Трибодиагностика

Трибология

В переводе с греческого :

tribos (трение) + logos (Наука ) = Наука о трении

Триботехника = техническое применение трибологии

Трение это механическое сопротивление двух поверхностей, движущихся относительно друг друга.

Обычно последствия трения негативны. С ним связана надежность и долговечность деталей машин и механизмов. Изнашивание, которое всегда имеет место при трении, приводит к нарушению геометрических размеров узлов, теряется точность взаимного расположения деталей и перемещений.

Возникают заклинивания, удары, вибрации, приводящие к поломкам. Трение приводит к потерям

энергии, перегреву механизмов, снижению передаваемых усилий, повышенному расходу горючего и других материалов. Для снижения трения и износа в год в мире расходуется более 100 млн. т. Смазочных материалов (данные на конец 20 века). При смазке эти материалы подвергаются старению и подлежат замене.

Отработанные смазочные материалы представляют серьезную опасность для окружающей среды.

1. Трибодиагностика

Существующие методики расчета прочностных характеристик элементов агрегатов при проектировании практически позволяют гарантировать своевременное определение начала разрушений от статических нагрузок. Динамические напряжения, возникающие в поверхностном слое материала, оцениваются не всегда надежно, и при эксплуатации возможны разрушения. Этим разрушениям, как правило, предшествуют: образование каверн, питтинга в местах контакта, разрушение поверхностного слоя, причем отказ наступает по истечении некоторого периода времени, необходимого для развития неисправности до критического уровня. В процессе развития неисправности поток масла системы смазки систематически уносит оторванные частицы с мест разрушения. Масло в этом случае служит носителем информации о возможных неисправностях. Для того, чтобы идентифицировать неисправность, нужно уметь отличать продукты нормального износа от частиц, проявляющихся при разрушениях или попавших в систему смазки при осмотрах и ремонтах.

Методы диагностики, основанные на исследовании продуктов износа, содержащихся в масле, называются методами трибодиагностики. Эти методы базируются на принципе обнаружения, улавливания и удержания металлических частиц износа. Для этой цели используются магнитные пробки; электрические детекторы, вырабатывающие сигнал при замыкании электродов частицами; спектральный анализ масла; анализ изменения формы частиц, их поверхности; рассеивание и ослабление пучка света при прохождении через поток масла; анализ электрического сопротивления масла.

Улавливание частиц с помощью магнитных пробок имеет ограниченные возможности, так как магнитные пробки неэффективны для улавливания немагнитных частиц. По этой причине наряду с ними применяются фильтры – сигнализаторы. Такой фильтр служит для фильтрации откачиваемого от агрегата масла и выдачи сигнала при замыкании металлической стружкой секций щелевого элемента.

Более информативным, но более сложным является метод диагностирования на основе определения состава продуктов износа в масле спектральным или химическим способами с использованием стационарной аппаратуры. Сложность реализации метода связана с необходимостью решения организационных и технических задач по пересылке проб масла на исследование, обеспечению эквивалентных условий сравнения проб для определения динамики развития дефекта (масло не должно доливаться, продукты износа в месте отбора должны быть распределены равномерно, если агрегат на подшипниках скольжения, между взятием проб не должно быть пусков, остановов агрегата). Диагностическими признаками неисправностей в этом случае служат концентрация, размеры, материал продуктов износа. Материал и форма частиц, как правило, позволяют установить возможные места и стадию износа, изменение концентрации - интенсивность развития неисправности.

Для выявления дефектов трущихся пар, омываемых маслом, весьма информативен контроль электрического сопротивления масляной пленки. Физическая суть метода основана на том, что масляный слой между трущимися деталями является диэлектриком и обладает большим сопротивлением даже при очень малой толщине. При работе смазываемого механизма масляный слой периодически разрушается и под действием масляного клина вновь восстанавливается. В нормальных условиях средняя по времени величина сопротивления остается весьма высокой. При наличии дефекта трущейся пары частота и интенсивность разрушения масляного слоя увеличивается, и средняя величина сопротивления резко падает, что и является диагностическим признаком (ДП) появления дефекта. Принципиальная схема измерения весьма проста: к вращающемуся валу прижимается медно-графитовая щетка, другой контакт электрической цепи выводится на корпус агрегата; между ними включается омметр. Опыт использования в авиации рассматриваемого способа показал, что он позволяет выявить дефекты шестерен и подшипников качения на несколько часов раньше, чем на них реагирует сигнализатор стружки в масле накопительного типа.

Одним из перспективных методов непрерывного контроля состояния деталей, омываемых маслом, является оптический метод, основанный на рассеянии и ослаблении луча света при прохождения через жидкость с различными свойствами. Этот метод позволяет, кроме продуктов износа, обнаруживать воздух в маслосистеме, заменять масло по состоянию.

2. Диагностика на основе анализа продуктов износа в продуктах сгорания

Рассматриваемый вид диагностики применим к контролю за состоянием газотурбинных приводов (ГТУ) перекачивающих агрегатов. Известно, что разрушение деталей проточной части ГПА, вызываемое перегревом, газовой коррозией, абразивным износом, сопровождается выносом из ГПА вместе с газовым потоком мельчайших частиц металла. Начало разрушения и его характер поэтому можно определить, регистрируя наличие продуктов износа и их состав. Отсюда рассматриваемый метод аналогичен методу диагностики по анализу продуктов износа в масле. Решение этой задачи основано на применении импульсного метода с лазерным источником для определения концентрации в газовом турбулентном потоке. Экспериментально показано, что метод позволяет проводить мгновенные (в течение 10-14 с) и одновременные измерения локальных концентраций в смесях в многоатомных газах. Определение состава и концентрации продуктов износа проводят в процессе анализа состава проб продуктов сгорания, взятых из выхлопного тракта ГПА. Недостаток данного метода связан с его трудоемкостью и дискретностью контроля технического состояния. Перспективность же его связана с тем, что этот метод представляется весьма эффективным для диагностирования такого важного узла, как камера сгорания ГПА, в настоящее время наименее охваченного диагностированием.

В развитых странах сегодня анализ масла является основным методом при диагностике технического состояния машинного оборудования такого, как насосы, компрессоры, двигатели внутреннего сгорания, редукторы, трансформаторы и другие. В России и СНГ данный метод технической диагностики не имеет значимой истории. Компания BALTECH два года назад приняла для себя решение изучить данную отрасль науки и донести все значимые преимущества до всех отраслей промышленного производства. Во всем мире трибодиагностика пар трения опережает по эффективности применения вибродиагностику и термографию.

Среди всех направлений технической диагностики во всем мире данный метод считается достаточно эффективным, поскольку, согласно имеющимся данным, те или иные дефекты динамического оборудования, обнаруживаемые при анализе масла, подтверждаются в 95% случаев при разборе агрегата. Таким образом, анализ масла позволяет получить достоверную информацию о техническом состоянии подшипников, уплотнений, состояния смазки, эффективности работы присадок, наличии ферромагнитных (металлических) и неферромагнитных включений, обводнения, параметров вязкости и качества смазки.

Кроме того, диагностика масла, работающего в механизме, характеризуется следующими преимуществами:

• не требуется прекращать эксплуатацию машины;

• не нужна разборка;

• обнаружение неисправностей энергомеханического оборудования на самой ранней стадии возникновения;

• возможность замены масла по его фактической работоспособности, а не по пробегу;

• невысокая трудоемкость проведения диагностики и анализа.

Следует отметить, что состояние и рабочий ресурс самого оборудования более чем на 60-70% зависит от состояния масла, которое в ходе эксплуатации подвергается различным воздействиям:

• термическое;

• воздействие окружающей атмосферы;

• химическое взаимодействие с различными материалами;

• воздействие электрического поля (для трансформаторных и изоляционных масел) и др.

В результате чего масло стареет, и ухудшаются его эксплуатационные свойства.

Масло раньше времени потерявшее свои защитные свойства способно в несколько раз увеличить скорость износа двигателя и привести его, в конечном итоге, к поломке. Чтобы во время обнаружить изменения качества масла и возможные загрязнения, необходимо проводить систематический контроль масла.

Поэтому так остро стоит вопрос о том, как проверить масло, используемое в оборудовании. Данный вопрос может быть разделен на две категории, которые могут решаться по-разному. Первая категория – как проверить масло, которое только заливается? А вторая – как проверить масло, уже используемое в машине?Для решения первого вопроса надо исходить из нормативных требований ГОСТов на каждый тип масел, где прописаны необходимые для него характеристики и методы их определения. Методы контроля исходного масла, как правило, регламентированы стандартами, которые существуют для определения каждого отдельного показателя качества масла (вязкости, температуры вспышки, воспламенения, общего щелочного числа и др.).

Для того чтобы разобраться с вопросом о том, как проверить масло, отработавшее некоторое время в машине, можно также использовать параметры, указанные в соответствующих ГОСТах и следить за их изменением. При этом анализ необходимо выполнять традиционными методами или можно использовать более современные методы трибодиагностики (диагностика пар трения).

Трибодиагностика – это перспективный превентивный метод оценки состояния машинного оборудования, дающий достоверные данные о его рабочем состоянии и степени износа. Однако на сегодняшний день данный метод не получил широкого распространения в российской промышленности. Трибодиагностика в качестве повседневной практики пока используется только для обслуживания газотурбинных двигателей.