معرفة

1. فشل الينابيع أو المنفاخ

أثناء التشغيل، تشمل أشكال أعطال النوابض أو المنافخ المعدنية في الأختام الميكانيكية التشوه الدائم، والكسر، والتآكل، والزحف أو الارتخاء، وغيرها. ومن بين هذه العوامل، تُعد العوامل المؤثرة في التشوه الدائم وفشل الكسر في المنافخ المعدنية الأكثر تعقيدًا. تتكون عناصر التحميل المرنة للأختام الميكانيكية في الغالب من نوابض حلزونية ضاغطة أسطوانية. لذلك، يُحلل هذا القسم بشكل رئيسي فشل نوابض الضغط الحلزونية الأسطوانية، وينطبق المبدأ أيضًا على النوابض أو المنافخ المعدنية الأخرى.

 

1.تشوه دائم

التشوه الدائم للزنبركات هو أحد الأسباب الرئيسية لفشلها. عندما يتجاوز التشوه الدائم للزنبرك النطاق المسموح به، فإنه يؤثر على التشغيل الطبيعي للمانع التسرب. يؤدي التشوه الدائم للزنبرك، وهو انخفاض ارتفاعه الحر، إلى انخفاض حمل العمل عند ثبات ارتفاع العمل. أسباب التشوه الدائم هي ظواهر الفشل الناتجة عن التصميم غير المعقول وعمليات التصنيع غير الدقيقة للزنبرك. ويرتبط ذلك بالعوامل التالية:

① في ظل ظروف معينة، يكون العامل الرئيسي المؤثر على التشوه الدائم للزنبرك هو إجهاد التشغيل. ويختلف التشوه الدائم للزنبرك أيضًا في ظل ظروف أحمال تشغيل مختلفة. وتشير البيانات الأجنبية إلى أن إجهاد التشغيل للزنبرك يجب ألا يتجاوز 0.3δب (قوة الشد) لمادتها.

② يرتبط التشوه الدائم للزنبرك بقطره. غالبًا ما يهتم مصممو الأختام بتعديل قطر الزنبرك لتلبية متطلبات الحمل، لكنهم نادرًا ما يأخذون في الاعتبار تأثير قطر الزنبرك على التشوه الدائم. نتيجةً لذلك، قد يهملون جانبًا واحدًا على حساب جانب آخر. يمكن أن يؤدي تقليل قطر الزنبرك إلى تقليل التشوه الدائم.

③ كلما قلّ الارتفاع الحر للزنبرك المُصمّم، زاد التشوه النسبي الدائم. تُظهر الاختبارات أن زيادة الارتفاع الحر للزنبرك يُمكن أن تُقلّل من تشوّهه الدائم. مع ذلك، تجدر الإشارة أيضًا إلى أن الارتفاع الحر الكبير جدًا قد يُسبب الانحناء وعدم الاستقرار (للزنبركات صغيرة القطر).

④ التشوه الدائم للزنبرك مرتبط بميله. عندما يبقى الارتفاع الحر للزنبرك ثابتًا، فإن زيادة الميل وتقليل عدد الملفات العاملة سيجعل الزنبرك أكثر عرضة للتشوه الدائم.

⑤ يرتبط التشوه الدائم للزنبرك بخصائص المادة، وعمليات التصنيع، وطرق المعالجة الحرارية المُختارة له. على مُصنّعي الزنبركات تعزيز إدارة خصائص المادة وجودة المعالجة. أولًا، يجب عليهم تعزيز فحص الجودة والإدارة السليمة للمواد الواردة، ومنع دخول المواد غير المُطابقة للمواصفات إلى موقع الإنتاج منعًا باتًا. عند اختيار عمليات المعالجة والمعالجة الحرارية للزنبركات، يجب ألا يقتصر الأمر على اتباع المبادئ العامة فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة تأثير التشوه الدائم لتحسين جودة نوابض الختم الميكانيكية.

 

بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، فإن التشوه الدائم للينابيع والمنفاخ المعدني يرتبط أيضًا بدرجة حرارة الاستخدام، والتي يجب أن تكون ضمن نطاق درجة الحرارة المحددة بواسطة المادة.

 

2. كسر

 

كسر الزنبرك هو أيضًا أحد الأشكال الرئيسية لفشل الزنبرك. وحسب طبيعة الحمل وبيئة العمل، تشمل أشكال كسر الزنبرك: كسر التعب، وكسر التآكل الإجهادي، وكسر الحمل الزائد، وغيرها.

ترجع أسباب كسر التعب في النوابض أو المنفاخات المعدنية في الغالب إلى سوء التصميم، وعيوب المواد، وسوء التصنيع، وظروف العمل القاسية، مما يؤدي إلى تمدد شقوق التعب. غالبًا ما تنشأ شقوق التعب في المناطق عالية الإجهاد. على سبيل المثال، إذا ظهر كسر في السطح الداخلي لنابض الضغط، فإنه عادةً ما يمتد بزاوية 45 درجة.° زاوية محور مادة الزنبرك مع السطح الخارجي ثم تنكسر. غالبًا ما يحدث كسر المنفاخ المعدني في أسفله.

في منفاخات المعادن الملحومة، في حال وجود عيوب تصنيع، مثل عدم تساوي المسافات بين الألواح، ستتعرض بعض الألواح لإجهادات أكبر، مما يؤدي إلى كسرها قبل الأوان. تشمل عيوب التصنيع عدم تساوي المسافات بين الألواح، وعدم تساوي عمق الموجة، وعدم تناسق سمك الألواح، وما إلى ذلك. عند تركيب مانع تسرب ميكانيكي ثابت لمنفاخ معدني، قد تحدث عيوب بسبب الوصلة المائلة بين الغدة ونقطة الدعم. كما يمكن أن تسبب هذه العيوب إجهادات في الألواح، مما يؤدي إلى كسرها.

في كثير من الحالات، عندما يكون تردد حركة التمدد والانكماش الدورية لمنفاخ المعدن الملحوم مساويًا للتردد الطبيعي لجهاز الختم، فقد يحدث الرنين، مما يولد إجهادات كبيرة ويؤدي إلى كسر التعب المبكر. يمكن أن يحدث نوعان من الاهتزاز في جهاز ختم منفاخ المعدن الملحوم: الاهتزاز المحوري والاهتزاز الالتوائي. ينتج الاهتزاز المحوري عن الحركة المحورية للعمود، بينما ينتج الاهتزاز الالتوائي عادةً عن قوة الاحتكاك بين أزواج الاحتكاك. تميل قوة الاحتكاك إلى شد المنفاخ حتى تصبح أقل من قوة الشد داخل المنفاخ. بعد ذلك، يتم إطلاق القوة من تلقاء نفسها. تتكرر هذه العملية في دورة. ثم يتحول هذا الاهتزاز الالتوائي إلى اهتزاز محوري. عندما تصطدم كرات اللحام للوحين المتجاورين، يضعف الاهتزاز وينخفض ​​السعة، وتتكرر هذه العملية في دورة.

لمنع الرنين، يجب تصميم التردد الطبيعي للمانع التسرب ليكون أعلى قليلاً من تردد الاهتزاز الرئيسي (بتغيير المادة، وسمك اللوح، وعدد الصفائح، والمسافة بينها، وطول التركيب)، أو باستخدام شكل موجة غير متماثل واستخدام شوكة لنقل عزم الدوران. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لطرق التخميد المختلفة التخلص من الاهتزاز، مثل استخدام لوح تخميد حول المنفاخ لتوليد حمل مرن خفيف، مما يضمن ملامسته للمنفاخ ويقلل الاهتزاز قبل أن يتشكل السعة. بعد ذلك، يُبدد لوح التخميد الطاقة الحركية للمنفاخ.

تحت تأثير تآكل الوسط وإجهاد المادة، قد تتكسر النوابض والمنفاخات المعدنية، وهو ما يُسمى كسر التآكل الإجهادي. نوابض الفولاذ الأوستنيتي معرضة للتآكل الإجهادي بفعل الأكاسيد تحت إجهاد متناوب. لهذا السبب، يُنصح باستخدام هاستيلوي.

