Восстановительный ремонт

Дмитриев В. Я. Комаишко С. Г. Кулик Г. Н.
Моисей М. В.
Смирнова А. Г. Суздаль К. В. Тонконог А. Ю.



ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ

РЕМОНТ









САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ХИМИЗДАТ 2024

 УДК 621.643/644-987.001.24(035)
    Д 536




      Рецензент: канд. техн. наук, ведущий научный

                   сотрудник БГТУ им. Д. Ф. Устинова (ВОЕНМЕХ) С. К. Плужников








      Дмитриев В. Я., Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В., Смирнова А. Г., Суздаль К. В., Тонконог А. Ю.


Д 536 Восстановительный ремонт. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2024, изд 2-е. стереотип.- 104 с., ил.
       ISBN 978-5-93808-432-2

            Обобщен многолетний опыт научно-исследовательской и производственной деятельности в области ремонта оборудования, работающего при давлении до 320 МПа.
            Изложены практические рекомендации по выполнению технологических операций, описаны приспособления, применяемые при них, приведены расчеты, необходимые для принятия окончательного решения о возможности дальнейшего использования ремонтируемого оборудования.
            Рассчитана на широкий круг читателей и может быть полезна представителям промышленности, малого бизнеса, специалистам научно-исследовательских учреждений и студентам (в качестве учебного пособия).




д 2074060000-009 Без объявл.




                            © Дмитриев В. Я., Комаишко С. Г., Кулик Г. Н., Моисей М. В., Смирнова А. Г., Суздаль К. В., Тонконог А. Ю., 2012

ISBN 978-5-93808-432-2   © химиздат, 2012, 2024

ОГЛАВЛЕНИЕ


Предисловие                                               4

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ                 5
       РЕМОНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Глава 2. исследование причин трещинообразования          19
       НА КОЛЕНАХ РЕАКТОРА DN40 ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА высокого давления
Глава 3. КАПИТАЛЬНЫЙ РЕМОНТ АВТОКЛАВНОГО РЕАКТОРА  36
       ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Глава 4. ремонт корпуса и крышки автоклавного      51
       РЕАКТОРА
       4.1. Основные технические характеристики          51
          ремонтируемого автоклавного реактора
       4.2. Условия эксплуатации реактора                51
       4.3. Результаты предшествующих исследований       52
       4.4. Техническое диагностирование состояния реактора 52
       4.5. Контрольные расчеты прочности деталей реактора 54
       4.6. Расчет циклической прочности корпуса реактора 66
       4.7. Остаточный ресурс эксплуатации реактора      73
Глава 5. ремонт труб высокого давления                   76
       5.1. Цель работы                                  76
       5.2. Методика работы                              77
       5.3. Прочностные расчеты                          77

Глава 6. РЕМОНТ СЕКЦИЙ ТРУБЧАТЫХ реакторов               85
       И ХОЛОДИЛЬНИКОВ УСТАНОВОК ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
Глава 7. техника безопасности и охрана труда       93
       ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РЕМОНТА
       7.1. Общие требования безопасности                93
       7.2. Требования безопасности перед началом работы 95
       7.3. Требования безопасности во время работы      96
       7.4. Требования безопасности по окончании работы  97

Заключение                                               98
Литература                                               99

