Причины износа оборудования. Классификация видов разрушения деталей машин и их причины

ИЗНОС И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

 

Буровое и нефтепромысловое оборудование работает на от­крытом воздухе и подвержено всем вредным влияниям окру­жающей среды, а также кор­ро­зионному воздействию бурового раствора, соленой воды и нефти. Кроме того, узлы и детали оборудования испытывают динамические и вибрационные на­грузки, вызывающие интенсивный износ агрегатов.

Наблюдения за износом и повреждениями деталей машин при эксплуата­ции позволяют выделить пять основных видов разрушения деталей: 1) дефор­мацию и изломы (хрупкий из­лом, вязкий излом, остаточная деформация, усталостный из­лом, контактные усталостные повреждения); 2) механический износ (истирание металлических пар, абразивный износ); 3) эрозионно-кавита­цион­ные повреждения (жидкостная эрозия, кавитация, газовая эрозия); 4) кор­ро­зионные повреждения (ат­мосферная коррозия, коррозия в электролитах, газовая корро­зия); 5) коррозионно-механические повреждения (коррозион­ная усталость, коррозионное растрескивание, коррозия при трении).

Деформация и изломы возникают при чрезмерном увеличе­нии напряжения в материале детали, превосходящем предел текучести или предел прочности. Деформация материала со­провождается изменением формы и размеров детали.

Механический износ проявляется в результате взаимодей­ствия трущихся пар. В зависимости от природы трущихся пар и условий их взаимодействия различают износ металлических пар при трении качения или скольжения и абразивный износ. Интенсивность износа зависит от условий взаимодействия тру­щихся пар.

По характеру смазки различают три основных вида трения.

1. Жидкостное трение — трущиеся поверхности тел совер­шенно отделены друг от друга слоем смазки.

2. Трение при неполной или несовершенной смазке — тру­щиеся поверх­нос­ти частично соприкасаются своими выступами. Этот вид трения разделяется на три подвида:

а. полужидкостное трение, когда слой смазки недостаточно толст и проис­хо­дит частичное сухое трение (твердое трение);

б. полусухое трение, когда происходит трение твердых по­верхностей, на которых имеется некоторое количество смазки;

в. граничное или молекулярное трение, когда геометрическая форма тру­щих­ся тел правильная, а обработка поверхно­стей высокого класса чисто­ты, в результате чего между трущи­мися поверхностями образуется моле­ку­ляр­ная пленка смазки,

3. Сухое трение — трение металлических поверхностей без смазки.

Наименьший износ трущихся пар отмечается при жидкост­ном трении. Соп­ря­же­ния, работающие в условиях жидкостного трения, изнашиваются при пус­ке машины, перегрузках и при­менении несоответствующей смазки.

По условиям жидкостного трения рассчитывают подшипники скольжения валов, имеющих большую частоту вращения. Если вал находится в покое, то он касается поверхности подшипника. При вращении вал захватывает и увлекает в клинообразный зазор смазку, создавая разделяющую жидкостную пленку.

Во многих современных машинах осуществить жидкостное трение не удается, и в этих условиях происходят процессы су­хого и граничного трения. Поскольку эти два вида трения обус­ловлены взаимодействием неровностей поверхностей пар тре­ния, характер шероховатости оказывает существенное влияние на интенсивность износа материала. Очень гладкие поверх­ности склон­ны к возникновению узлов схватывания, вызванных молекулярными сила­ми. Следовательно, для обеспечения мак­симальной износостойкости необ­хо­ди­мо выбирать оптимальную шероховатость поверхности, при которой коэффициент трения будет наименьшим.

Абразивный износ проявляется в подвижных сопряжениях вследствие царапаю­щего и режущего действия твердых абра­зивных частиц. В результате абразивного износа детали машин интенсивно разрушаются.

Эрозионно-кавитационные повреждения деталей машин и оборудования возникают при действии на металл потоков жид­кости или газа, загрязненных механическими примесями и дви­жущихся с большой скоростью. На участках, где давление жид­кости падает ниже давления насыщенных паров, возникают пу­зырьки пара и воздуха. Исчезая с большой скоростью в зоне повышенного давления, они вызывают гидравлические удары о поверхность металла и его разрушение. С увеличением твер­дости поверхности интенсивность разрушения резко снижается.

Коррозия металлов и сплавов представляет собой процесс их разрушения вследствие химического и электрохимического воздействия внешней среды. По характеру внешней среды кор­розия разделяется на три основных вида: атмосферную, газо­вую и коррозию в электролитах.

Коррозионно-механические повреждения возникают под влиянием корро­зии и механических факторов (напряжений, де­формаций, трения и др.). Например, коррозионная усталость представляет собой процесс разрушения металлов и сплавов при одновременном воздействии коррозионной среды и цикли­ческих напряжений. Для повышения долговечности деталей, машин, работающих в условиях коррозионной усталости, необ­ходимо тщательно изолировать рабочую поверхность детали от коррозионной среды, снижая величину и цикличность напря­жений, действующих в поверхностных волокнах металла.

Из изложенного выше следует, что износ — это сложный и многообразный процесс Его можно уменьшить, но устранить полностью нельзя.

Все встречающиеся в машинах износы можно разделить на две группы: естественные и аварийные. Износы, медленно на­растающие и являющиеся следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур, кислот и щелочей при нормальных условиях эксплуатации, называются естествен­­ными. Аварийные износы возникают из-за грубых нарушений правил технического обслуживания и эксплуатации. Наиболее распространен механи­чес­кий износ. В работе каждой трущейся пары более или менее четко выделяются три периода: прира­ботка, период естественного износа, аварийный износ.

Период приработки характеризуется увеличением износа, который объяс­няет­ся сглаживанием неровностей сопрягаемых поверхностей до достижения стабильной шероховатости и по­стоянной площади контакта. Важно соблюдать нормальные ус­ловия приработки, так как это позволяет предотвратить преж­девременный выход оборудования из строя. Период естествен­ного износа характеризуется приблизительно постоянной ско­ростью изнашивания. Третий период характеризуется быстрым нарастанием износа, так как увеличение зазора в сопряжении приводит к работе с ударом между деталями, что вызывает по­вышенные пластические деформации материала. Эта зона из­носа называется аварийной, а износ носит название пре­дельного.

Если деталь достигла предельного износа, ее необходимо немедленно заменить новой или восстановить. В отличие от предельного износа в ремонт­ной практике различают допусти­мый износ, при котором деталь в процессе ремонта может быть оставлена в машине, если ее предельный износ наступит не раньше следующего ремонта.

Существует и выбраковочный износ, который определяет полную непри­год­ность детали к работе и восстановлению. Это относится к деталям, которые работали в зоне аварийного из­носа.

Нельзя доводить оборудование до аварийного износа. Его следует остано­вить до того, как износ станет предельным. Этого можно добиться только путем строгого соблюдения графиков технического обслуживания и ремонтов, в процессе которых по­лучают наиболее достоверные данные о величине износа.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: