Восстановление защиты винтовой плоскости шнека...

Восстановление защиты винтовой плоскости шнека, как ключевой элемент ремонта шнековых центрифуг

Промышленные организации, использующие для снижения своего экологического воздействия на окружающую среду такое компактное и высокопроизводительное оборудование как осадительные шнековые центрифуги, в условиях неизбежной интенсивной его эксплуатации, в конечном счете, сталкиваются с необходимостью восстановления изношенной или поврежденной защиты кромки винтовой плоскости шнеков. Вместе с ремонтом базовых и центрирующих поверхностей этих центрифуг и динамической балансировкой их роторов этот элемент капитального ремонта данного оборудования является одним из наиболее важных.

Как показывает практика, неудовлетворительное состояние защиты данной основной рабочей поверхности шнека (другие названия – “спираль шнека”, “перо шнека” и др.) может привести к снижению сепарационной способности и производительности центрифуги, эксплуатационному дисбалансу и повышению виброфона, повреждению порой достаточно труднодоступного и дорогостоящего основного металла шнека. Хотя износ этой плоскости и носит, прежде всего, естественный характер, но, тем не менее, чтобы неудовлетворительное состояние шнека не стало неожиданностью для персонала эксплуатирующей организации, интенсивность этого процесса можно контролировать посредством периодических замеров эксплуатационного зазора между кромкой винтовой плоскости и внутренней поверхностью барабана установки.

Среди эксплуатационных дефектов винтовой плоскости можно выделить следующие:

- сколы, трещины и выпадения защитных пластин кромки,

- износ и трещины наплавленных перефирийных районов кромки,

- пробоины и обрывы участков плоскости,

- вмятины (“карманы”) и загибы на винтовой плоскости.

Особо следует отметить, что при наличии на данной плоскости вмятин больших габаритов в период использования центрифуги там скапливается большое количество отложений и возникает существенный эксплуатационный дисбаланс.

Технологических способов защиты кромки винтовой плоскости шнека от износа множество. Среди них:

- Наплавка или газопламенное напыление твердосплавными порошками;

- Пайка твердосплавных пластин;

- Плазменное нанесение износостойких порошкообразных покрытий;

- Крепление твердосплавных элементов при помощи резьбовых соединений;

- Приклеивание керамических защитных элементов;

- Обмазывание наиболее нагруженной поверхности металлополимерными материалами и др.

Данная статья посвящена двум первым из выше упомянутых выше способов, как наиболее часто используемых производителями центрифуг, требующих достаточно высокой квалификации персонала и знания всех особенностей выполнения технологических процессов.

Нанесение защитного покрытия винтовой плоскости должно производиться в соответствии с требованиями чертежей фирмы-производителя центрифуги. При отсутствии достоверных критериев для оценки возможности применения того или иного метода защиты часто у эксплуатирующих служб подавляющего числа предприятий создается иллюзия, что выполнение данных достаточно технологически сложных комплексов работ собственными силами является вполне эффективным способом решения рассматриваемой проблемы. Но чаще всего при этом они грешат недостаточно глубоким подходом к ее реализации, особенно при условии отсутствия указанных чертежей. С этим связано и то обстоятельство, что успехи здесь, как правило, носят достаточно кратковременный характер. Среди множества типичных ошибок подобных ремонтов следующие:

Наиболее прогрессивной с точки зрения комплексной оценки можно признать защиту при помощи твердосплавных пластин, которые являются продуктом порошковой металлургии и представляют собой спрессованную порошковую массу, в которую могут входить карбиды вольфрама, кобальта, титана и некоторых другие включения, спеченные при высокой температуре. Использование твердосплавных пластин существенно экономит ресурс основного металла шнека. Но, безусловно, эффективное использование данного вида защиты кромки винтовой плоскости обеспечивается только при соблюдении необходимых условий предварительной фильтрации и подготовки рабочей среды, использовании флокулянтов, рекомендованных предприятием-изготовителем оборудования. При этом, часто в силу ограниченности ремонтных фондов заказчиками практикуется подход, при котором происходит самостоятельное изменение данного варианта защиты указанной кромки шнека без консультирования с заводом-изготовителем или специализированной сервисной организацией. Например, вместо установки на данную рабочую поверхность твердосплавных пластин производится ее газотермическое напыление или наплавка. Из-за сложности нахождения места перехода кромки винтовой плоскости из цилиндрической части в коническую, как правило, пренебрегается таким вопросом как наращивание высоты (диаметра) винтовой плоскости. Следствием этого в итоге является немедленное существенное снижение сепарационной способности центрифуги, а в дальнейшем при ближайшем восстановительном ремонте - возникновение неоправданных расходов, связанных с завышенной трудоемкостью удаления и восстановления участков винтовой плоскости шнека с нестандартным покрытием.

