凝结水泵电机轴承失效原因分析

刷上脱落下的）。 经 过 调 查 得 知 ，上 次 对 电 机 进 行 解 体 检
修 的 过 程 中 ，在 装 配 电机 上 轴 承 前 对 上 机 架 油
箱进行 过彻 底的清洁 ，异 物滞 留在 油箱 的可能
性 非 常 小 ；而 毛 刷 纤 维 很 可 能 是 在 轴 承 安 装 结 束 后 ，用 毛 刷 和 清洗 剂 对 轴 承 进 行 最 后 的 清 洁
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ＣＨ ｌ ＮＡ ＮＵ ＣＬＥＡＲ ＰＯ Ｗ ＥＲ
电 安 第５ 第１ ２１９３ 卷 期 ０ ２ 月 全
中 国 核 电 核
（ ） ａ
（ ｂ）
（ ａ） 卜 机架油箱 内残 留的毛发纤维
（ ｂ） ｜ 架 油 箱 内 残 留 的 金 属 碎 屑 ： 机
冈２ ｝ 架油箱 内异物纤维 ： 机
并列运 行３ 凝泵 电机 振动数 值 ： 号
上机 架油箱 的 油温 ：７ ０℃。 电机 解体检 查情 况 ： １ ）上 轴 承外 圈 滚道 损 坏严 重 （ 图 １ 见 ）轴 承
面温度使轴承 内部的温度趋 于一致 。润滑介质还 是 轴 承 保持 架 动 态 运动 的 阻尼 介质 。 良好 的润 滑
Ｆ ｇ ２ Ｆ ｒ ｉｎ ｍａｔ ｒ ｈ ｉ， ｂ ｅ ｍｅ ａ ｐ ｒ ｃｅ ｉ ｅｏｌ ａ ｋ ｉ． ｏ ｅｇ ｔｅｓ（ ａｒ ｆ ｒ ， ｔ ｌ ａｔ ｌ） ｎ ｔ ｉ ｔｎ ｉ ｉ ｈ
为 油 气凝 结所 致 。
２ ２ 凝泵 电机的主要参数 ．
电机型 号 ：Ｌ ０ －４ Ｙ４ ０ ；
滑 移 运 动 也是 在 完 全流 体 润 滑状 态 下进 行 的 ，不
间 内保 持 大 致相 同 的线接 触 。接触 区域 随时 间 和 负 载 的变 化在 滚 一 Ｂ范 围 内变 化 。 当滚 子 的 自 旋 轴 线 —Ｃ与 滚 道 切 线垂 直 时 ，滚 子 是 纯 自旋
滚动 。当轴承滚子负载突变或接触 区域啮合异物
运行 时间为 ｌ３ ７ ５ ｈ （ 自该 设备 运行 记 录 ）。 ５ ． 来
子 和 保 持 架组 成 ，其 中１ 个 滚子 的外 轮廓 线形 成 ５
一
个 锥 形 的 曲面 ，其 滚 道 也 为 曲面 设 计 。轴承 采 在 电机 运 行 过 程 中 ，上 轴 承 不 仅 要 承 受 电
小 时 ，轴承就 出现这么严重的损坏 现象 呢？这其 中一定 是 存 在 不 良因素 所 致 。做 了排 查 和 分 析 工
作初 步 认 为 ，外 部异 物 的进入 导致 轴 承 的工 作 面
功率 ：
电压 ： 电流 ：
３ ５ｋ ； ｌ Ｗ
６ｋ ； Ｖ ３ ． ； ６４ Ａ
用 寿命 。
２ 案例 介绍
本文通过案例分析 了因柔性异物而导致轴承 ２ １ 事件经过 ． 过早 失效 的 原 因 、过 程 ，以此 揭 示柔 性 异 物对 轴 ２０年８ １ ０ ９ 月 ９日，电厂 １ 凝泵 电机 因故 障 而 号 承 使用 寿命 损 害 的全 过 程 ，采 取 有效 措 施 改 善轴 停机 检修 。 承 的 润滑 状 况 ，延 长轴 承 的使 用 寿命 确 保 电厂 的 凝 结 水泵停 机前 设备 运行 参数 ： 安 全运 行 。 环境 温度 ： ３ ５℃ ；
受损 ，使得轴承过早失效。
