故障诊断
ＧＵ ＺＨＡＮＧ Ｚ Ｈ Ｅ Ｎ Ｄ Ｕ Ａ Ｎ
２８０００Ｎｍ３／ｈ空分装置液氧泵电机轴承寿命计算与故障分析
吴平凡 师引 宋国庆
（陕西渭河重化工有限责任公司 陕西 渭南 ７１４０００）
【摘 要】 对液氧泵轴向推力和电机轴承寿命进行了详细计算，排除轴承失效原因主要怀疑因素。【关键词】 液氧泵 轴承损坏 推力计算 寿命计算
２．１ 计算单级叶轮势扬程ＨＰ陕西渭河重化工有限责任公司主要参数如下：
流量Ｑ：３７．５ ｍ３／（ｈ０．０１０４ ｍ３／ｓ）２００Ｋｔ／ａ甲醇装置配套的２８０００Ｎｍ３／ｈ
，扬程Ｈ：７９０ｍ空分系统使用的２台低温液氧泵
介质：－１８６℃液氧，密度ρ：（位号ＯＰ７１０６０１／ＯＰ７１０６０２）自２００６年
ｇ／ｍ３２月投用以来，不到８个月的时间内１１４０ｋ
级数ｉ：６２次出现电机下轴承损坏事故。对
转速ｎ：３６５６ｒｐｍ此问题公司相关部门组织了多次讨
叶轮圆周速度容积效率ηｖ：０．９０论，未得到明确结论，主要意见集
Ｈｔ单级叶轮理论扬程水力效率ηｈ：０．４８中在怀疑电机轴承设计选型有误，
计算结果：ＨＰ＝１２５．３４ｍ不能承受泵端产生的轴向推力，导
致轴承失效。本文仅对该泵的推力２、泵轴向力计算及轴承寿命进行计算分析。
２．２ 计算单级叶轮轴向力Ａ１：叶轮示意图（图１）如下：
１、简介
液氧泵为瑞士ＣＲＹＯＭＥＣ ＡＧ
制造，型号ＺＰ６／２６０－７．５－ＤＣ－ＣＤ－ＬＡＢＳ－Ｖ－ＨＦ。立式安装，电机在上方，泵安装在下部冷箱内，泵入口在泵体上部，出口在下部。从制造商说明书和泵试验报告中查到的作者简介
已知数据：
叶轮轮毂半径Ｒｈ：０．０３７５ｍ叶轮半径Ｒ２：０．１３ｍ叶轮入口密封环半径Ｒｍ：０．０６６９ｍ叶轮入口半径Ｒｉ：０．０６１ｍ
叶轮角速度ω：
代入各数值计算，Ａ１＝１０６９１ Ｎ２．３ 计算单级叶轮的动反力Ａ２：
代入各数值计算，Ａ２＝２１ Ｎ２．４ 单级叶轮总轴向Ａ／＝Ａ１－Ａ２＝１０６７０ Ｎ
叶轮产生的总轴向Ａ＝Ａ／ｊ
＝６４０２０ Ｎ
吴平凡 现在陕西渭河重化工有限责任公司生产部工作。
２００７．０８
石油和化工设备５１
故 障 诊
断
图１
计算得到Ｐ＝２７１６ Ｎ
５．２该角接触球轴承基本额定
动载荷Ｃ。
Ｃ单列＝８３２００Ｎ按照轴承厂家提供数值。
５．３轴承寿命计算
３、叶轮平衡孔产生的平衡力计算４、下轴承所受径向力计算
泵产生的径向力：
其中
ｑ 平衡孔泄漏量
密封间隙阻力系数，ｂ－为密封间隙，取ｂ＝０．０００２ｍλ取０．０５Ｌ＝０．０２４３ｍ 密封环长度
ｘＢ平衡孔阻力系数，通常 ｘＢ＝２Ｆｍ＝Ｄｍｐｂ密封间隙过流面积 平衡孔过流面积ｚ＝５平衡孔数量
Ｋｒ实验系数，取０．１５由以下方式求得
先确定比转速 查表得到 Ｋｒ
计算得到Ｆｒ ＝３７４Ｎ
计算中设该径向力全部作用在电机下轴承上。
