商用上出風(fēng)機組電機軸承密封可靠性研究

王澤寬 李一宬 高 鵬 楊守武

格力電器(合肥)有限公司 安徽 合肥 230088

引言

電機作為空調(diào)核心部件之一,其作用是將電能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機械能,帶動風(fēng)葉運轉(zhuǎn),將蒸發(fā)器表面的冷/熱空氣吹出,實現(xiàn)對房間空氣溫度的調(diào)節(jié)。

筆者通過對上出風(fēng)室外機組電機售后軸承故障失效模式進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),電機的軸承設(shè)計選型和裝配,對售后長期使用的可靠性,有著至關(guān)重要的影響。

1 故障現(xiàn)象

通過對售后典型故障案例分析,筆者總結(jié)了上出風(fēng)室外機組電機軸承故障的主要故障現(xiàn)象和外部影響因素。

2)軸承卡死;

3)高濕環(huán)境。

2 故障分析

針對上述故障,筆者從電機結(jié)構(gòu)、軸承選型、使用環(huán)境、失效案例幾個方面進行了分析。

2.1 電機結(jié)構(gòu)

目前上出風(fēng)機組使用的電機,廣泛應(yīng)用的為非標(biāo)立式三相電機,安裝方式為電機軸豎直向上(圖1),防護等級一般不低于IP44,同時端蓋結(jié)構(gòu)上設(shè)有防水凸臺,轉(zhuǎn)軸上增加防水碗(圖2)。

在實際使用過程中,防水凸臺和防水碗能夠應(yīng)對雨雪的直接流入。

2.2 軸承選型

上出風(fēng)室外機組電機軸承,主要使用為雙面RZ深溝球軸承(圖3)。此軸承的防護特點,主要是防護大顆粒異物,阻擋其侵入軸承內(nèi)部。

2.3 使用環(huán)境

上出風(fēng)室外機組,一般為露天安裝,電機基本處于裸露狀態(tài),受環(huán)境影響大,易接觸雨水。由于電機安裝方式特殊,電機轉(zhuǎn)軸豎直向上,高濕度環(huán)境下、雨雪水份經(jīng)蒸發(fā)或霧化后,水汽易從電機軸伸端進入軸承室,對軸承可靠性產(chǎn)生影響。

2.4 失效模式

根據(jù)售后現(xiàn)場實際調(diào)查及故障件復(fù)核情況,機組運行存在兩種現(xiàn)象：一是運行噪音大,為軸承噪音;二是風(fēng)機不轉(zhuǎn),主要為卡死導(dǎo)致的效果差和機組保護。

3 失效案例

3.1 運行噪音大

通過對售后失效故障件的復(fù)核,發(fā)現(xiàn)軸承失效模式集中,主要為上軸承噪音故障(圖4)。核對軸承選型,同型號不同廠家電機,軸承的選用均為行業(yè)內(nèi)主流品牌,軸承的質(zhì)量水平從行業(yè)內(nèi)實際使用情況,還是能夠保證的。因此售后各品牌軸承同時出現(xiàn)大比例故障的可能性低,排除軸承自身加工異常因素。

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故障電機解體復(fù)核,軸承外觀存在明顯銹跡,軸承油脂變質(zhì),由透明色轉(zhuǎn)變成紅褐色。對軸承零部件進行微觀分析,發(fā)現(xiàn)軸承滾道、滾珠表面均存在大量銹蝕坑洞(圖5)。

3.2 風(fēng)機不轉(zhuǎn)

售后故障件復(fù)核中,發(fā)現(xiàn)少數(shù)故障件出現(xiàn)軸承抱死故障(圖6)。售后實地調(diào)查發(fā)現(xiàn),電機卡死的機組,在使用過程中出現(xiàn)過聲音變大的現(xiàn)象,但由于實際上室外噪音沒有影響到室內(nèi),故機組一直在使用,直至出現(xiàn)保護問題報修。

4 模擬驗證

針對分析的軸承進入水汽導(dǎo)致的故障原因,安排如下試驗項目進行驗證。

方案一：選用正常電機進行潮態(tài)試驗,按照常規(guī)48小時進行。試驗后,常溫放置24小時,通電運行電機運行正常無異常噪音,拆機檢驗也未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

方案二：選用正常電機進行非常規(guī)潮態(tài)試驗,試驗時間按照500h進行。試驗后,常溫放置24小時,通電運行有輕微軸承音,拆機檢查電機軸承表面有輕微銹跡(圖7)。試驗結(jié)果表面,電機在長期的高濕度環(huán)境下,防護等級不足的普通RZ 軸承存在水汽侵入生銹的問題。

方案三：在方案一、二的基礎(chǔ)上,裝配整機進行1000小時長期運轉(zhuǎn)驗證。試驗后,方案一電機通電運行無異常,拆解后未出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象,軸承油脂正常。方案二電機通電運行上軸承有較明顯噪音,拆解后軸承表面油脂烏黑,軸承內(nèi)部油脂由正常的透明色轉(zhuǎn)變?yōu)檩p微黃褐色及黑色(圖8)。軸承拆解后,微觀放大檢測,軸承及滾道表面也出現(xiàn)了銹蝕凹坑現(xiàn)象(圖9)。由此表明在方案二的基礎(chǔ)上,經(jīng)整機長期運轉(zhuǎn)后,能夠復(fù)現(xiàn)售后故障現(xiàn)象。

試驗后軸承表面出現(xiàn)輕微銹跡,長時間運行后同樣出現(xiàn)軸承噪音。解體復(fù)核與售后故障一致,因此可以確定售后高濕環(huán)境對電機軸承可靠性存在直接影響。

圖8 試驗后軸承油脂轉(zhuǎn)變顏色

圖9 軸承局部微觀放大(100×、150×)

5 可靠性提升

由于上出風(fēng)室外機組露天安裝的特殊性,因此必須能夠有效應(yīng)對環(huán)境因素影響。電機作為其核心部件,其可靠性尤為重要。而實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的軸承設(shè)計選型不當(dāng),已經(jīng)造成售后批量軸承故障,因此軸承設(shè)計選型對電機售后運行的可靠性至關(guān)重要。

目前設(shè)計選型的普通防塵式RZ軸承仍為主流,為解決售后長期使用受環(huán)境因素影響,須提升其防護等級,在防止外部異物進入的同時,必須提高防止水汽等不利因素的侵入。

軸承選型上,應(yīng)將普通防塵式RZ 軸承(非接觸式密封),更改為接觸式密封的LLU/DDU 軸承。LLU/DDU 軸承不但能夠有效防止粉塵、水汽進入軸承內(nèi)部,還能解決軸承油脂的揮發(fā)和流失,最大限度的降低不利因素的影響(圖10)。

6 結(jié)語

通過電機軸承在售后實際應(yīng)用過程中的失效因素分析研究,除去過程制造因素外,零部件的設(shè)計選型對售后可靠性,有著至關(guān)重要的作用。

目前各電機廠商生產(chǎn)的立式電機(轉(zhuǎn)軸朝上),對于軸承的選用的基本一致。從上出風(fēng)室外機組售后安裝的特殊性和長期運行的可靠性來看,軸承的設(shè)計選型必須要進行改進。

筆者通過對實際售后的質(zhì)量問題調(diào)查及分析,得出了關(guān)于上出風(fēng)室外機組電機軸承售后可靠不足的影響因素,因此建議各空調(diào)廠商重點考慮外部環(huán)境的長期影響,以及相關(guān)試驗標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合售后使用環(huán)境,提高產(chǎn)品售后可靠性。