Для повышения ресурса шнека ремонтными службами многих предприятий, как правило, используются, как им видится, наиболее простые и дешевые способы защиты – ручная наплавка электродом Т-590 или полуавтоматическая наплавка специальными порошковыми проволоками. Шнеки, как детали со сложным профилем наплавляемой поверхности, чаще всего, требуют ручных вариантов наплавки и газотермического напыления, при которых велика зависимость качества нанесенного слоя от индивидуального мастерства исполнителя. При этом после наплавки в толще наплавленного слоя могут возникать остаточные внутренние напряжения, способствующие возникновению незаметных на глаз микротрещин, отслаиваний слоя от основного металла. От опыта и уровня квалификации специалистов, зависит также и такой немаловажный результат газотермического напыления, как пористость покрытия, наносимого на поверхность защищаемого металла.

Другая сложность - обеспечение плавного перехода кромки при комбинированном варианте защите (твердосплавные пластины – газотермическое напыление). С учетом необходимости обеспечения приемлемого эксплуатационного зазора между кромкой винтовой плоскости шнека и внутренней полостью барабана это может быть достигнуто только незнакомым для эксплуатирующей организации специальным подходом к вопросу окончательной механической обработки.

При восстановлении защиты винтовой плоскости имеет значение знание любой специфической особенности ремонта, даже той, которая на первый взгляд кажется мелочью. Так при отсутствии или неправильном выполнении фаски кромки указанной плоскости в эксплуатационных условиях в течении короткого периода времени может возникнуть недопустимая нагрузка на приводной планетарный редуктор, что может привести к его выходу из строя.

Еще одной проблемой, несущей серьезные последствия для срока службы шнека, являются попытки нанести защиту в виде твердосплавной наплавки на рабочую поверхность шнека без демонтажа его цапф. В результате при очередном ремонте в условиях специализированного предприятия, последнему порой приходится сталкиваться с ситуацией, когда указанные цапфы уже не подлежат восстановлению и требуется их дорогостоящая поставка из-за рубежа.

Кроме указанных выше технологических проблем, при ремонте своими силами предприятие, эксплуатирующее рассматриваемую технику, в силу традиционной недостаточно развитой сферы логистики часто не может обеспечить поставку стали необходимой марки или хотя бы ее близкого аналога, необходимых для выполнения работ по изготовлению дублеров поврежденных или наращиваемых участков винтовой плоскости.

Особую опасность выше указанная практика (нанесения защитных покрытий несоответствующая нормативным требованиям производителя и конкретным для данного типа производства условиям работы центрифуги) несет для предприятий химической промышленности, где рабочей средой центрифуги подчас служит достаточно агрессивная субстанция. Как результат – быстрый износ шнека и преждевременный выход из строя оборудования.

ЗАО «КАМАК», являющееся сервисным дилером группы компаний ANDRITZ (в том числе, торговых марок BIRD HUMBOLDT и KHD) и признанным в Российской Федерации и Республике Беларусь лидером на рынке ремонта осадительных шнековых центрифуг, за более чем 5-тилетний период непрерывных ремонтов этого оборудования накопило значительный и порой уникальный опыт выполнения работ по восстановлению защиты винтовой плоскости шнеков.

Обобщенная согласованная с производителями центрифуг технология ремонта и защиты винтовой плоскости шнека представляет собой следующую совокупность технологических процессов:

-Пескоструйная или другая механическая очистка шнека центрифуги от отложений;

-Визуальный осмотр на наличие явных повреждений; цветная дефектоскопия;

-Изготовление в соответствии с технологическими чертежами завода-изготовителя шаблона и сопряженных с ним технологических цапф для проверки состояния кромки винтовой плоскости шнека;

-Проверка по шаблону степени износа кромки винтовой плоскости шнека;

-Удаление посредством мехобработки или термических методов старых покрытий или старых твердосплавных пластин;

- Восстановление по специальным профилям дефектных участков винтовой плоскости посредством электро- и аргонодуговой сварки;

