Разбиране на корозията във въртящите се машини
Корозия е постепенното влошаване на металните повърхности чрез електрохимични или химични реакции с околната среда, което води до загуба на материал, грапавост на повърхността, хлъзгане, както и износването на механичните компоненти. При въртящите се машини то засяга валове, лагери, зъбни колела, корпуси и конструктивни елементи, като създава концентрации на напрежение, които могат да предизвикат умора пукнатини, грапави повърхности, които ускоряват износване, а в тежки случаи — води до пряко структурно разрушение в резултат на загуба на носещ материал. Често се разглежда като бавен, дългосрочен механизъм на разграждане, но може да ускори значително механичното разрушение, поради което трябва да се контролира чрез целенасочен подбор на материали, защитни покрития, контрол на околната среда и смазочни материали с инхибитори на корозията.
1. Определение: Какво е корозия?
В същността си корозията представлява превръщането на чист метал в съединение с по-ниска енергия и по-голяма стабилност — обикновено оксид, хидроксид или сол. Повечето случаи на индустриална корозия са electrochemical: необходими са анод (където металът се разтваря), катод (където протича реакция на редукция), метален път между тях и електролит, като например влага, кондензат или технологична течност. Ако се премахне някой от тези елементи, реакцията спира – това е принципът, на който се основават почти всички стратегии за предотвратяване, изброени по-долу.
Корозията рядко действа самостоятелно. При въртящото се оборудване тя обикновено се съчетава с механично натоварване, така че практическата опасност не се състои само в загубата на дебелина на стената, а в начина, по който корозията засява и подхранва други видове повреди — умора, абразивно износване износване, загуба на прилепване и разграждане на смазката. Вал, който е загубил няколко десети от милиметъра поради обща ръжда, може да не бъде засегнат, но същият вал с една-единствена остра корозионна ямка в канала за шпонка може да претърпи катастрофална повреда.
2. Видове корозия при машините
Униформена (обща) корозия
- Външен вид: Равномерно нанасяне по цялата открита повърхност.
- Пример: Ръждясване на незащитени повърхности от въглеродна стомана.
- Оценка: Предвидима, изразена като годишна загуба на материал (мили на година или мм/година).
- Ефект: Постепенно намаляване на дебелината на стената и общо увеличаване на грапавостта на повърхността.
- Риск: Най-безопасната форма, тъй като развитието на корозията е видимо и предвидимо и може да се предвиди чрез добавяне на резерв за корозия.
Точкова корозия
- Външен вид: Локално увреждане, което води до образуването на малки вдлъбнатини или дупчици.
- Механизъм: Разрушаване на защитния пасивен слой в определени точки, където малък анод предизвиква дълбока и концентрирана загуба на метал.
- Опасност: Всяка вдлъбнатина действа като място на концентрация на напрежение, което може да предизвика умора пукнатина — много по-опасна, отколкото би могло да се предположи от малкия ѝ размер.
- Common on: Неръждаеми стомани и алуминий в среди, съдържащи хлориди.
- Откриване: Визуален оглед и изпитване с вихрови токове.
Корозия в пукнатините
- местоположение: В пролуките, под уплътненията и в резбовите съединения.
- Механизъм: Застоялата течност, затворена в пукнатина, се лишава от кислород и става химически агресивна.
- Скрита природа: Често остава незабележимо, ако не се разглоби.
- Обикновено в: Фланци, под О-пръстените и в основата на резбата.
Галванична корозия
- Причина: Два различни метала, които са в електрически контакт при наличие на електролит.
- Пример: Стоманен вал, въртящ се в бронзов лагер, замърсен с вода.
- Ефект: По-анодният (електрохимично активен) метал се подлага на корозия в по-голяма степен, докато по-благородният метал остава защитен.
- Превенция: Изолирайте електрически несъвместимите метали или изберете материали, които са близо един до друг в галваничната верига.
Корозионно напукване под напрежение (SCC)
- Механизъм: Продължителното напрежение при опън, съчетано с определена корозивна среда, води до разрастване на пукнатините.
- Опасност: Може да доведе до внезапно разрушаване с характерни за крехкост признаци при натоварвания, значително по-ниски от границата на провлачване на материала.
- Често срещани комбинации: Неръждаема стомана с хлориди; месинг с амоняк.
- Превенция: Избор на материали, отстраняване на напреженията и контрол на условията на околната среда.
Корозия от триене
- Механизъм: Микродвижения и корозия при пресови съединения или болтови връзки, където повтарящото се леко приплъзване износва и реоксидира повърхността.
- Външен вид: Червеникаво-кафяв железен оксид („какао“) или фин черен прах.
- Ефект: Разхлабва пресовите съединения и поврежда съединителните повърхности.
- Обикновено в: Съединения между лагери и валове и термични съединения, подложени на вибрация.
3. Въздействие върху компонентите на машините
Лагери
- Появата на повърхностни вдлъбнатини води до умора на материала лющене върху водачи и търкалящи се елементи.
- Отпадъците от корозия се превръщат в абразивен материал от трето тяло вътре в лагера.
- Продуктите на корозията замърсяват смазочното средство и нарушават целостта на масления филм.
- Срокът на експлоатация на лагерите може да се съкрати драстично — възможно е той да се намали с 50–90 %.
Валове
- Корозионните ямки служат като места за възникване на умора на материала, което е предшественик на пукнат ротор.
- Загубата на сечение намалява ефективния диаметър и якостта.
- Неравностите по повърхността влошават работата на лагерите и уплътненията.