ｆ温度系数，＜１２０℃，取１ｒｆ速度系数，查表取０．２０９ｎｆ冲击负荷系数，取１ｄ
ｆｍ力矩负荷系数，取１ｆ寿命系数ｈ
计算得到 ｆ＝６．４ｈ由该ｆ值查表，对应的轴承寿ｈ
命大于１０００００小时。
６、结论
根据本文的计算，可以清楚的得出结论：泵电机的轴承设计是满足承受泵侧推力的要求的。轴承的损坏应该从其他方面寻找原因。该泵安装前在长达两年的库存期内未得到规程要求的保养及检查，轴承部位进入灰尘并生锈，可能是导致轴承失效的原因；此外运行中是否严格按照要求加注润滑脂也是发生
故障可能的原因之一。
５、轴承寿命计算
电机下部为２套面对面安装的７２１６Ｂ角接触球轴承。我们按照运行中单个轴承承受所有的轴向及径向力计算轴承寿命。
密封环圆周速度计算结果单级叶轮平衡孔产５．１计算该组轴承承受的当量生平衡力Ａ＝９８８８Ｎ动载荷Ｐ
。
６级叶轮平衡孔产生平衡力Ａ平衡＝５９３２８Ｎ
参考文献经过叶轮平衡孔平衡后剩余
的轴向力＝Ａ －Ａ平衡 ＝４６９２ Ｎ，方向指向上方。电机转子与泵转子重［１］ 《现代泵技术手册》，关醒凡著，宇航出版社１９９５年第１版力指向下方，电机转子与泵转子
［２］ 《机械设计手册》第三版，成大先主编，化学工业出版社１９９３年第重量不详，保守估计不小于２０００Ｎ，
剩余的作用在电机下部的角接触球
１版
轴承上的轴向力Ｆａ不大于２６９２Ｎ。
５２
石油和化工设备
２００７．０８
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吴平凡 师引 宋国庆
（陕西渭河重化工有限责任公司 陕西 渭南 ７１４０００）
【摘 要】 对液氧泵轴向推力和电机轴承寿命进行了详细计算，排除轴承失效原因主要怀疑因素。【关键词】 液氧泵 轴承损坏 推力计算 寿命计算
２．１ 计算单级叶轮势扬程ＨＰ陕西渭河重化工有限责任公司主要参数如下：
流量Ｑ：３７．５ ｍ３／（ｈ０．０１０４ ｍ３／ｓ）２００Ｋｔ／ａ甲醇装置配套的２８０００Ｎｍ３／ｈ
，扬程Ｈ：７９０ｍ空分系统使用的２台低温液氧泵
介质：－１８６℃液氧，密度ρ：（位号ＯＰ７１０６０１／ＯＰ７１０６０２）自２００６年
ｇ／ｍ３２月投用以来，不到８个月的时间内１１４０ｋ
级数ｉ：６２次出现电机下轴承损坏事故。对
转速ｎ：３６５６ｒｐｍ此问题公司相关部门组织了多次讨
叶轮圆周速度容积效率ηｖ：０．９０论，未得到明确结论，主要意见集
Ｈｔ单级叶轮理论扬程水力效率ηｈ：０．４８中在怀疑电机轴承设计选型有误，
计算结果：ＨＰ＝１２５．３４ｍ不能承受泵端产生的轴向推力，导
致轴承失效。本文仅对该泵的推力２、泵轴向力计算及轴承寿命进行计算分析。
２．２ 计算单级叶轮轴向力Ａ１：叶轮示意图（图１）如下：
１、简介
液氧泵为瑞士ＣＲＹＯＭＥＣ ＡＧ
