Studie über den Versagensmechanismus und Verbesserungsmaßnahmen von Lagern in der Ultra-Hochdruck-Seewasserpumpe in voller Ozeantiefe

Zusammenfassung Unter Ultra-Hochdruckbedingungen in voller Ozeantiefe sind die Wälzlager von Seewasserpumpen häufig erhöhten kombinierten Spannungsbedingungen ausgesetzt, darunter hoher äußerer Druck, Öl-Wasser-Emulsifizierung und anhaltend hohe Lasten. Frühe Ausfälle treten häufig auf, was die Systemstabilität und Zuverlässigkeit erheblich beeinträchtigt. Diese Studie konzentriert sich darauf, die typischen Versagensmechanismen von Lagern zu identifizieren und wesentliche Optimierungsmaßnahmen vorzuschlagen. Ein Hochdruck-Experimentalsystem mit einer Nennlast von 120 MPa wurde aufgebaut. Langzeit-Wasserinjektions- und Entwässerungszyklustests wurden durchgeführt, gefolgt von Zerlegeinspektionen von fehlgeschlagenen Prototypen. Es wurde festgestellt, dass der Lagerabbau mehrere Versagensarten umfasste, darunter Bruch von Wälzkörpern, Käfigbruch, Emulsifizierung des Schmiermittels und dreidimensionaler eingeschlossener Abrasivverschleiß. Die kombinierten Auswirkungen von Schmiermittelabbau und partikulärer Kontamination führten hauptsächlich zu diesen Ausfällen. Vergleichstests wurden mit Keramiklagern, PEEK-Lagern und Kegelrollenlagern durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigten, dass das Kegelrollenlager eine überlegene Umweltanpassungsfähigkeit bei Schmierung mit Flugzeughydrauliköl Nr. 10 aufwies. Um die Systemleistung zu verbessern, wurden zwei ingenieurtechnische Maßnahmen vorgeschlagen: (1) die Verwendung von Schwerlast-Kegelrollenlagern zur Erhöhung der Tragfähigkeit und Lebensdauer; (2) die Zugabe von Molybdändisulfid (MoS₂) als Anti-Verschleiß-Zusatzstoffe zum Schmiermittel, um die Stabilität der Schmierung und die Verschleißfestigkeit zu verbessern. Die Validierungsergebnisse zeigten, dass der Prototyp nach der Optimierung unter 120 MPa-Bedingungen eine signifikant höhere mechanische Effizienz erreichte und der Lagerverschleiß erheblich reduziert wurde. Diese Erkenntnisse bieten theoretische Unterstützung und engineering-technische Anleitung für die Auswahl von Lagern und die Entwicklung von Schmierstrategien in Hochdruck-Tiefseehydrauliksystemen.