3

ПРЕДИСЛОВИЕ



   Восстановительный ремонт экономически и технически целесообразен по многим причинам, главная из которых та, что после отдыха, лечения и реабилитации изделие сохранит свою высокую стоимость, надежно и успешно прослужит многие годы, и при этом не пострадает экология (не будет переплава металла) и все, что с ней связано. Таким образом, проблема восстановительного ремонта актуальна со всех точек зрения.
   Цель работы состоит в обосновании необходимости постоянной диагностики оборудования, возможностей такого вида ремонта и повышении его качества.
   Практическая ценность - распространение опыта восстановительного ремонта, его методик, приспособлений и результатов.
   Глава 1 представляет аналитический обзор различных ремонтных операций, описанных в технической литературе.
   В главе 2 произведен анализ причин трещинообразования трубного колена и показано, что существуют области изделия, где металл после определенной термообработки имеет хорошие показатели механических свойств, совершенно не ухуд-шихся в результате длительной эксплуатации.
   В главе 3 рассмотрен капитальный ремонт автоклавного реактора производства полиэтилена высокого давления, а в главе 4 описаны операции, производимые при других ремонтах этих изделий.
   В главе 5 рассказано о ремонте труб высокого давления с использованием операции волочения.
   Глава 6 посвящена ремонту секций трубчатого реактора.
   В главе 7 представлены основные требования техники безопасности и охраны труда при выполнении различных ремонтов.
   При описании процесса того или иного ремонта приведены обязательные расчеты, производимые при восстановительном ремонте изделий ответственного назначения, без которых он вообще невозможен.
   Авторы благодарят за помощь при работе над рукописью рецензента С. К. Плужникова, а также ОАО «Дефорт» - за поддержку при издании данной книги.

4

Глава 1


            АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕМОНТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ




   Вопросы восстановительного ремонта являются актуальными во многих отраслях.
   Так, например [1.1], в качестве одного из показательных примеров ремонтных работ рассматривается реставрация наплавкой шестерни редуктора главного подъемника шахты, при производительности шахты 3000 т угля в сутки. Редуктор и шестерня, требующие ремонта, имеют массу 82,5 т. Шестерни разных экземпляров, даже одной серии, не взаимозаменяемы. По технологии изготовления каждый редуктор является уникальным изделием. Сначала растачивается и собирается корпус, затем по межцентровому расстоянию корригируются размеры венца выходного вала и ритцелей - двух малых шестерней, каждая из которых соединена с электродвигателем мощностью 1500 кВА и частотой вращения вала 750 об/мин. Нарезка зубьев каждой стороны выходного вала и ритцелей выполняется с одной установки зубофрезерного станка. Сложность замены шестерни при ее разрушении очевидна, поскольку фактически необходимо изготовить новый редуктор. Материал венца поковки - сталь 40Х, его ширина - около 1 м, толщина (вместе с зубьями) - 85 мм, посадочный диаметр бандажа выходного вала - около 4 м, длина зуба одного ряда - около 450 мм, общий профиль - шевронный, со срезанной вершиной стыковки зубьев левого и правого ряда.
   Особо необходимо отметить, что в циркуляционной мас-лосистеме редуктора находится 640 кг минерального масла МС-20, это потребовало обеспечения взрывобезопасности при проведении огневых работ во вскрытом редукторе.
   Общепринято. что при сварке (наплавке) стали типа 45 или 40Х следует обязательно проводить предварительный и сопутствующий подогрев до 300-400 °С, а это весьма затруднительно не только в машинном зале подъемных машин, но и в