- Первичная механическая обработка на токарном станке;

-Подготовка новых твердосплавных пластин и посадочной поверхности винтовой плоскости шнека (обезжиривание, изоляция участков, не подлежащих нанесению покрытия) к пайке;

-Пайка новых твердосплавных пластин на свои посадочные места;

-Нанесение первого слоя твердосплавого порошка посредством газотермического напыления;

-Нанесение второго слоя твердосплавого порошка посредством газотермического напыления;

- Дефектоскопия нанесенного покрытия или припаянных твердосплавных пластин;

- Окончательная механическая обработка при помощи ручных углошлифовальных машинок (в том числе обрабортка фаски кромки) или на токарном станке;

- Заключительный контроль качества выполненных работ.

Принятие решения по выбору окончательного состава рассматриваемой выше технологии осуществляется с учётом, в первую очередь, требований фирмы-изготовителя, а также конкретных условий работы шнековых центрифуг и особенностей исходного продукта. Немалое значение при этом уделяется подготовительным процессам ремонта, технологические перерывы между которыми не должны превышать установленых нормативов. Каждое посадочное место опорной поверхности винтовой плоскости, на которую будут припаиваться твердосплавные пластины должно быть плоским, чтобы паяльный зазор не выходил за пределы установленного, так как при большей величине зазора возможны непропаи. Участки поверхности, подлежащие напылению, не должны иметь острых кромок и краев.

При восстановлении дефектных участков винтовой плоскости посредством сварки для каждого шага шнека изготавливается своя оснастка. Специфичная конструкция данной спиральной плоскости способствует тому, что отдельные участки ее по технологическим причинам приходится временно (на период ремонта) удалять даже при их работоспособном состоянии, если ранее при самостоятельном ремонте заказчиком выгрузочные отверстия (так называемые “баки стока”) восстанавливались таким образом, что на них уже невозможно установить стандартный комплект расходных запасных частей.

Далее для выполнения основных работ по непосредственному нанесению защитных покрытий шнек устанавливается на вращающийся стол. При пайке твердосплавных пластин производится предварительный равномерный прогрев обрабатываемой поверхности с помощью нейтрально-восстановительного пламени газовой горелки, которое находится в постоянном движении, иначе в объеме данных пластин происходит неравномерное распределение температур и после их охлаждения возникают остаточные напряжения. Если этим пренебречь, то в период эксплуатации при знакопеременных нагрузках эти остаточные напряжения могут привести к выходу из строя этих защитных элементов в результате потери прочности.

Для предотвращения образования микротрещин и отслаиваний напыленного слоя от основного металла при специализированном выполнении работ в ЗАО “КАМАК” применяют технологию, основанную на предварительной наплавке подслоя из другого наплавочного материала, который наиболее соответствует условиям надежного сплавления с основным металлом шнека. Предварительное покрытие вызывает лучшую диффузию в основной металл и повышает скорость выполнения работ. Затем наплавляют тот материал, который непосредственно придает рабочей поверхности повышенные противоизносные свойства. Износостойкость наплавленных материалов существенным образом зависит от типа и количества карбидной фазы (карбидов тугоплавких металлов) в сплавах. К наиболее абразивостойким материалам относятся композиции, содеражащие карбиды вольфрама. Их применение способствует повышению абразивостойкости в сочетании с высокой пластичностью и способностью противостоять ударным нагрузкам. Толщина общего слоя покрытия может достигать как долей миллиметров, так и нескольких миллиметров и определяется, исходя из предельных величин допустимого при эксплуатации износа и припуска на механическую обработку. В определенных случаях специалисты предприятия добиваются очень гладких покрытий, которые значительно облегчают или делают излишней указанную механическую обработку.

Контроль качества на отсутствие недопустимых дефектов (микротрещин, непропаев и др.) производится визуально, цветной дефектоскопией, а так же специальными методами в соответствии с методикой фирмы-производителя.

Оптимизация технологических режимов, правильный выбор рабочих материалов и высокая квалификация специалистов предприятия, реализующих выше указанные комплексы ремонтных работ, позволяют уменьшить пористость наносимых покрытий, обеспечить получение их высоких физико-механических свойств, повышают коэффициент использования порошка и прочность сцепления покрытия с основой, способствуют низкому термическому воздействию на основной металл, обеспечивают минимальный припуск для последующей механической обработки.