这 台 电机 为 立 式 安 装 形 式 ，它 的 上 轴 承 是 ２ ４ ２ 轴 承为 推 力调 心 滚 子轴 承 ，这 种轴 承 是用 ９２Ｅ 于承 受 轴 向载 荷 为主 的轴 承 ，因此 这 个 轴 承 载荷 容量高 ，能承担径 向联合载荷 ，但径 向载荷 不得 超 过 轴 向载 荷 的５ ％。这 种 轴 承 摩 擦 因数 较低 ， ５ 转 速 相 对 较 高 ，并具 有 一 定 的调 心 功 能 。 由于轴 承 的滚 子 较 长 、直 径 大 ，滚 子数 量 多 ，且 轴承 的 滚子 为 非 对 称 型球 面 滚 子 ，座 圈滚 道 为 凹球 面 滚 道 ，滚 动 体 与 滚道 的接 触 面积 相 对 较 大 ，所 以它
核 电安 全
受 到异 物 的 污 染导 致 表 面 损伤 ；异物 破 坏 了轴 承 程 中摩 擦 副表 面上 始 终保 持 着 一层 均 匀 呈 流 体状
的工 作 面 ，增 大 了其 接 触 应力 ，加快 了轴 承 的疲 态 的油膜 。
劳 进 程 ，导 致 了轴承 润 滑 不 良 ，缩 短 了轴 承 的 使
的正 常使 用 寿命 （ 良好 润滑 状态 下 ）在 ｌ 小 时 以 析 ：金 属 碎 屑 是 轴 承 滚 道 上 剥 落 下 来 的 颗 粒 万 上 ，那是什么原 因导致这台 电机投入运行１ ０ 多 物 ，而 纤 维状 物 质 则 是 动物 毛 发 （ 为检 修 时毛 ０ ０ 疑
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上 轴承 润滑 方 式 ：
采用 流体 润滑 ；
负荷侧轴承型号 ： ６２ ； ２２ 负荷 侧 轴承 润滑 方 式 ：采用脂 润 滑 。
２ ３ 运 行 状 况 ．
该 电机 投 运 时 间 区 间 为 ： ２ ０ 年 ４ ４日 ０９ 月 １ ：５ ０ ９ ８ ｌ 日１ ：３ ｌ２ ～２ ０年 月 １ ３４ ，在 此 期 间 电机 累计
６ ）定子 绕组无 损坏 、过 热现 象 。
７ ）上 机 架 油 箱 表 面 有 较 多 油 渍 ，初 步 判 定
（ ｂ）
图１ 卜 轴承外圈损坏情况
Ｆ ｇ． Ｄ ａ ａ ｅ ｏ ｈ ｕ ｓｄ ｆｔ ｅ ｂｅ ｒｎ ｓ ｉ １ ｍ ｇ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｏ ａ ｉ ｇ ｈ
是提 高 轴 承使 用 寿 命 最有 效 的 方法 之 一 。在 轴 承 已经损 坏 失效 。 的正 常 工 作 过程 中 ，润滑 剂 必 须 参 与到 整 个 工作 ２ ）上 轴 承 润 滑 油 无 劣 化 现 象 ，但 在 油 箱 内 过程之 中。 发现 异 物 ：金属 碎 屑和 数根 ５ｃ 右 的纤 维 状物 ｍ左 在 轴 承 润滑 良好 时 ，滚子 和 滚道 就 会 对 润滑 质 （ 图２ 见 ）。 油 形成 挤 压 。在 接 触 部 位上 由于 负 载压 力 的 作用 ３ ）负 荷 侧 轴 承 良好 ，润 滑 油 脂 无 老 化 过 热 会 使 金属 面 产 生 轻微 变 形 ，使 得 接 触 面积 稍 有增 现象 。 大 ， 由于 润滑 油受 到挤压 使得 其 黏 度 增大 变 得 黏 稠 ， 因此在 轴 承 滚子 高 速 转动 的过 程 中往 往 是 在 润 滑 油 尚未从 摩 擦 副表 面 完 全挤 压 出的 瞬 间就 已 经完 成 了 一 次 “ 合 ”挤 压 过程 。在 这 个挤 压 过 离 ４ ）电机直 流 电阻 ，绝缘 正常 。 ５ ）定 转子 无扫 膛现象 。
有 关 技 术人 员 检 验 确 认 为合 格 产 品 。检 修 后各 项
在 对 电 机 进 行 解 体 检 查 时 ， 发 现 在 上 机 电气 试验 合 格 。并 通 过两 小 时 的功 能 鉴定 （ 负 架 油 箱 内有 金 属 碎 屑 和 长 度 为 ５ ｍ 、 直 径 带 ０ｍ 载 试 验 ）没有 发 现 异 常 。根 据 相 关 资料 表 明轴 承 在 ０．２ｍ ｍ左 右 的 白色 纤 维 状 物 质 ，经 鉴 定 分 １
