ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ МАШИН и оборудования
Основные причины неисправностей компрессоров
Основными причинами неисправностей [*] (отказов) компрессоров являются: 1) дефекты (погрешности) механической обработки деталей и сборки компрессора и 2) дефекты, возникающие в процессе эксплуатации.
Первая причина в свою очередь сама является следствием (вот такая «диалектика» получается! … такая «причинно-следственная связь» понимаешь ли…) отклонений от технических условий, регламентирующих качество изготовления компрессора, т. е., попросту говоря, - следствием недостаточного технического уровня и низкой культуры производства. Последствия таких отклонений проявляются двояко:
· во-первых, если отклонения от технических условий на изготовление компрессора превышают «допустимые», то возможна авария при первых же пусках компрессора (что, в принципе и не плохо, если компрессор гарантийный);
· во-вторых, если даже отклонения от технических условий на изготовление компрессора находятся в «допустимых пределах», то все равно это может способствовать интенсификации развития дефектов в процессе эксплуатации.
|
|
Следует отметить, что говорить о «допустимых» отклонениях в принципе не верно, поскольку, все, что укладывается в «допуск» по определению не является отклонением. Очевидно, здесь во втором случае правильнее было бы говорить о «незначительных» отклонениях, в противоположность «существенным» отклонениям в первом случае.
Основной причиной дефектов, возникающих в процессе эксплуатации, является потеря работоспособности составных частей компрессора при превышении их предельного износа. При длительной работе любой машины даже при нормальных условиях эксплуатации и соблюдении правил технического обслуживания ее составные части изнашиваются.
Виды изнашивания и методы их определения
Изнашивание [†] представляет собой процесс отделения материала с поверхности твердого тела и увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела (ГОСТ 27674—88 Обеспечение износостойкости изделий).
Износ есть результат изнашивания, определенный в единицах длины, объема, массы и др.
Износостойкость – свойство материалов оказывать сопротивление изнашиванию; оценивается величиной обратной скорости или интенсивности изнашивания. Износостойкость проявляется по-разному в зависимости от условий трения и вида изнашивания.
Скорость и интенсивность изнашивания зависят от физико-химических свойств материалов поверхностей трения, шероховатости, отклонения от заданной формы поверхностей (овальность, конусность и т. п.), отклонений взаимного расположения поверхностей (отклонение от параллельности, перекос и т. п.), частого и разного изменения скорости относительного движения и нагрузки сопряженных деталей и в большей степени от качества смазывания (несоответствующий смазочный материал, его загрязнение, недостаточное смазывание). Изнашивание сопряженных деталей является причиной 85% отказов компрессорного оборудования. Свыше 70% затрат на ремонт поршневых компрессоров связано с износом поршней и цилиндров. Процессы изнашивания рабочих поверхностей деталей и рабочих органов машин достаточно подробно исследованы и даже классифицированы [7].
|
|
Изнашивание по характеру воздействия на поверхность трения и протекающих на ней процессов при эксплуатации оборудования принято подразделять на следующие виды:
v механическое изнашивание, к которому относятся:
ü абразивное;
ü гидроабразивное (газоабразивное);
ü эрозионное;
ü гидроэрозионное (газоэрозионное);
ü кавитационное;
ü усталостное;
ü изнашивание при фреттинге;
ü изнашивание при заедании;
v коррозионно-механическое изнашивание:
ü водородное;
ü изнашивание при фреттинг-корозии;
ü окислительное;
ü электроэрозионное.
Механическое изнашивание происходит в результате любых механических взаимодействий на поверхности трения. Возможно изменение размеров или формы деталей в результате пластической деформации их микрообъемов. Изнашиванию этого вида чаще всего подвержены зубья шестерен, шпонки, шлицы, штифты, упоры, резьбовые соединения, вкладыши, баббитовые слои.
Коррозионно-механическое изнашивание происходит в результате механического взаимодействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим взаимодействием материала со средой. При изнашивании указанного вида часто наблюдается разрушение рабочих поверхностей вследствие выкрашивания вновь образуемых структур. Выкрашивание происходит в результате физико-химических изменений, протекающих на поверхностях трения, образования и интенсивного разрушения новых структур. Примером таких структур являются отбеленные слои на поверхностях чугунных деталей, формирующиеся в процессе работы. Изнашивание этого вида характерно для таких деталей компрессоров, как коленчатые валы (шейки), баббитовые вкладыши шатунов, поршневые кольца, гильзы цилиндров.
Абразивное изнашивание происходит в результате режущего или царапающего действия твердых частиц, взаимодействующих с поверхностью детали. Интенсивному абразивному изнашиванию подвергаются цилиндры (гильзы цилиндров), поршневые кольца, клапаны, подшипники и другие детали воздушных компрессоров, работающих в условиях запыленной атмосферы.
Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность детали потока жидкости (гидроэрозионное) или газа (газоэрозионное). Газоэрозионному изнашиванию подвергаются детали газовых трактов (проточной части) компрессорных машин. Поверхности изнашиваются в результате воздействия потока газа, даже если газ совсем не содержит или содержит малое количество абразивных частиц. В противном случае – если газ сильно загрязнен твердыми частицами, развивается процесс газоабразивного изнашивания, протекающий при совместном динамическом воздействии на поверхность деталей и потока газа и твердых частиц, увлекаемых потоком газа.
