Розуміння точкової корозивості в підшипниках та шестернях
Піттинг — це утворення невеликих поглиблень, кратерів або вм’ятин на робочій поверхні доріжок кочення, елементів кочення або зубців шестерні. Це явище виникає внаслідок двох цілком різних механізмів: втомна точкова корозія, початкова стадія втомної руйнування при ковзаючому контакті, та корозійні точкові утворення, що є наслідком електрохімічного впливу, який призводить до зношування матеріалу з поверхні. У підшипниках кочення піттинг зазвичай розглядають як ранню або легку форму відколювання; у зубчастих передачах це визнається окремим видом відмов, відмінним від руйнування зубців або загального gear wear.
Незалежно від причини, утворення ямок призводить до нерівностей поверхні та концентрації напружень, що спричиняє вібрація та шум. Якщо не вжити заходів, окрема ямка стає місцем виникнення тріщини, ямки зливаються у більші відколи, і деталь наближається до виходу з ладу. Вчасно виявити проблему — поки пошкодження ще незначні, а процес протікає повільно — і є головною метою моніторингу.
1. Види точкової корозії
Втома (механічна)
Втомні язви виникають внаслідок багаторазового контакту з поверхнею кочення та циклічного внутрішньооб'ємні напруження яке воно накладає. Воно проявляється у двох масштабах:
- Micropitting: дуже дрібні ямки діаметром приблизно 10–50 мікрометрів, що надають поверхні матово-сірого відтінку і ледь помітні неозброєним оком. Це явище зосереджується в зонах високих навантажень і часто зустрічається на зубчастих колесах, що працюють під тонкою мастильною плівкою, а також у високошвидкісних підшипниках. Залежно від умов воно може стабілізуватися або перерости в макропіттинг.
- Макропіттинг (початковий піттинг): чітко помітні кратери діаметром приблизно 1–5 мм і глибиною 0,1–0,5 мм, що утворюються, коли підповерхнева втомна тріщина поширюється до поверхні й відриває від неї шматочок. Зазвичай вона переростає у більші відколи, і для прогресування до руйнування може знадобитися від кількох місяців до кількох років — саме цей проміжок часу і використовується в моніторингу стану.
Точкова корозія (хімічна)
Точкове корозійне руйнування виникає внаслідок електрохімічного впливу, а не під дією навантаження. Волога, кислоти або технологічні хімікати, що контактують із поверхнею, утворюють неглибокі ямки рудого кольору, часто заповнені продуктами корозії. На відміну від втомного точкового руйнування, воно, як правило, має поширений характер, а не обмежується зоною навантаження, і хоча зазвичай починається на меншій глибині, ніж втомна ямка, кожна порожнина діє як осередок концентрації напружень, що згодом стає джерелом втомного руйнування. Ефективне ущільнення та мастильні матеріали з інгібіторами корозії є першою лінією захисту.
Електрохімічна корозія
Електрохімічне піттингування виникає внаслідок проходження струму через підшипник і утворення електричної дуги на масляній плівці, що призводить до плавлення дрібних кратерів. Класичною ознакою є кратери, розташовані на невеликій відстані один від одного у вигляді рівномірних смуг — візерунок, схожий на пральну дошку або гофровану поверхню. Це явище часто зустрічається в двигунах, що живляться від частотно-регульованих приводів (ЧРП) з неналежним заземленням вала; саме ця причина лежить в основі багатьох електричні несправності, і зазвичай його можна впізнати за характерним рівномірним візерунком при огляді.
2. Методи виявлення
Аналіз вібрації
Утворення піттингу супроводжується характерним розвитком вібрації. На початковій стадії це проявляється невеликим посиленням високочастотної вібрації; у міру зростання дефектів — дискретними частоти несправностей підшипників appear — БПФО, БПФІ або ЧСФ залежно від того, яка поверхня пошкоджена — при цьому їхня амплітуда та кількість гармонік зростають. Аналіз обвідної є найефективнішим засобом виявлення піттингу на ранніх стадіях, оскільки дозволяє виділити слабкі повторювані удари з широкосмугового фону задовго до того, як вони стануть домінуючими у звичайному спектр.
Візуальний огляд
Для безпосереднього огляду необхідний демонтаж обладнання або використання ендоскопа. Інспектор виявляє матові сірі ділянки (мікропіттинг) або видимі кратери (макропіттинг), підраховує кількість і вимірює розміри ямок для оцінки ступеня пошкодження, а також фотографує їх для документації та аналізу динаміки під час наступних перевірок.
Аналіз нафти
Частинки зношеного металу в oil sample виявляє активне зношування матеріалу. За допомогою ферографії можна відрізнити морфологію частинок, що утворюються в результаті точкового корозії, від морфології частинок, що утворюються в результаті звичайного зносу, а зростання концентрації частинок свідчить про те, що пошкодження прогресує, а не перебуває у стабільному стані.