5

условиях ремонтного цеха - ведь масса шестерни с валом составляет 27 т.
   Ремонтные работы начались, когда образовалась разветвленная трещина длиной около 360 мм и были повреждены три зуба. Подъемник аварийно остановили, поскольку согласно заключению специалистов-прочнистов остаточный ресурс венца (до состояния невозможности восстановления) составлял 12-15 суток.
   Реставрация велась непосредственно на месте, в машинном зале подъемов. Подготовка поверхностей для сварки (наплавки) проводилась углошлифовальными машинами с абразивными армированными кругами диаметром 230 мм с толщиной 3 мм, и их расход составил 43 круга. Во время этих работ проводился магнитнопорошковый контроль, что позволило дополнительно выявить внутри бандажа литейную раковину с широко разветвленной сеткой трещин, при этом остаточная толщина неповрежденного бандажа составляла всего 10-11 мм.
   Для наплавки переходного слоя использовались электроды с пределом прочности наплавленного металла 98-110 кгс/мм², относительным удлинением не менее 30 % и ударной вязкостью не менее 80 Дж/см² при температуре испытания минус 40 °C; для слоев наращивания бандажа и зубьев использована порошковая электродная проволока одной из марок, указанных в ГОСТ 26101-84, с прочностью 85-130 кгс/мм², ударной вязкостью 125-130 Дж/см². Наплавка выполнялась автоматом с механическим модулятором сварочного тока (ММСТ), для этого были специально разработаны параметры импульсной подачи.
   Экономические показатели осуществленных работ: производитель оборудования, подлежащего восстановлению, запросил год на проведение цикла необходимых работ и около 3 млн. долл. Специалисты Института электросварки им. О. Е. Патона выполнили их за 10 дней (с учетом выполнения программы испытаний), собственно ремонт потребовал 5 суток. Расходы на комплекс работ (оборудование, материалы, работу) более чем в два порядка меньше стоимости, запрошенной предприятием-изготовителем. Кроме этого, следует учесть уменьшение потерь от простоя шахты.
   Нареканий к работе данного подьемника по прошествии более четырех лет с момента реставрации не было. Этим подтверждена правильность разработанных в Институте электро-6

сварки им. О. Е. Патона методики и технологии сварки и наплавки высокопрочных закаливающихся сталей без подогрева и с применением импульсной подачи электродной проволоки. Требуется отметить, что цикличность работы ММСТ позволяет резко снизить объем работ по зачистке конструкций после сварки, а это весьма важно при выполнении протяженных швов. Следует также учесть, что при изготовлении нового редуктора его качество неизвестно, а ремонтируемый редуктор все-таки уже приработался и выявил свои дефектные места.
   В другом источнике [1.2] сказано, что мощные гидравлические прессы входят в состав производственных комплексов, которые являются основой промышленного и оборонного потенциала России. Сроки же их эксплуатации составляют 3040 лет и более. С увеличением этих сроков морально и физически изнашиваются системы привода, управления и механизации. Для обеспечения дальнейшей успешной работы прессов производится их модернизация путем замены указанных систем новыми, удовлетворяющими требованиям современных технологических процессов. Но с увеличением сроков эксплуатации увеличивается и число отказов базовых деталей (рабочих цилиндров, колонн, поперечин), составляющих собственно пресс, а это определяет особую важность работ по своевременной экспертизе состояния базовых деталей и оценке возможности продления их ресурса.
   Масса базовых деталей составляет до 80 % массы собственно мощного гидравлического пресса, а следовательно, и его стоимость и возможность обеспечения надежности базовых деталей при дальнейшей длительной эксплуатации. Это также определяет эффективность инвестиций в модернизацию мощного гидравлического пресса.
   Расчеты математических моделей прессов различной силы и назначения, а также практика эксплуатации показали, что все отказы колонн вызваны ослаблением или отсутствием усилия предварительной затяжки колонн в поперечинах. Следовательно, для предупреждения внезапных разрушений колонн необходимо:
   -     проводить регулярную экспертизу состояния резьбовой части колонн с использованием метода ультразвукового контроля;
   -     контролировать силы затяжки колонн на протяжении всего периода эксплуатации.