Кавитационное изнашивание возникает, если при движении жидкости относительно тела в ней нарушается сплошность – образуются пузырьки, которые «захлопываются» вблизи поверхности тела, ударно воздействуя на нее.
|
|
Усталостное изнашивание характеризуется усталостным разрушением поверхностного слоя при многократном его деформировании при трении.
Изнашиваниепри заедании является результатом схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности трения на другую.
Изнашиваниепри фреттинге и фреттинг-коррозии имеет место при малых относительных колебательных перемещениях сопрягаемых деталей и различается степенью воздействия окружающей среды.
Электроэрозионное изнашивание обусловлено воздействием электрического тока, проходящего через поверхность контакта деталей.
Водородное изнашивание возникает при концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся деталей.
При окислительном изнашивании преобладает химическая реакция материала детали с кислородом или окисляющей окружающей средой. На соприкасающихся поверхностях образуются пленки окислов, которые в процессе трения разрушаются и вновь образуются; продукты изнашивания состоят из окислов. От других видов изнашивания оно отличается отсутствием агрессивной среды, протекает при нормальных и повышенных температурах при трении без смазочного материала или при недостаточном его количестве. Одним из видов борьбы с окислительным изнашиванием является создание поверхностей трения с высокой твердостью.
Один из эффективных методов борьбы с изнашиванием основан на эффекте избирательного переноса материала. Перенос материала — явление при трении твердых тел, состоящее в том, что материал одного тела соединяется с другим и, отрываясь от первого, остается на поверхности второго. Использование этого эффекта позволяет преодолеть ограниченность ресурса поверхностей трения деталей машин и снизить потери на трение.
В узлах трения компрессора бытового (домашнего) холодильника медная пленка в паре трения сталь-сталь возникает в результате постепенного растворения медных трубок охладителя компрессора. Ионы меди, поступая в масляно-фреоновую смесь, движутся в зону контакта, где формируется защитная медная пленка. Во многом именно по этой причине компрессоры бытовых холодильников могут работать без ремонта десятки лет.
|
|
Кинетика изнашивания характеризуется диаграммой износ-время. Эта диаграмма в зависимости от вида изнашивания, режимов и условий работы трущихся материалов может иметь различный характер. Традиционная диаграмма (см. рис. 1.0) содержит три участка: участок приработки деталей, участок установившегося изнашивания, участок катастрофического изнашивания.
Количественно процесс изнашивания оценивается скоростью изнашивания – отношением износа к интервалу времени, в течение которого он возник; или интенсивностью изнашивания – отношением износа к пути, пройденному точками контакта изнашиваемых поверхностей.
Испытания на изнашивание подразделяют на лабораторные, стендовые, полигонные, эксплуатационные. Схемы лабораторных испытаний разнообразны и моделируют режимы реальной эксплуатации узлов и деталей трения. Для оценки состояния трибосопряжения и прогнозирования остаточного ресурса необходимо уметь определить вид изнашивания и скорость протекания данного вида изнашивания.
Для оценки износа трибосопряжения в условиях эксплуатации используют методы[‡] анализа состояния смазочного материала (проб масла) и наличия в нем продуктов износа. Существует ряд методов обнаружения, количественного и качественного анализа продуктов износа в смазочном материале. Электростатический метод контроля частиц применяют для диагностики дефектов деталей газовоздушного тракта (проточной части), вызванных пригаром, коррозией, касанием лопаток ротора о статор. Метод основан на измерении газостатических разрядов частиц износа (размером от 20 до 2000 мкм), выносимых с поверхности поврежденных деталей потоком газа.
Для определения содержания и контроля металлов в смазочном материале нашли применение методы рентгено-флюоресцентного и радиометрического анализов, атомно-эмиссионного спектрального анализа, спектрометрия высокочастотного индукционного аргонового плазменного источника*.
Для регистрации ферромагнитных частиц износа и выявления тренда изнашивания используют вихретоковые и магнитно-индуктивные датчики*.
Для дистанционного измерения и контроля износа и коррозии используют метод поверхностной или тонкослойной активации*. Метод основан на облучении поверхности изделия и измерении интенсивности излучения образованной радионуклидной метки. Изменение интенсивности излучения переводится в характеристики уноса вещества по градуировочной кривой. Дистанционный контроль проводится в широких пределах от десятых долей микрометра до нескольких миллиметров с точностью 5…15% для любого количества участков и по любой временной программе. Методика безопасна и экологически чиста. Метод поверхностной активации применяют:
§ для диагностирования износа деталей машинного оборудования (двигателей, компрессоров, насосов, зубчатых передач и др.);
§ для диагностирования коррозии трубопроводов, арматуры, сосудов, резервуаров и др.;
§ для оценки содержания продуктов износа в смазочных материалах.
Для оценки износа деталей и узлов трения машинного оборудования широкое применение нашла вибродиагностика[§].