- Триенето при пресовото закрепване води до разхлабване на монтираните компоненти и нарушава баланса на ротора.
Зъбни колела
- Корозията по повърхността на зъбите ускорява умората от контакт (точечна корозия).
- Повишената грапавост на повърхността води до увеличаване на шума и загубите при зацепване.
- Корозиралите странични повърхности задържат лошо смазката, което ускорява износването.
- Корозията на зъбните корени намалява якостта на огъване — виж също дефекти на зъбните колела.
Структурни компоненти
- Намалена носеща способност вследствие на загуба на сечение.
- Концентрация на напрежението в корозионните ямки.
- Влошен външен вид и понижена обща надеждност.
- Корозия на анкерните болтове на фундамента, която води до механични разхлабеност и намалява твърдостта на опората.
4. Методи за откриване
Визуална проверка
- Проверете за ръжда, промяна в цвета и питинг.
- Проверете за следи от корозия — бели, зелени или червени отлагания.
- Проверете крепежните елементи за ръжда или износване.
- Обръщайте внимание на просмукването по съединенията – това е признак за скрита пукнатинна корозия.
Анализ на вибрациите
Корозията не е основен източник на нискочестотни вибрация, но механичните последствия от това са много добре забележими за програмата за анализ на вибрациите:
- Повърхностите, грапави в резултат на корозия, предизвикват широколентови високочестотни вибрации.
- Вдлъбнатините създават следи от удари, подобни на локализирани механични дефекти.
- Най-важни са вторичните ефекти: пукнатината, предизвикана от корозия, води до характерния 2× harmonic разширяването на напукания вал и корозиралите лагери са класически признаци дефект на лагера frequencies.
Тъй като симптомите се проявяват постепенно, периодично актуални Наблюдението на общите нива и честотните диапазони на шума е най-ефективният начин да се открият повреди, причинени от корозия, преди те да се ускорят.
Неразрушителен контрол
Когато има подозрение за корозия, неразрушителни изпитвания го изразява количествено по следния начин:
- Ултразвуково изпитване: измерва оставащата дебелина на стената.
- Вихрови токове: открива повърхностна корозия и питинг чрез сонда с вихрови токове.
- Магнитна частица: разкрива повърхностни пукнатини, причинени от корозия.
- Рентгенография: показва вътрешна корозия в труднодостъпни места.
Анализ на маслото
Анализ на маслото улавя химията, преди механиката да се провали:
- Определяне на водното съдържание (метод на Карл Фишер).
- Корозивни замърсители като киселини и соли.
- Метални частици, отделени в резултат на корозия.
- Измерване на рН за установяване на киселинни условия, благоприятстващи корозията.
5. Превенция и контрол
Избор на материал
- Устойчиви на корозия сплави: Неръждаема стомана, бронз, специални сплави за тежки условия
- Съвместимост на материалите: избягвайте галваничните двойки или изолирайте разнородните метали.
- Избор на клас: да подберете подходящата сплав за конкретната корозивна среда.
Защитни покрития
- Боя: защита срещу корозия за конструкционна стомана.
- Покритие: хром, никел или цинк за повърхности с високи изисквания.
- Galvanising: цинково покритие за външна употреба или при влажни условия.
- Специални покрития: Епоксидно, керамично, термично пръскане за тежки условия
Смазване
- Използвайте смазочни материали, съдържащи инхибитори на ръждата и корозията.
- Предотвратете попадането на влага и замърсители в системата.
- Поддържайте непрекъснат маслен филм, който предпазва повърхността — вижте смазване на лагерите.
- Сменяйте маслото според графика, за да отстраните натрупаната вода и киселини.
Контрол на околната среда
- Ефективно уплътнение за предпазване от влага.
- Осушаване на затворено оборудване.
- Вентилация за предотвратяване на образуването на конденз.
- Корпуси за външно оборудване.
- Регулиране на температурата за предотвратяване на повтарящи се цикли на кондензация.
Дизайнерски практики
- Избягвайте пукнатините, където корозията може да се натрупва и да се концентрира.
- Осигурете отводняване, за да не се събира влага.
- Проектиране, позволяващо достъп за почистване и проверка.
- Използвайте жертвени аноди, когато е подходящо да се приложи катодна защита.
6. Корозията и работният процес по балансиране
Корозията незабележимо влошава качеството на баланса. Материалът, изгубен от едната страна на ротор, натрупването на остатъци от продукта върху корозирали участъци или балансиращо тегло, което се измества при изтъркано и разхлабено закрепване – всичко това променя разпределението на масата и увеличава 1× дисбаланс реакция. Поради тази причина ротор, който е бил подложен на корозия по време на експлоатация, трябва да бъде проверен отново след почистване или ремонт, вместо да се приема, че е в изправно състояние. На място това се извършва без разглобяване с помощта на преносим двуканален анализатор, като например Балансет-1а, която измерва амплитудата и фазата в лагерите на самата машина, ви позволява да коригирате новото място с неравномерно натоварване и проверява остатъчен дисбаланс в съответствие със съответния клас по ISO 21940-11. Комбинирането на тази вибрационна проверка с неразрушително измерване на дебелината на стените дава пълна представа както за механичното, така и за структурното състояние на корозирал ротор.
Корозията, макар и предимно химичен процес, има сериозни механични последствия при въртящите се машини. Ролята ѝ в появата на умора на материала, ускоряването на износването и образуването на повърхностни дефекти е това, което прави превенцията — чрез подходящ подбор на материали, защитни мерки и контрол на околната среда — от съществено значение за дългосрочната надеждност и безопасност.