7

   Для предупреждения разрушения цилиндров мощных гидравлических прессов требуется следующий комплекс мероприятии:
   -     расчет узла «цилиндр-поперечина» методом математического моделирования с установлением максимальных напряжений в зонах галтельных переходов фланца и днища, а также оценки запаса прочности по усталости при первоначальных проектных условиях эксплуатации;
   -     определение максимальных напряжений и запаса прочности с учетом их изменения за счет выработки контактных поверхностей узла «цилиндр-поперечина»;
   -     неразрушающий контроль зон галтелей фланца и днища методом ультразвуковой дефектоскопии;
   -     разработка и внедрение конструкторско-технологических решений для устранения причин разрушения.
   Рассмотренные примеры [1.2] показывают, что увеличение числа отказов базовых деталей мощных гидравлических прессов с увеличением сроков эксплуатации не связано с физическим износом всего объема металла, в результате которого металл «устает». А они вызваны конструктивно-технологическими причинами, заложенными в машины заводами-изготовителями на стадиях проектирования, изготовления и монтажа, а также эксплуатации. Базовые детали при своевременном выявлении и устранении конструктивно-технологических причин разрушения имеют неограниченную долговечность.
   К настоящему времени для гидравлических прессов, различающихся конструкцией, силой и назначением, разработаны методы прогнозирования и обеспечения прочностной надежности базовых деталей [1.2]. Это позволяет ставить и решать задачи обеспечения прочностной надежности базовых деталей при увеличении сроков эксплуатации, увеличении усилия и производительности мощных гидравлических прессов.
   В [1.3, 1.4] приведена «Методика технологического обеспечения заданной надежности судового оборудования», которая включает принципы, положенные в основу разработки теоретических положений по проектированию технологии восстановления и упрочнения конкретной детали, позволяющие формировать оптимальные параметры поверхностного слоя металла при приемлемой стоимости восстановления.
   При восстановлении деталей судового оборудования решаются следующие задачи:

8

   1.    Придание деталям, и оборудованию в целом, первоначальных эксплуатационных свойств, т. е. сохранение первоначальной надежности.
   2.    Повышение первоначальных эксплуатационных свойств деталей: увеличение конструкционной прочности, улучшение триботехнических свойств, а также других характеристик деталей или их отдельных элементов, т. е. повышение первоначальной надежности, путем применения при восстановлении новейших технологий и материалов.
   Для обоснованного выбора путей восстановления и упрочнения детали необходимо знание закономерностей изменения ее поверхностного слоя, что позволяет минимизировать толщину наносимого или упрочняемого слоя, снизить трудоемкость и себестоимость процесса. На эксплуатационные свойства детали влияют как физико-механические свойства материала (степень упрочнения, остаточные напряжения, предел прочности и выносливости и др.), так и геометрические показатели (точность, отклонение формы, волнистость, шероховатость поверхности и др.).
   Поверхностный слой детали, подвергающийся воздействию внешней среды при эксплуатации и впоследствии проходящий несколько этапов восстановления, неоднократно изменяется по толщине, структуре и физико-механическим свойствам.
   Использование моделей, описывающих влияние параметров режима формирования свойств поверхностного слоя и позволяющих уменьшить объем эксплуатационных исследований, а также прогнозирующих ресурс детали в зависимости от условий эксплуатации, возможно в большинстве случаев только с помощью компьютера из-за их сложности и большого объема расчетных работ.
   Это позволит повысить качество, снизить материальные затраты, сократить сроки проектирования, повысить производительность труда инженеров-технологов, занятых разработкой технологических процессов, а также оперативно разрабатывать технологии, оптимальные по затратам и гарантирующие требуемый ресурс для условий эксплуатации конкретной детали машины или механизма.
   Уровень разработанной технологии оценивается стоимостью, технологичностью продукции, технологическим ресурсом предприятия и прогнозируемым ресурсом восстановленной детали, где под технологическим ресурсом предприятия понимаются его технологические возможности (наличие тех-

