Estudio sobre el mecanismo de fallo y medidas de mejora de los rodamientos en la bomba de agua de mar de ultra-alta presión a profundidad total

Resumen Bajo condiciones de presión ultra-alta a profundidad total del océano, los rodamientos de las bombas de agua de mar a menudo están sujetos a condiciones de estrés acopladas, incluyendo alta presión externa, emulsificación de aceite y agua, y cargas altas sostenidas. La falla temprana tiende a ocurrir, lo que compromete severamente la estabilidad y fiabilidad del sistema. Este estudio se centra en identificar los mecanismos de fallo típicos de los rodamientos y proponer medidas clave de optimización. Se construyó un sistema experimental de alta presión clasificado en 120 MPa. Se realizaron pruebas de inyección y drenaje de agua a largo plazo, seguidas de inspecciones de desmontaje de prototipos fallidos. Se encontró que la degradación del rodamiento involucraba múltiples modos de fallo, incluyendo fractura del elemento rodante, ruptura de la jaula, emulsificación del lubricante y desgaste abrasivo tridimensional incrustado. Los efectos combinados de la degradación del lubricante y la contaminación por partículas causaron principalmente estos fallos. Se realizaron pruebas comparativas en rodamientos de cerámica, rodamientos de PEEK y rodamientos de rodillo cónico. Los resultados confirmaron que el rodamiento de rodillo cónico exhibió una adaptabilidad ambiental superior bajo lubricación con aceite hidráulico de aviación No. 10. Para mejorar el rendimiento del sistema, se propusieron dos medidas de ingeniería: (1) el uso de rodamientos de rodillo cónico de alta carga para aumentar la capacidad de carga y la vida por fatiga; (2) la adición de aditivos anti-desgaste de disulfuro de molibdeno (MoS₂) al lubricante para mejorar la estabilidad de lubricación y la resistencia al desgaste. Los resultados de validación mostraron que, después de la optimización, el prototipo logró una eficiencia mecánica significativamente más alta bajo condiciones de 120 MPa, y el desgaste del rodamiento se redujo sustancialmente. Estos hallazgos proporcionan apoyo teórico y guía de ingeniería para la selección de rodamientos y el desarrollo de estrategias de lubricación en sistemas hidráulicos de alta presión y profundidades oceánicas.