Zrozumienie korozji w maszynach wirujących
Korozja to stopniowe pogarszanie się stanu powierzchni metalowych poprzez reakcje elektrochemiczne lub chemiczne z otoczeniem, powodujące utratę materiału, chropowatość powierzchni, wżery, i osłabienie elementów mechanicznych. W maszynach wirujących atakuje wały, łożyska, koła zębate, obudowy i elementy konstrukcyjne, tworząc koncentracje naprężeń, które mogą inicjować zmęczenie pęknięcia, szorstkość powierzchni, która przyspiesza nosić, i - w ciężkich przypadkach - powodując bezpośrednie uszkodzenie konstrukcji poprzez utratę materiału nośnego. Korozja jest często traktowana jako powolny, długoterminowy mechanizm degradacji, ale może znacznie przyspieszyć awarię mechaniczną, dlatego musi być kontrolowana poprzez przemyślany dobór materiałów, powłok ochronnych, kontroli środowiska i środków smarnych hamujących korozję.
1. Definicja: Co to jest korozja?
Korozja polega na powrocie rafinowanego metalu do mniej energetycznego, bardziej stabilnego związku - zwykle tlenku, wodorotlenku lub soli. Większość korozji przemysłowej to elektrochemicznyWymaga to anody (gdzie metal się rozpuszcza), katody (gdzie zachodzi reakcja redukcji), metalicznej ścieżki między nimi i elektrolitu, takiego jak wilgoć, kondensat lub płyn procesowy. Usunięcie któregokolwiek z tych elementów powoduje zatrzymanie reakcji, co jest zasadą leżącą u podstaw niemal wszystkich poniższych strategii zapobiegania.
Korozja rzadko działa w pojedynkę. W urządzeniach obrotowych zwykle łączy się z obciążeniem mechanicznym, więc praktycznym zagrożeniem nie jest tylko utrata grubości ścianki, ale sposób, w jaki korozja się rozwija i zasila inne rodzaje uszkodzeń - pękanie zmęczeniowe, ścieranie, korozję i inne. nosić, utrata pasowania i uszkodzenie smaru. Wał, który straci kilka dziesiątych milimetra z powodu ogólnej rdzy, może pozostać nienaruszony, ale ten sam wał z pojedynczym ostrym wgłębieniem korozyjnym w rowku wpustowym może ulec katastrofalnej awarii.
2. Rodzaje korozji w maszynach
Jednolita (ogólna) korozja
- Wygląd: Równomierny atak powierzchniowy na całym odsłoniętym obszarze.
- Przykład: Rdzewienie niezabezpieczonych powierzchni ze stali węglowej.
- Wskaźnik: Przewidywalne, określone ilościowo jako straty materiału na rok (mils/rok lub mm/rok).
- Efekt: Stopniowa redukcja grubości ścianki i ogólny wzrost chropowatości powierzchni.
- Ryzyko: Najmniej niebezpieczna forma, ponieważ progresja jest widoczna i przewidywalna i może być zaprojektowana z naddatkiem na korozję.
Korozja wżerowa
- Wygląd: Miejscowy atak tworzący małe ubytki lub wgłębienia.
- Mechanizm: Przerwanie ochronnej warstwy pasywnej w określonych punktach, gdzie niewielka anoda powoduje głęboką, skoncentrowaną utratę metalu.
- Niebezpieczeństwo: Każde zagłębienie działa jak koncentracja naprężeń, która może zainicjować zmęczenie pęknięcie - o wiele bardziej szkodliwe niż sugeruje jego niewielka utracona objętość.
- Wspólne na: Stale nierdzewające i aluminium w środowiskach zawierających chlorki.
- Wykrywanie: Kontrola wzrokowa i testy wiroprądowe.
Korozja szczelinowa
- Lokalizacja: W szczelinach, pod uszczelkami i w połączeniach gwintowych.
- Mechanizm: Stojący roztwór uwięziony w szczelinie staje się ubogi w tlen i agresywny chemicznie.
- Ukryta natura: Często niewidoczne bez demontażu.
- Powszechne w: Kołnierze, pod O-ringami i przy korzeniach gwintów.
Korozja galwaniczna
- Przyczyna: Dwa różne metale w kontakcie elektrycznym z obecnym elektrolitem.
- Przykład: Stalowy wał pracujący w łożysku z brązu zanieczyszczonym wodą.