Ультразвуковий контроль
Шорсткість поверхні, спричинена точковим корозійним пошкодженням, призводить до ultrasonic викидів, а портативні детектори можуть відстежувати це неінвазивним способом. Ультразвук часто сигналізує про проблеми ще до того, як симптоми вібрації стають очевидними, що робить його корисним доповненням до спектрального моніторингу.
3. Причини та профілактика
Втомне виколювання
- Відповідна номінальна навантаження підшипника: виберіть підшипник, термін служби якого за показником L10 значно перевищує необхідний термін експлуатації.
- Правильне змащування: підтримувати оптимальну товщину плівки (коефіцієнт лямбда не менше ніж приблизно 3), щоб нерівності не стикалися між собою.
- Чистота: запобігати забрудненню, яке призводить до вм'ятин на поверхні та утворення осередків концентрації напружень.
- Вирівнювання: уникати перевантаження країв, спричиненого невідповідність.
- Керування навантаженням: не допускати перевантаження — термін служби підшипників кочення зменшується приблизно пропорційно кубу навантаження.
Точкова корозія
- Ефективне ущільнення: не допускайте потрапляння вологи в порожнину підшипника.
- Відповідна мастильна речовина: використовувати суміші з інгібіторами корозії.
- Корозієстійкі матеріали: визначте підшипники з нержавіючої сталі для роботи у вологому середовищі.
- Захист під час зберігання: захищайте запасні підшипники від вологи.
- Запобігання утворенню конденсату: уникайте термічних циклів, які призводять до утворення конденсату всередині корпусу.
Електрохімічна корозія
Профілактика полягає у запобіганні потраплянню струму в підшипник: належне заземлення вала в двигунах із частотно-регульованим приводом, ізольований підшипник на одному кінці машини, керамічні (непровідні) елементи кочення, а також загальні заходи щодо усунення або мінімізації струми в підшипниках.
4. Точкова корозія на зубцях шестерень
На зубцях шестерні піттинг має свої особливості. Він виникає на бокових поверхнях зубців у зоні контакту, зосереджуючись поблизу лінії поділу, де поєднання кочення та ковзання призводить до максимального контактного напруження. Пошкодження проявляється у вигляді підвищеної вібрації на частота зачеплення зубчастих коліс, часто в оточенні бічні смуги розташовані з інтервалом, що відповідає робочій швидкості вала, а також супроводжуються чутними змінами тону та видимими ямками на боковинах зубців. Незначна кількість так званих «початкових» ямок може бути прийнятною в деяких конструкціях і навіть стабілізуватися в міру притирання поверхонь, однак надмірна кількість ямок зменшує несучу площу і, зрештою, призводить до руйнування зубців. Моніторинг частоти зачеплення та її бічних смуг, поряд із періодичним оглядом боковин, є стандартною процедурою виявлення для широкого сімейства дефекти шестерень.
5. Оцінка тяжкості та прийняття рішень
Що стосується підшипників, ступінь серйозності зазвичай оцінюють за тим, яка частина зони навантаження зазнала пошкодження:
- Початковий: кілька розкиданих мікропоглиблень, що займають приблизно 5 % зони навантаження.
- Світло: видимі язви на площі, що становить приблизно 5–25 % площі зони навантаження.
- Помірний: значне точкове корозійне пошкодження, що охоплює 25–50 % поверхні, яке починає зливатися.
- Сильний: пошкодження понад 50 % з поєднанням ямок у відколи — негайна заміна.
Ці ступені відповідають конкретним заходам. При початковій або незначній корозії деталі можна продовжувати експлуатувати під наглядом; помірна корозія вимагає планової заміни протягом одного-трьох місяців; при сильній корозії деталі слід замінити при першій же нагоді; а швидке прогресування корозії, що супроводжується сильною вібрацією або підвищенням температури, вимагає аварійне відключення. Налаштування розумного будильника та рівні відключення на цих етапах, а також відстеження тренд згодом перетворює необроблені дані вимірювань на рішення щодо технічного обслуговування.
6. Де застосовується пітінг і як допомагає балансування
Точкова корозія є важливою проміжною стадією руйнування деталей — вона є серйознішою за загальний знос поверхні, проте її часто можна усунути, якщо вчасно виявити. Крім того, вона рідко виникає самостійно: навантаження на кромки внаслідок неправильного вирівнювання або збудження резонанс прискорює втомлення, так само як і підвищене динамічне навантаження на підшипники, що виникає через обертання ротора дисбаланс. Тому забезпечення належного балансування ротора є одним із заходів запобігання передчасному утворенню язв, і портативний двоканальний аналізатор, такий як Балансет-1а заслуговує на це вдвічі: він працює конверт а також спектральну діагностику для виявлення на ранніх стадіях утворення ямок на підшипниках і зубчастих колесах у польових умовах, а також виконує балансування поля що знижує напруження при контакті з поверхнею, які спричиняють пошкодження. У поєднанні з належним змащуванням, герметизацією та вирівнюванням така комбінація дозволяє команді своєчасно виявляти точкову корозію та вживати заходів за власним графіком, задовго до того, як ситуація переросте у катастрофічне відшарування.
