Два механизма, разные меры
Эрозионное повреждение возникает при воздействии потока: твёрдые частицы, капли или струя удаляют материал с поверхности. Кавитационное повреждение связано с образованием и последующим схлопыванием полостей в жидкости; многократные воздействия возле стенки могут разрушать материал. В насосе механизмы способны сочетаться с коррозией и абразивным действием загрязнения. Поэтому кратеры на колесе не являются достаточным доказательством одной причины, а отсутствие крупных кратеров не исключает раннее повреждение.
Нужно установить, где расположена повреждённая зона относительно входа, лопаток, поворотов и регулирующих элементов. Сохраняют сведения о расходе, давлении, температуре, частоте вращения и составе жидкости. Отдельно проверяют подсос воздуха и наличие нерастворённого газа: шум и нестабильность подачи могут сопровождать несколько разных процессов. Лечить всякий шум увеличением вязкости или заменой рабочего колеса без обследования режима нельзя.
План различения
| Гипотеза | Искомые данные | Что проверяют на детали |
|---|---|---|
| Твёрдые частицы в потоке | Размер, концентрация, твёрдость частиц, режим фильтрации | Направленность следов, истончение на поворотах и кромках |
| Кавитация | Абсолютное давление, температура, режим всасывания | Локализация питтинга относительно зон изменения давления |
| Коррозионное воздействие | Состав среды, простой, материал | Продукты реакции, распространение вне зоны потока |
| Механический контакт | Зазоры, перемещения, посторонние предметы | Следы задевания и сопряжённые повреждения корпуса |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Измерение манометрического давления без атмосферной поправки недостаточно для анализа условий возникновения паровых полостей. Давление в точке установки датчика не равно минимуму давления возле лопатки или в узком проходе. Для оценки всасывания используют данные конкретного насоса и установленную изготовителем методику. Нельзя по одной цифре давления на входе обещать отсутствие кавитационного повреждения во всех внутренних областях.
Числовой пример оценки потери материала
Условный стальной образец до испытания имел массу 125,000 г, после — 124,844 г. Потеря равна 0,156 г. При принятой для примера плотности 7,80 г/см³ объём удалённого материала V = 0,156/7,80 = 0,020 см³, то есть 20 мм³. Если учитываемая площадь составляет 400 мм², средняя глубина потери равна V/A = 0,050 мм. За 10 ч средняя скорость потери объёма составит 2 мм³/ч.
Средняя глубина не является максимальной глубиной кратера. Один глубокий дефект и равномерная убыль способны дать одинаковые массу и площадь. Для оценки остаточной толщины измеряют наиболее тонкие зоны и карту профиля. Из массы исключают влияние оставшейся жидкости, продуктов коррозии и осадка по единой процедуре подготовки. Плотность берут для фактического материала, а не по внешнему сходству сплава. Пример показывает пересчёт единиц; он не прогнозирует срок службы насоса.
В исследованиях, зарегистрированных NASA NTRS, поверхность металлов наблюдали последовательно во время кавитационного воздействия с помощью электронной микроскопии. Это подчёркивает необходимость учитывать развитие повреждений, а не только финальную фотографию. Условия лабораторного ультразвукового воздействия отличаются от потока внутри машины. Результат сравнительного испытания материалов нельзя непосредственно перенести в часы работы насоса без проверки режима и критериев подобия.
Дефектация колеса и корпуса
До очистки отмечают границы повреждений, фотографируют поверхность с масштабом и привязкой к положению детали. После подготовки измеряют толщину кромок, лопаток и стенок в отмеченных точках, оценивают форму профиля и трещины применимым методом. Сравнивают с чертежом, предыдущими измерениями и ремонтными требованиями. Кратер возле перехода сечения может быть опаснее такой же убыли на менее нагруженной площадке; решение зависит от функции и напряжённого состояния.
Наплавка или покрытие допустимы только по технологии, согласованной для материала и узла. Учитывают изменение профиля, остаточные напряжения, сцепление покрытия и припуск на окончательную обработку. Плотное заполнение видимых кратеров не доказывает удаления трещин под поверхностью. После восстановления проверяют геометрию и прочность в требуемом объёме, а для ротора — балансировку. Масса нанесённого материала и её распределение способны изменить состояние вращающейся системы.
Устранение причины и приёмка
При подозрении на проблемы всасывания проверяют фильтр, сопротивление трубопровода, уровень в ёмкости, герметичность и соответствие режима насосу. Для частиц оценивают источник загрязнения и эффективность отделения. Для коррозии проверяют материал и фактическую среду. Эти меры выбирают по подтверждённой причине: уменьшение концентрации частиц не исправит недостаточный запас давления, а восстановление кромки не устранит подсос воздуха.
При комплектовании восстановленного колеса с корпусом контролируют зазоры, соосность, отсутствие задевания и состояние уплотнений. После сборки проверяют характеристики в допустимом диапазоне и фиксируют исходные уровни шума, вибрации и давления. Само наличие номинальной подачи не подтверждает отсутствие развивающегося поверхностного повреждения. При повторном контроле сравнивают одни и те же участки, условия и методы. Только такая связь режима, дефектации и истории измерений позволяет оценить, сработали ли меры ремонта.
Источники и границы применимости
- NASA NTRS: Microscopic investigation of cavitation erosion damage in metals — официальная аннотация исследования; полный текст в карточке отсутствует.
- NASA NTRS: Examples of oil cavitation erosion in positive displacement pumps — официальная аннотация работы о гидравлических насосах.
Числовые данные примеров заданы для объяснения метода; это не нормы браковки и не параметры продукции названных производителей.