制造，型号ＺＰ６／２６０－７．５－ＤＣ－ＣＤ－ＬＡＢＳ－Ｖ－ＨＦ。立式安装，电机在上方，泵安装在下部冷箱内，泵入口在泵体上部，出口在下部。从制造商说明书和泵试验报告中查到的作者简介
已知数据：
叶轮轮毂半径Ｒｈ：０．０３７５ｍ叶轮半径Ｒ２：０．１３ｍ叶轮入口密封环半径Ｒｍ：０．０６６９ｍ叶轮入口半径Ｒｉ：０．０６１ｍ
叶轮角速度ω：
代入各数值计算，Ａ１＝１０６９１ Ｎ２．３ 计算单级叶轮的动反力Ａ２：
代入各数值计算，Ａ２＝２１ Ｎ２．４ 单级叶轮总轴向Ａ／＝Ａ１－Ａ２＝１０６７０ Ｎ
叶轮产生的总轴向Ａ＝Ａ／ｊ
＝６４０２０ Ｎ
吴平凡 现在陕西渭河重化工有限责任公司生产部工作。
２００７．０８
石油和化工设备５１
故 障 诊
断
图１
计算得到Ｐ＝２７１６ Ｎ
５．２该角接触球轴承基本额定
动载荷Ｃ。
Ｃ单列＝８３２００Ｎ按照轴承厂家提供数值。
５．３轴承寿命计算
３、叶轮平衡孔产生的平衡力计算４、下轴承所受径向力计算
泵产生的径向力：
其中
ｑ 平衡孔泄漏量
密封间隙阻力系数，ｂ－为密封间隙，取ｂ＝０．０００２ｍλ取０．０５Ｌ＝０．０２４３ｍ 密封环长度
ｘＢ平衡孔阻力系数，通常 ｘＢ＝２Ｆｍ＝Ｄｍｐｂ密封间隙过流面积 平衡孔过流面积ｚ＝５平衡孔数量
Ｋｒ实验系数，取０．１５由以下方式求得
先确定比转速 查表得到 Ｋｒ
计算得到Ｆｒ ＝３７４Ｎ
计算中设该径向力全部作用在电机下轴承上。
ｆ温度系数，＜１２０℃，取１ｒｆ速度系数，查表取０．２０９ｎｆ冲击负荷系数，取１ｄ
ｆｍ力矩负荷系数，取１ｆ寿命系数ｈ
计算得到 ｆ＝６．４ｈ由该ｆ值查表，对应的轴承寿ｈ
命大于１０００００小时。
６、结论
根据本文的计算，可以清楚的得出结论：泵电机的轴承设计是满足承受泵侧推力的要求的。轴承的损坏应该从其他方面寻找原因。该泵安装前在长达两年的库存期内未得到规程要求的保养及检查，轴承部位进入灰尘并生锈，可能是导致轴承失效的原因；此外运行中是否严格按照要求加注润滑脂也是发生
故障可能的原因之一。
５、轴承寿命计算
电机下部为２套面对面安装的７２１６Ｂ角接触球轴承。我们按照运行中单个轴承承受所有的轴向及径向力计算轴承寿命。
密封环圆周速度计算结果单级叶轮平衡孔产５．１计算该组轴承承受的当量生平衡力Ａ＝９８８８Ｎ动载荷Ｐ
。
６级叶轮平衡孔产生平衡力Ａ平衡＝５９３２８Ｎ
参考文献经过叶轮平衡孔平衡后剩余
的轴向力＝Ａ －Ａ平衡 ＝４６９２ Ｎ，方向指向上方。电机转子与泵转子重［１］ 《现代泵技术手册》，关醒凡著，宇航出版社１９９５年第１版力指向下方，电机转子与泵转子
［２］ 《机械设计手册》第三版，成大先主编，化学工业出版社１９９３年第重量不详，保守估计不小于２０００Ｎ，
剩余的作用在电机下部的角接触球
１版
轴承上的轴向力Ｆａ不大于２６９２Ｎ。
５２
石油和化工设备
２００７．０８