Практическое занятие №15. Диагностика валов насосных агрегатов Цель работы: Изучение причин возникновения дефектов валов насосных агрегатов и способов диагностики. Теоретические сведения Валы насосных агрегатов при эксплуатации подвергаются основной нагрузке, возникающей при передаче крутящего момента от привода насоса к его рабочему колесу, а также испытывают воздействие изгибающего момента, осевой нагрузки и вибрации. Разрушение вала в процессе работы машины приводит, в первую очередь, к выходу из строя подшипниковых узлов, торцовых уплотнений, соединительной муфты, и, как результат, к поломке насосного агрегата в целом. Более того, разрушение вала является причиной возникновения возгораний и пожаров в помещении насосного цеха. Причинами разрушения валов являются: наличие дефектов металлургического характера; растягивающие остаточные напряжения; высокие локальные напряжения в отдельных участках вала; неоптимальность радиусного перехода между стенками и дном шпоночной канавки; дефекты, возникающие при ремонте валов и пр. Многие дефекты возникают по причине образования усталостных микротрещин. Причинами их появления, в основном, являются дефекты металлургического характера (дефекты прутков), поверхностные или внутренние с выходом на поверхность, а также дефекты, возникающие при изготовлении валов. Эти дефекты называются поверхностнми. Причинами возникновения усталостных трещин могут быть также концентраторы напряжений в углах шпоночных пазов. Наиболее опасными местами, с точки зрения возникновения усталостных трещин, являются шпоночные пазы в местах посадки рабочего колеса и под муфтой. Разрушение вала насоса может также произойти под рабочим колесом под действием циклических нагрузок. Трещины развиваются под действием малоамплитудных высокочастотных циклических изгибных нагрузок. Анализ данных по обнаруженным дефектам валов позволяет разделить их на несколько категорий. Основными по количеству дефектами являются: риски и забоины, уголковые трещины и локальные растрескивания ведущей боковой стенки паза связаны с применением прямоугольных шпонок. Другой значительный массив дефектов – это нарушения конструкции и технологии вала, в частности это наварка слоя металла на конусную часть вала перед механической обработкой (сварка без рентгеновского и УЗК контроля может привести Практическое занятие №15 Диагностика валов насосных агрегатов Стр. 1 к возникновению внутренних, не обнаруженных при визуальном контроле, дефектов), забоины на конусной поверхности и сверление не предусмотренных чертежом отверстий. Эксплуатационные дефекты валов носят усталостный характер, развитие их идет спокойно и довольно длительно из-за малых напряжений, действующих на вал во время его установившегося режима работы. Развиваются они, в основном, в плоскостях, перпендикулярных к оси вала, отклонения от этих направлений развития обычно наблюдается в начальный период возникновения и развития усталостных трещин от углов шпоночных пазов. Все это говорит о контроле пригодности валов во время эксплуатации применительно к ультразвуковому контролю, вихретоковому и магнитопорошковому. Используя поперечные ультразвуковые волны, можно контролировать резьбовые участки, а также определять глубину и протяженность развивающихся трещин от углов шпоночных пазов. Начальные моменты возникновения и развития усталостных трещин от углов шпоночных пазов контролировать с использованием ультразвукового метода – затруднительно, но эти моменты очень хорошо регистрируются с помощью вихретокового и магнитопорошкового метода с использованием локального намагничивания. На контроль валы должны поступать в полностью разобранном виде, очищенные от смазок, нефти, грязи и т.п. Все это возможно при проведении профилактических и ремонтных работ с насосными агрегатами. Способы обнаружения дефектов приведены в табл. 1 Таблица 1. Способы обнаружения дефектов в валах магистральных насосных агрегатах Вид дефекта Риски и забоины на цилиндрической поверхности вала, а также в шпоночных пазах Трещины на поверхностях большой кривизны в углу между стенкой и дном шпоночного паза, в резьбах Подповерхностные металлургические дефекты Способ обнаружения Визуальный Оборудование Визуальный Магнитный Вихретоковый Лупа с увеличением х3-5; бинокулярная лупа с увеличением х10-20 Лупы Магнитные дефектоскопы Вихретоковые дефектоскопы Ультразвуковой Ультразвуковые дефектоскопы Неразрушающий контроль валов насосов должен проводиться: до начала монтажа вала и его эксплуатации в составе насоса (входной контроль); после наработки от 12 до 16 тыс. ч в зависимости от мощности и количества пусков насоса (первичный контроль); после наработки от 8 до 12 тыс. ч со времени первичного контроля (вторичный контроль); после наработки от 4 до 10 тыс. ч со времени предыдущего контроля (последующий плановый контроль); Практическое занятие №15 Диагностика валов насосных агрегатов Стр. 2 при подозрении на дефект (аварийный контроль). НК валов проводится несколькими методами в следующей последовательности: визуальный контроль – вихретоковый контроль – ультразвуковой контроль – магнитопорошковый контроль. Визуальный контроль (ВК) проводится на начальном этапе при приобретении или монтаже нового или отремонтированного вала с применением оптических приборов (лупа, увеличительное стекло и пр.) или невооруженным глазом. Выявляются поверхностные дефекты. Визуальный контроль осуществляется перед проведением любых видов контроля. Все поверхности вала необходимо очистить от смазки, грязи и ржавчины. Контроль проводят с помощью оптических приборов. Необходимо тщательно исследовать все поверхности вала. Особое внимание следует уделять поверхностям, имеющим шпоночные пазы, проточки, резьбы, т.е. местам с наибольшей концентрацией напряжений и наиболее подверженным возникновению дефектов. Цель контроля – выявление поверхностных дефектов и обследование зон возможного нахождения подповерхностных и внутренних дефектов по внешним признакам. Все обнаруженные дефекты помечаются быстросохнущей краской для более углубленного исследования вихретоковым, ультразвуковым и магнитопорошковым методами. При визуальном контроле невооруженным глазом, а также с помощью оптических средств выявляются в основном крупные трещины, задиры, забоины, следы коррозии и т.д. Вихретоковый контроль (ВТК) проводится после ВК с целью поиска поверхностных и подповерхностных дефектов в районах шпоночных пазов, проточек, резьбы. ВТК может проводиться и на других участках вала, при этом выявляются поверхностные и подповерхностные дефекты. Данный вид дефектоскопии при входном контроле нового вала можно не проводить. Ультразвуковой контроль (УЗК) проводится с целью выявления внутренних и подповерхностных дефектов вала по всей длине при входном контроле или в наиболее опасных сечениях при проведении первичного, вторичного и последующего; (планового) контроля. С помощью УЗК проводится наиболее полное исследование поверхности, контролируются все участки вала кроме поверхностей шпоночных пазов и некоторых проточек. Ультразвуковой метод позволяет: обнаруживать как поверхностные дефекты вала глубиной 1±0,1 мм, так и внутренние дефекты вала глубиной 2±0,2 мм и более; контролировать труднодоступные участки вала с расстояния без непосредственного доступа к контролируемым участкам вала, что требуется при других методах контроля; использовать простые (по сравнению с электромагнитными методами) преобразователи (датчики), не критичные по отношению к материалу, из которого Практическое занятие №15 Диагностика валов насосных агрегатов Стр. 3 изготовлен вал, и позволяющие дефектоскопировать валы, изготовленные из любой стали; Магнитопорошковый контроль (МПК) применяется для подтверждения результатов предыдущих исследований, т.е. для уточнения местоположения и геометрических размеров поверхностных и подповерхностных дефектов. Необходимость применения МПК устанавливает сам дефектоскопист. Магнитопорошковый метод контроля используется для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов цилиндрических поверхностей, галтельных переходов и шпоночных пазов. Он позволяет определять коннфигурацию и размеры обнаруженного подповерхностного дефекта вала. Вал считается работоспособным, если при проведении дефектоскопического контроля на нем не было обнаружено дефектов или были обнаружены допустимые дефекты в виде трещин, коррозионных язв, рисок, забоин, металлургических дефектов (неметаллических включений, расслоений и т.д.). Допустимые дефекты валов: уголковые трещины и надрывы по углу между цилиндрической поверхностью вала и боковой поверхностью шпоночного паза допускаются не более: по глубине – 1,5 мм (прямоугольная шпонка), 2,0 мм (шпонка с закругленными концами); по протяженности – 3,0 мм; царапины, риски, забоины, коррозионные язвы, коррозия допускаются не более: по глубине – 2,0 мм; по протяженности – 6,0 мм. Допустимые размеры металлургических дефектов оговорены техническими условиями и государственными стандартами на данный сортамент металла с учетом вида дефекта. Задание Задание 1. Изучить теоретический материал. Задание 2. Оформить отчет: 1. Записать цель работы. 2. Записать причины разрушения валов и возникновения дефектов. 3. Записать способы обнаружения дефектов в виде таблицы. 4. Записать время проведения неразрушающего контроля валов насосов. 5. Описать методы неразрушающего контроля валов насосов (визуальный контроль, вихретоковый контроль, ультразвуковой контроль, магнитопорошковый контроль). 6. Записать условия работоспособности и допустимые дефекты валов. Практическое занятие №15 Диагностика валов насосных агрегатов Стр. 4