- Efekt: Bardziej anodowy (elektrochemicznie aktywny) metal koroduje preferencyjnie, podczas gdy metal szlachetniejszy jest chroniony.
- Zapobieganie: Odizoluj elektrycznie różne metale lub wybierz materiały, które znajdują się blisko siebie w szeregu galwanicznym.
Korozyjne pękanie naprężeniowe (SCC)
- Mechanizm: Długotrwałe naprężenia rozciągające w połączeniu ze specyficznym środowiskiem korozyjnym powodują wzrost pęknięć.
- Niebezpieczeństwo: Może spowodować nagłe, kruche uszkodzenie przy naprężeniach znacznie poniżej granicy plastyczności materiału.
- Typowe kombinacje: Stal nierdzewna z chlorkami; mosiądz z amoniakiem.
- Zapobieganie: Wybór materiału, usuwanie naprężeń i kontrola środowiska.
Korozja cierna
- Mechanizm: Mikroruchy i korozja w połączeniach wciskowych lub śrubowych, gdzie powtarzające się drobne poślizgi powodują zdzieranie i ponowne utlenianie powierzchni.
- Wygląd: Czerwonawo-brązowy tlenek żelaza (“kakao”) lub drobny czarny proszek.
- Efekt: Poluzowuje pasowania ciasne i uszkadza powierzchnie współpracujące.
- Powszechne w: Interfejsy łożysko-wał i pasowania skurczowe poddane działaniu wibracja.
3. Wpływ na elementy maszyn
Namiar
- Wżery powierzchniowe inicjują zmęczenie łuszczenie na bieżniach i elementach tocznych.
- Zanieczyszczenia korozyjne stają się trzecim ciałem ściernym wewnątrz łożyska.
- Produkty korozji zanieczyszczają smar i degradują film olejowy.
- Żywotność łożysk może zostać znacznie skrócona - możliwe są redukcje rzędu 50-90%.
Wały
- Wżery korozyjne działają jako miejsca inicjacji pęknięć zmęczeniowych, prekursorów pęknięć zmęczeniowych. pęknięty wirnik.
- Zmniejszenie przekroju zmniejsza efektywną średnicę i wytrzymałość.
- Chropowatość powierzchni pogarsza działanie łożysk i uszczelnień.
- Fretting na pasowaniach wciskowych powoduje poluzowanie zamontowanych komponentów i zmienia stan wyważenia wirnika’s.
Koła zębate
- Korozja powierzchni zębów przyspiesza zmęczenie stykowe (wżerowe).
- Zwiększona chropowatość powierzchni zwiększa hałas i straty związane z zazębianiem.
- Skorodowane boki słabo utrzymują smar, pogarszając cykl zużycia.
- Korozja zębów zmniejsza wytrzymałość na zginanie - patrz także wady przekładni.
Elementy konstrukcyjne
- Zmniejszona nośność spowodowana zmniejszeniem przekroju.
- Koncentracja naprężeń we wżerach korozyjnych.
- Pogorszony wygląd i zmniejszona ogólna niezawodność.
- Korozja śrub zakotwiczenia fundamentu, która powoduje mechaniczne rozluźnienie i zmiękcza sztywność podparcia.
4. Metody wykrywania
Kontrola wizualna
- Szukaj rdzy, przebarwień i wżerów.
- Sprawdź, czy nie ma produktów korozji - białych, zielonych lub czerwonych osadów.
- Sprawdzić elementy mocujące pod kątem rdzy lub uszkodzeń.
- Zwróć uwagę na wycieki na połączeniach, które są oznaką ukrytej korozji szczelinowej.
Analiza drgań
Korozja nie jest głównym generatorem niskich częstotliwości wibracja, ale jego mechaniczne konsekwencje są bardzo widoczne w programie monitorowania drgań:
- Skorodowane powierzchnie powodują szerokopasmowe drgania wysokofrekwencyjne.
- Wgłębienia tworzą sygnaturę uderzenia podobną do lokalnych uszkodzeń mechanicznych.
- Efekty wtórne mają największe znaczenie: pęknięcie zainicjowane korozją powoduje charakterystyczne 2× harmoniczna Postępujące pęknięcie wału i skorodowane łożyska wykazują klasyczne uszkodzenie łożyska częstotliwości.
Ponieważ objawy pojawiają się powoli, okresowo trendujące ogólnych poziomów i pasm częstotliwości łożyska jest praktycznym sposobem na wychwycenie uszkodzeń spowodowanych korozją, zanim się przyspieszą.
