Проактивные ремонты в горно-металлургической отрасли

УДК 621.791

ББК 34

К68

Научный редактор:

зам. директора НТИ (филиал) УрФУ, д-р техн. наук, Е. Н. Сафонов

Коротков, В. А.

К68 Проактивные ремонты в горно-металлургической отрасли:

монография / В. А. Коротков. — Саратов: Издательство «Вузовское образование», 2014. — (Высшее образование). — 40 с. — Док. опубл. не был. — Доступ с сайта ЭБС IPRbooks.

В брошюре изложены основные принципы и методы увеличения послеремонтной наработки оборудования. В том числе, за счет оптимизации рабочих нагрузок и напряжений, упрочнения функциональных поверхностей деталей, применения качественно новых смазок. Она рассчитана на студентов, аспирантов, производственных специалистов.

УДК 621.791

ББК 34

© Коротков В. А.

2

Оглавление

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . 4 1. СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1. Ремонты по отказу и ППР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 5 1.2. РФС и проактивные ремонты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОАКТИВНЫХ РЕМОНТОВ . . . . . . . . . . . . 8 2.1. Оптимизация рабочих нагрузок и напряжений . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2. Упрочнение рабочих поверхностей (способы упрочнения и их выбор, износостойкие накладки, плазменная закалка и карбо-

нитрация) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.3. Улучшение смазывания механизмов (виды смазки и смазочные

материалы) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3. ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ КОДЕКС РЕЦИКЛИНГА

3.1. Восстановление износа и кодекс рециклинга . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2. Способы восстановления износа (механические, металлургиче-

ские, адгезионные) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3. Ускорение ремонтной сварки . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4. ЭКОНОМИКА ПРОАКТИВНЫХ РЕМОНТОВ . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3

Недостатки машин особенно наглядно выясняются при ремонте. По существу, их доводка начинается только после ввода в эксплуатацию

Из справочника «Основы конструирования»

Предисловие

В горно-металлургической промышленности расходы на ремонты способны поглощать значительную часть доходов, а ремонтные простои – существенно уменьшать сами доходы. Поэтому сокращение и тех и других является актуальной задачей. Основные направления её решения:

-предупреждение внезапных (аварийных) отказов;

-исключение преждевременных ремонтов;

- сокращение продолжительности ремонтов за счет агрегатного принципа;

-увеличение срока службы деталей за счет упрочнения, смазки и проч.;

-восстановление изношенных деталей, что экономичнее покупки новых. В последние два десятилетия арсенал средств по сокращению ремонтных

затрат и простоев существенно расширился. Для предупреждения аварий производят дефектоскопию (магнитно-порошковую, ультразвуковую…), приборы для которой постоянно совершенствуются. Приборы вибродиагностики выявляют не только трещины, но и износ, дефекты сборки, т.е. устанавливают потребность в ремонте без его остановки и разборки оборудования. Такие ремонты получили название «ремонты по фактическому состоянию», т.к. исключают проведение преждевременных ремонтов, когда оборудование еще не достаточно изношенное. Переносными приборами определения твердости, шероховатости, химического состава, проверяют на соответствие чертежам, поступающие на замену, запасные части, что исключает попадание в эксплуатацию «брака» и последующий быстрый выход из строя отремонтированного оборудования. Масла с триботехническими добавками не только снижают трение, но и восстанавливают износ без разборки механизмов. Ручной плазменной закалке стали доступны, ранее не упрочняемые, контактные поверхности корпусов оборудования. Методы восстановления изношенных деталей существенно сокращают расходы на покупку запасных частей.

Таким образом, механики во время ремонтов получили широкие возможности не только восстанавливать работоспособность оборудования заменой износившихся деталей новыми, но применять меры по увеличению послеремонтной наработки. Отремонтированное оборудование начинает работать лучше нового. Эти омолаживающие ремонты получили название «проактивных» ремонтов, которым посвящается настоящая работа.

4

1. СИСТЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТОВ

Во время ремонтных остановок выполняется ревизия механизмов для определения недопустимых дефектов, после чего проводится непосредственно ремонт, т.е. замена забракованных деталей новыми деталями. В настоящее время сложились четыре основные формы организации ремонтов. Это ремонты, проводимые по отказу, планово-предупредительные ремонты, ремонты по фактическому состоянию и проактивные ремонты.

1.1. Ремонты по отказу и ППР

Возможно проведение ремонтов, когда его эксплуатация становится невозможной вследствие отказа – «ремонты по отказу». Эта простая стратегия не обременяет расходами по подготовке ремонтов, но сами ремонты в силу их неожиданности могут быть дорогостоящими и продолжительными. «Ремонты по отказу» оправданы, если отказы имеют случайный характер, мало зависящий от наработки, и когда последствия отказа незначительны, а меры профилактики стоят дороже, чем замена вышедшего из строя узла.