9

нологического оборудования, материалов, уровень метрологического и диагностического обеспечения и т. д.), наличие необходимых кадров.
   Интересен отзыв докт. техн. наук С. С. Ушкова [1.5]: «На основании изложенных принципов предлагается методика, включающая определенный алгоритм технологического цикла восстановления деталей судового машиностроения. Речь идет в основном об упрочненной поверхности и последствиях работы узлов трения, таких как усталостное разрушение деталей, выкрашивание слоя, коррозионные повреждения и т. д.
   Возможны два варианта повреждения механизма - преждевременное и после выработки полного ресурса. Процесс создания деталей (механизмов, узлов) включает следующие стадии: выбор материалов, конструирование, изготовление и эксплуатация. В случае преждевременного отказа механизма следует установить, на какой стадии создания изделия возникла причина разрушения. Возможно, детали не стоит восстанавливать, а нужно что-то кардинально менять - применяемый материал, покрытие, технологию восстановления.
   Что касается пар трения, то восстанавливать или заменять надо всю пару трения, так как работоспособность пары зависит от прочности покрытия, чистоты поверхности, качества сцепления покрытия с основным металлом, величины зазора и несущей способности пары в целом, а не отдельной детали.
   Если же имеет место разрушение вследствие исчерпания ресурса деталей, то следует задуматься, «стоит ли овчинка выделки». По соображениям самоокупаемости необходимо оценить, что дешевле - ремонт или замена деталей.
   Известно, что на восстановление действующего парка машин и механизмов (ремонты и межремонтное обслуживание) ежегодно расходуются миллионы рублей. Затраты такого рода в год составляют около 25 % стоимости машин. Например, трудоемкость капитального ремонта грузового автомобиля в 3-4 раза больше трудоемкости его изготовления. С другой стороны, замена, например, ряда стальных (марок 45Т2 и 50ХФА) деталей на титановые (марок ОТ4, ВТ8) существенно повысила срок службы часто ломающихся деталей шатунно-поршневой группы тракторов за счет уменьшения инерционных нагрузок, усилий на болты и гайки шатуна, увеличения частоты вращения, а следовательно, мощности двигателя.
   При ремонте любого объекта в первую очередь нужно установить номенклатуру деталей восстанавливаемых и деталей 10

заменяемых. Все принципы и методики, изложенные в предлагаемых материалах, справедливы для восстанавливаемых деталей. При обязательном условии экономической эффективности процесса восстановления методика направлена на сохранение надежности изделия, возможность создания новых технологических процессов, внедрение комплексной автоматизации (восстановление наплавкой), увеличение срока службы механизмов, т. е. сокращение простоев».
   Сродни приведенным существующая задача восстановительного ремонта гидроцилиндра регулировочного устройства поддержания уровня воды плотины гидроэлектростанций (ГЭС). Ремонт требуется, поскольку из-за того что рабочей средой является вода, не подвергнувшаяся какой-то предварительной подготовке, на внутренней поверхности цилиндра появляются царапины различной интенсивности и направления. Работа цилиндра перестает отвечать требованиям технологии и безопасности, и указанные дефекты не исправить заменой сальниковых уплотнений.
   Усложняющим фактором является длина гидроцилиндра, внутренняя поверхность которого должна быть отшлифована под единый размер по всей длине с допуском 500+0,6 мм и шероховатостью Rₐ 0,8 мкм.
   Ремонту следует подвергнуть и шток гидроцилиндра. На него кроме осевой нагрузки действует некоторая поперечная сила, и его требуется прокалибровать, поскольку в противном случае его взаимодействие с сальниковыми уплотнениями будет не равномерным и они быстро выйдут из строя. Шток изначально хромирован, и для его калибровки требуется предварительное расхромирование, затем калибровка на длиннобазовом токарном станке и снова хромирование.
   Внутреннее шлифование может быть выполнено по двум вариантам.
   При первом варианте корпус гидроцилиндра устанавливается на вращающихся катках, а к одному из его торцов присоединяется вращатель, в другой же торец вводится приспособление для шлифования внутренней поверхности глубокого отверстия или трубы [1.6] (рис. 1.1), установленное на подвижной от внешнего привода штанге, вводимой внутрь глубокого отверстия или обрабатываемой трубы. Закрепленное на торце штанги основание выполнено в виде катушки с двумя параллельно расположенными на некотором расстоянии друг от друга щеками, между которыми равномерно по окружности

11