电机 铁芯 温度 ：
上轴 承振 动 ：
７ ０℃ ；
８ ３ｍｍ／ ； ． ｓ
上机 架油箱 温度 ： ７ ６℃ ；
下轴承振动 ： 下 轴承 温度 ：
上 轴 承振动 ： 下轴 承振动 ：
４０ ． ｍｍ／ ； ｓ ４ ５℃ 。
７１ ． ｍｍ／ ； ｓ ３ １ｍｍ／ ； ． ｓ
时 ，毛刷 纤维被轴 承缝 隙夹脱 造成 的 ，由于轴 承 的 结 构 和 安 装 形 式 等 因 素 的 影 响 ，那 些 脱 落
的纤维被 夹杂在轴 承滚道 缝 隙里很难被 发现 ， 因 此 就 形 成 了柔 性 异 物 。柔 性 异 物 对 轴 承 造 成 的严 重 损 害 分 析 如 下 ：
３ 原 因 分析
３ １ 检修记录 和设 备特征 ．
用 流体 润滑 ，设 计 参照转 速 为 ｌ ０ ／ ｎ ０ｒ ｍｉ。 ６
机径 向负载载荷 ，还要承受整个转子 的轴向重力
２ ０ 年 ３ ，该 电机 进 行 了一 次 计 划 解 体 大 和 电磁 拉 力 ，因此 轴 承 滚 子和 滚 道 所 受 的压 强 很 ０９ 月 修 ，并 更换 了全 部 轴 承 。在 检 修 过 程 中 ，检 修人 大 。只 有 轴 承在 良好 润 滑状 态 下才 能 正 常 工作 ， 员 遵 守操 作 规 范 ，检 修 后 的各 项 数 据 和 指标 均 符 电机转 子 的有效 矢量 才 能得 以正 常 的输 出 。 合检 修规 程 要 求 。轴 承有 产 品合 格 证 ，安 装 前经 ３ ２ 轴承 损坏 过程分析 ．
图３ 滚子 与滚道结合示意 图
Ｆ ｇ ３ Ｔｈｅ ｃ ｎ ｃ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｉ ． ｏ ｎｅ ｔｏ ｅ ｗ ｅ ｔ ｅ ｂｅ ｒｎ ｎｄ ｔ ｅ ｒ ｌｅ ｈ ａｉ ｇ ａ ｈ ｏｌｒ
２ ４ ２ 轴承是推力调心滚子轴承 ，它能承受 ９２ Ｅ
较大 的联 合 载荷 并 有 自动 调 心 的特 点 。 当滚子 表 面 与 滚道 表 面接 触 时 ，滚子 在 滚道 上 就 会 存在 两 种 运 动 即滚 子 的 自旋 滚 动和 滚 子 与 滚道 的相对 滑 移 ，这 两 种 运动 不是 孤 立存 在 的而 是互 为 依存 ， 在 一 定 条件 下 可 互 为转 化 。当润 滑 良好 时滚 子 就 以 自旋 滚动 为 主 ，很少 出现 滑 动现 象 ，即使 发 生
时，局部摩擦力增大 ，滚子的受力方 向就会发生 会对摩擦副表面造成损伤 。当润滑不 良时两摩擦 改变 ，此 时滚 子 的 自旋 轴 线 与 滚道 切 线 方 向就 形 即 副表面的摩擦系数就会增大 ，当摩擦力矩增大到 成 一 定 的偏 角 （ 不垂 直 ）。 滚子 的滚 动 方 向与 定 程 度 时 ，就 会 阻碍 滚 动 体 的 自旋 运 动 造成 滑 受力方 向就形成夹角。滚子虽然以单一速度绕 自 身 轴 线旋 转 ，在 离 开 轴 线不 同半 径 的表 面 上 各 点 移 现象 ，滑动 分量 就会 急剧增 大 。 有着 不 同的 线速 度 。滚 子滚 动 一 周 的距 离 就 会 大 轴 承 在 工 作 时 要 承 受 很 高 的 集 中 交 变 载 于 或小 于 滚 子在 滚 道 上 的运 动 距 离 ，这 时就 发 生 荷 ， 由 于 滚 动 体 与 轴 承 滚 道 之 间 的 接 触 面 积 小 ，它的法 向力和切 向力也会随着摩 擦系数的变 了滑移运动 。基于上述原因可知 ，这类轴承虽然