Усовершенствованный вариант «ремонтов по отказу» – «ремонты по возникновению дефектов», которые определяются по косвенным признакам: вибрации, течи масла и т.п. Для ускорения «ремонтов по отказу» применяют метод агрегатирования. Замена агрегатов производится быстрее замены отдельных частей, входящих в агрегаты; при этом сами агрегаты отправляются на ремонт в специализированные подразделения или предприятия.

Отказ работающего оборудования из-за выхода из строя одной детали может приводить к повреждению других (исправных) деталей, и тем создавать аварийные ситуации. Для их предупреждения разработаны плановопредупредительные ремонты (ППР), которые выполняются после определенной наработки, когда из опыта известно, что механизмы уже нуждаются в ремонте.

Недостаток ППР состоит в следующем. Износ, как правило, не повторяется с большой точностью, т.к. зависит от изменения твердости, размеров и расположения деталей даже в пределах чертежных допусков. Следовательно, ППР фактически проводятся с опозданием или с опережением объективно необходимого срока ремонта. Опоздание с проведением ремонта означает отказ оборудования, поэтому планируют опережающие сроки ППР. Но преждевременная разборка оборудования (когда износ деталей не достиг предельного значения) и последующая сборка без замены деталей нарушает приработку сопряжений, вызывая их ускоренный износ. Отсюда следует объективная необходимость в

5

более точном определении износа по вторичным признакам без разборки механизмов.

Однако действующая система ППР во многом устраивает как Изготовителя оборудования, так и персонал ремонтирующей организации. Изготовитель предписывает частые ППР, во время которых устраняются его огрехи изготовления. У ремонтного предприятия (подразделения) интерес к ППР в том, что эта система дает постоянную занятость с минимальной возможностью контроля качества выполнения ремонтных работ со стороны Заказчика.

1.2.РФС и проактивные ремонты

С90-х годов при ремонтах стала применяться вибродиагностика, т.е. определение технического состояния механизмов (на присутствие трещин, дефектов сборки, износа) по вибрационному фону, создаваемому работающим оборудованием, с помощью переносных электронных приборов - виброанализаторов. Она в значительной мере сокращает ревизионные простои, связанные с разборкой и осмотром механизмов. Кроме того, сокращаются складские запасы запчастей, т.к. состояние механизмов непрерывно отслеживается, и поэтому закупается только необходимое. Ремонты, назначаемые по техническому состоянию, определяемому вибродиагностикой, получили название «ремонтов по фактическому состоянию».

Вибродиагностика удобно дополняется электронным учетом отказов, что позволяет выявлять проблемные узлы и детали, которые наиболее часто выходят из строя. Эта информация дает возможность анализа причин их низкой работоспособности для выработки мер по увеличению срока службы. Ремонты, проводимые с реализацией мер по повышению долговечности (наработки) заменяемых деталей и сопряжений, стали называть «проактивными ремонтами». После их проведения оборудование работает не только не хуже, но даже лучше нового. Это позволяет говорить, что «проактивные ремонты» сопровождаются омолаживающим эффектом.

Наиболее эффективная система ПАР вместе с тем является наиболее сложной в осуществлении. Само по себе не простое проведение вибродиагностики и электронного учета отказов должно дополняться выработкой мер по замедлению износа и появлению иных дефектов, которые, к тому же, должны проходить проверку на практике. Другими словами проактивные ремонты предполагают проведение в како-то мере научно-исследовательских и опытноконструкторских работ (НИиОКР). Это обусловливает более высокие требования, как к службам главного механика (энергетика), так и к подрядным ремонтным организациям или собственным ремонтным подразделениям.

6

Практика показывает, что не целесообразно применять только одну из представленных систем организации ремонтов. Гибкое их сочетание дает наибольший эффект. На таблицах 1.1. и 1.2 приведено сравнение различных систем организации ремонтов и их, рекомендуемое компанией БАЛТЕХ, соотношение для предприятий горно-шахтной отрасли (http://www.baltech.ru).

Таблица 1.2. Доли систем организации ремонтов для предприятий

горно-шахтной промышленности (рекомендация компании БАЛТЕХ)

7

2. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРОАКТИВНЫХ РЕМОНТОВ

После того, как планирование ремонтов доведено до совершенства, т.е. проводятся они ни раньше, ни позже, чем это требуется по состоянию механизмов, то для дальнейшего сокращения ремонтных издержек необходимо увеличение послеремонтной наработки. Это достигается проактивными ремонтами, включающими в себя меры по замедлению выхода механизмов из строя вследствие образования трещин, износа, др. дефектов. В том числе:

-оптимизацией рабочих нагрузок и напряжений;

-упрочнением рабочих поверхностей;

-совершенствованием смазки.

