明显影响。

拆检D组轴承，其内外圈滚道接触部位、钢球已经发生明显磨损，呈紫红色，保持架颜色已经发黑，和钢球接触部位已经发生明显磨损，呈光亮色，如加大试验机的功率强制轴承继续运转，就会出现上述失效轴承类似情况。

3原因分析

根据上述排查分析轴承损坏原因是由于电机沿用了原国外轴承结构，轴承保持架为胶木结构，易磨损，电机轴承内间隙小，轴承滚道内加油困难，电机使用一段时间后，轴承滚道内加注润滑脂不到位，造成电机轴承干磨，在电机高速旋转下电机轴承温度将迅速升高，由于没有及时停机，电机继续运行，轴承烧毁。这一点在故障再现试验中得到验证，该轴承在轴承润滑充分时电机轴承温度仅为47.9℃。当电机滚道内无润滑脂时试验仅进行了5h轴承温度就上升到107.1℃。现场几台电机轴承严重损坏就说明是电机在缺少润滑脂的条件下继续运行所致。

4改进措施

由于电机的振动、噪声实测指标与规格书相比有较大裕量，所以将产品轴承更换为SKF 6315-2RZ /C3深沟球大游隙全密封轴承，其具有良好的径向和轴向承载能力，在规定负载下经计算轴承的设计寿命满足要求。另轴承带双侧防尘盖，轴承在寿命期内免注油，便于维护。电机轴承更换后，在现场对4台电机轴承温度及定子温升进行测试，测试结果见表4。

表4　轴承及定子温升实验

从表4可以看出更换轴承后，电机轴承温度均很低，电机轴承在现有温度下运行其轴承润滑脂寿命可远大于20 000h。

5 结语

根据上述分析， JY280-2-WF2 125kW船用电机轴承损坏是由于仿研的轴承结构注油困难，电机在运转时轴承滚道内缺少润滑脂，造成轴承干磨，轴承温度升高，使轴承及保持架磨损损坏。更换SKF 6315-2RZ /C3深沟球大

参考文献

[1]JB/T 8571—1997《滚动轴承温升性能试验规程》.

[2]濮良贵，纪明刚.机械设计(第七版).高等教育出版社，2001.6.

[3]陈世坤.电机设计(第2版).机械工业出版社，2004.2.

[4]夏立，费奇.感应电机轴承故障检测方法研究.振动测试与诊断，2005.10.30.

[5]吴智映.浅述电机轴承噪声的产生与控制.机电工程技术，2005.8.30.

[6]常晋芳.超温对电机轴承润滑的危害与预防.科技情报开发与经济，2005.4.30.

[7]薛福连.电机轴承引起的故障及其维修.中小型电机，2002.8.1.

[8]刘阿丽，吴军令，范涛孝.大型内循环轴承立式冷却器传热计算研究.防爆电机，2013.6.

[9]兰晓东，赵煦.电机温升高的分析处理.防爆电机，2014.6.