Badania nieniszczące
W przypadku podejrzenia korozji, badania nieniszczące określa ją bezpośrednio:
- Testy ultradźwiękowe: mierzy pozostałą grubość ścianki.
- Prąd wirowy: wykrywa korozję powierzchniową i wżery za pomocą sonda prądów wirowych.
- Cząstki magnetyczne: ujawnia pęknięcia powierzchniowe spowodowane korozją.
- Radiografia: wykazuje wewnętrzną korozję w niedostępnych obszarach.
Analiza oleju
Analiza oleju wychwytuje zmianę chemiczną, zanim zawodzą elementy mechaniczne:
- Wykrywanie zawartości wody (test Karla Fischera).
- Zanieczyszczenia korozyjne, takie jak kwasy i sole.
- Cząsteczki metalu uwalniane przez korozję.
- Testowanie pH w celu oznaczenia kwaśnych, sprzyjających korozji warunków.
5. Zapobieganie i kontrola
Wybór materiałów
- Stopy odporne na korozję: Stal nierdzewna, brąz, stopy specjalne do trudnych warunków
- Kompatybilność materiałowa: unikać połączeń galwanicznych lub izolować różne metale.
- Wybór klasy: Dopasowanie określonego stopu do określonego środowiska korozyjnego.
Powłoki ochronne
- Farba: Ochrona barierowa dla stali konstrukcyjnej.
- Platerowanie: Chrom, nikiel lub cynk dla powierzchni krytycznych.
- Galwanizacja: Powłoka cynkowa do zastosowań zewnętrznych lub mokrych.
- Powłoki specjalne: Epoksyd, ceramika, natrysk termiczny do trudnych warunków
Smarowanie
- Stosuj środki smarne zawierające inhibitory rdzy i korozji.
- Wyklucz wilgoć i zanieczyszczenia z systemu.
- Utrzymuje ciągłą warstwę oleju, która chroni powierzchnię - zob. smarowanie łożysk.
- Wymieniaj olej zgodnie z harmonogramem, aby usunąć nagromadzoną wodę i kwasy.
Kontrola środowiska
- Skuteczne uszczelnienie wykluczające wilgoć.
- Osuszanie zamkniętych urządzeń.
- Wentylacja zapobiegająca kondensacji.
- Obudowy do urządzeń zewnętrznych.
- Kontrola temperatury w celu uniknięcia powtarzających się cykli kondensacji.
Praktyki projektowe
- Unikaj szczelin, w których może ukrywać się korozja.
- Zapewnij drenaż, aby wilgoć nie mogła się gromadzić.
- Konstrukcja zapewniająca dostęp do czyszczenia i kontroli.
- Używaj anod protektorowych tam, gdzie ochrona katodowa jest odpowiednia.
6. Korozja i proces równoważenia
Korozja po cichu obniża jakość wyważenia. Materiał utracony z jednej strony wirnik, Osadzanie się produktu na skorodowanych łatach lub obciążnik równoważący, który pełznie po sfretowanym, poluzowanym pasowaniu, zmieniają rozkład masy i zwiększają 1×. brak równowagi odpowiedź. Z tego powodu wirnik, który uległ korozji podczas pracy, powinien zostać ponownie sprawdzony po czyszczeniu lub naprawie, a nie zakładać, że jest dobry. W terenie można to zrobić bez demontażu za pomocą przenośnego dwukanałowego analizatora, takiego jak Balans-1a, który mierzy 1× amplitudę i fazę we własnych łożyskach maszyny, pozwala skorygować nowe ciężkie miejsce i weryfikuje niewyważenie resztkowe z odpowiednią klasą ISO 21940-11. Połączenie kontroli wibracji z pomiarem grubości ścianek NDT daje pełny obraz zarówno mechanicznego, jak i strukturalnego stanu skorodowanego wirnika.
Korozja, choć jest przede wszystkim procesem chemicznym, ma poważne konsekwencje mechaniczne w maszynach wirujących. Jej rola w inicjowaniu pęknięć zmęczeniowych, przyspieszaniu zużycia i tworzeniu defektów powierzchni sprawia, że zapobieganie - poprzez odpowiedni dobór materiałów, środki ochronne i kontrolę środowiska - ma zasadnicze znaczenie dla długoterminowej niezawodności i bezpieczeństwa.