2.1. Оптимизация рабочих нагрузок и напряжений

Важными принципами конструирования является снижение массы машин (оборудования) и увеличение производительности (мощности). Но это приводит к росту напряжений в элементах конструкций и на контактных поверхностях. Рост напряжений в элементах конструкций увеличивает вероятность поломок, а на контактных поверхностях – ускоряет изнашивание. Как следствие, происходит к возрастание частоты ремонтов, затраты на которые уменьшают прибыль, а ремонтные простои – доходы от эксплуатации. Поэтому снижение производительности оборудования (рабочих нагрузок) и увеличение его массы могут быть оправданы, если за счет уменьшения ремонтных затрат и простоев произойдет рост прибыли [1].

Нагрузки, воспринимающиеся оборудованием, в его частях и деталях вызывают напряжения, а на контактных поверхностях создают трение. Можно различать благоприятное и неблагоприятное восприятие оборудованием рабочих нагрузок. При неблагоприятном восприятии имеют место вибрация, концентрация напряжений, которые приводят к быстрым отказам. Работа по ис-

ключению неблагоприятного восприятия оборудованием рабочих нагрузок, с вибрацией и концентрацией напряжений, дает существенное сокращение ре-

монтов. Покажем это на примерах.

Корпус 12-метрового штампа для формовки труб большого диаметра после непродолжительной эксплуатации разломился надвое вдоль продольной оси. Его ремонтная сварка без «усиления» конструкции представлялась не перспективной. Однако собственно «усиления» за счет увеличения массы удалось избежать. Анализ напряженного состояния, показал, что изменение от нормали на 7 град. угла расположения нижних ребер жесткости (рис. 2.1.) более равномерно распределяет рабочее усилие по корпусу штампа и снижает уровень раз-

8

рушающих напряжений по линии излома. Такая модернизация не потребовала ни удорожания ремонта, ни увеличения массы конструкции [2].

Рис. 2.1. Штамп для формовки труб большого диаметра

снаклонным расположением нижних ребер жесткости

Вмашине непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) вращение роликов часто прекращалось. При этом «трение качения» ролика о слиток переходило в более агрессивное «трение скольжения», что приводило к быстрому износу в виде «лысок» и преждевременной замене роликов. После того как вращение роликов с осями заменили вращением бочки ролика на неподвижной оси, случаи заклинивания роликов устранились. Как следствие исключился агрессивный вид изнашивания «трением скольжением», что увеличило наработку роликов в 2,5 раза [3].

Сброс давления в доменной печи производится через атмосферный клапан. Для замедления изнашивания его контактных поверхностей потоком запыленного газа применялась твердосплавная наплавка (HRC55), которая затем подлежала трудоемкой шлифовке. Поскольку истечение газов, вызывающее быстрый износ, происходило из-за неплотного прилегания контактных поверхностей, было решено уплотнить стык огнеупорным асбестом. Истечение газов уменьшилось настолько, что без ущерба сроку службы перешли на менее твердую наплавку (HRС35), обрабатывающуюся точением, что существенно снизило трудоемкость и стоимость ремонта атмосферного клапана [4].

9

Исследования износостойкости сварного отвода, служащего для удаления запыленных газов, показали следующее. Увеличение крутизны загиба (вместо 5 секторов применили 4, рис.2.2) привело к усилению концентрации силового воздействия газового потока столь существенно, что многократно сократило срок службы [5].

Наплавка

1

2

3

Место интенсивного износа

4

Рис.2.2. Газовый отвод вакууматора; 1…4 - номера секторов.

Тележки обжиговых печей при движении контактируют бортами. Износ бортов приводит к перекосу тележек, что в свою очередь создает повышенную нагрузку на приводную «звездочку». Быстрый износ бортов тележек был исключен твердой наплавкой «в размер» [6]. Это одновременно ликвидировало перекос тележек в машине, уменьшило нагрузку на «звездочку» и, как следствие, – частоту замены её секторов. Если раньше в «звездочке» каждый год заменялось по одному сектору (ценой ~1 млн. руб.), то теперь замена сектора проводится раз в четыре года.

В вакууматоре два патрубка, опускающиеся в ковш со стальным расплавом, закрепляются в плоском днище. Один патрубок – для всасывания расплава в вакууматор, другой – для слива расплава обратно в ковш. Всасывающий патрубок при работе создавал вибрацию, которая быстро разрушала огнеупорную футеровку, и вакууматор выводился в ремонт. Для снижения вибраций были применены скрепляющие элементы, в результате чего стойкость вакууматора увеличилась вдвое, и вдвое же снизилась себестоимость вакуумирования [7].

10