قد تتعرض النوابض والمنفاخات العاملة في أوساط تآكلية لكسر تآكل إجهادي في مناطق الإجهاد في مقاطعها العرضية. ونتيجةً لتأثير التآكل والإجهاد معًا، تتآكل بعض نقاط الضعف في المكونات أولًا، مُشكلةً نوى الشقوق. ومع زيادة زمن تحمل الأحمال، تمتد الشقوق ببطء إلى ما دون الحرج. وعندما يصل الكسر إلى حجم حرج، ينكسر العنصر المرن فجأةً. يرتبط كسر التآكل الإجهادي ارتباطًا وثيقًا بوسط العمل. على سبيل المثال، إذا كان الوسط يحتوي على الكلور أو البروم أو الفلور، فإن العناصر المعدنية المرنة تكون عرضة لكسر التآكل الإجهادي. من منظور ميكانيكي، يُعد كسر التآكل الإجهادي تفاعلًا أنوديًا، بينما يكون كسر هشاشة الهيدروجين تفاعلًا كاثوديًا بشكل رئيسي. في معظم الحالات، يحدث كسر هشاشة الهيدروجين في النوابض عندما تخترق ذرات الهيدروجين حدود حبيبات مادة النابض وتتحد لتكوين جزيئات الهيدروجين، مما يُولّد إجهادًا كبيرًا ويؤدي إلى كسر هش في النابض تحت أحمال إجهاد منخفضة. يحدث كسر هشاشة الهيدروجين عادةً في نطاق زاوية انحناء 45 درجة.° إلى 90°إذا ثُبّت ملف زنبركي مُهشّم بالهيدروجين في ملزمة، وشُدّ الجزء الممتد بكماشة وثني بقوة، يُمكن كسر الزنبرك بسهولة إلى قسمين أو ثلاثة أقسام. إذا كان الكسر ناتجًا عن أسباب أخرى، فسيُلاحظ أن مادة الزنبرك لا تزال تحتفظ بمتانة كافية. يحدث الكسر الهش لمواد الزنبرك نتيجة امتصاص الهيدروجين نتيجة التفاعلات الكيميائية في مياه البحر، والكبريتيدات، وحمض الكبريتيك، والكبريتات، والقلويات الكاوية، والأمونيا السائلة، والأوساط التي تحتوي على غاز الهيدروجين.

بالإضافة إلى العوامل المذكورة أعلاه، يمكن أيضًا أن يُعزى كسر وفشل النوابض أو المنفاخ إلى الأسباب التالية.​​​​​​​

① عيوب المعالجة الحرارية. قد تؤدي عمليات المعالجة الحرارية غير السليمة إلى عيوب داخلية خفية في المادة. على سبيل المثال، على الرغم من تحقيق الصلابة المطلوبة من خلال المعالجة الحرارية، إلا أن حبيبات مادة الزنبرك الخشنة قد تسبب تشوهًا سريعًا وكسرًا في نهاية المطاف أثناء الاستخدام.

② خدوش ناتجة عن الأدوات. أثناء تصنيع النوابض، وخاصةً خطافات النوابض المعقوفة، قد تُسبب عمليات التصنيع غير السليمة خدوشًا، مما يؤدي إلى تركيز الإجهاد في مناطق معينة، وبالتالي كسور في الخطاف.

ومن الواضح أنه بالإضافة إلى اختيار المواد المناسبة وتحديد قيم الإجهاد المناسبة بناءً على ظروف عمل الزنبرك أثناء التصميم، فإن اعتماد تقنيات المعالجة المناسبة أثناء التصنيع أمر ضروري أيضًا لمنع الكسر والفشل.

 

II. تآكل أو كسر أو تآكل مكونات محرك الختم

يمكن استخدام دبابيس القيادة، ومسامير القيادة، والشفاه، والشوك، أو حتى زنبرك كبير واحد لنقل عزم الدوران ودفع مكونات الختم للدوران. يمكن أن يتسبب الاهتزاز أو سوء محاذاة التركيب، وعدم المحورية، وما إلى ذلك، في تآكل أو ثني أو تلف مكونات المحرك. يجب ألا تكون مسامير التثبيت المستخدمة في الأختام الميكانيكية مصنوعة من مواد صلبة. عند التحقق من التآكل، فإن الخطوة الأولى هي فحص نقاط توصيل المحرك. يمكن العثور على علامات التآكل على المسامير، والفتحات، والشفاه، والشوك. يحدث تآكل دبابيس القيادة أو فتحات القيادة بسبب تأثير الانزلاق اللاصق. إذا التصق وجها النهاية معًا للحظة، فلن تدور الحلقة الدوارة بسلاسة وستقفز أثناء الدوران، مما يتسبب في تحمل دبوس القيادة لضغط كبير. يمكن أن تؤدي عمليات التشغيل والإيقاف المتكررة أو القوة المفرطة أيضًا إلى كسر دبوس القيادة، مما يؤدي إلى فشل مفاجئ في الختم. يمكن أن يتسبب ضعف التشحيم أيضًا في تأثير الانزلاق اللاصق.

تشمل الأسباب الأخرى لكسر دبوس القيادة ما يلي: قوة زنبركية مفرطة؛ ضغط متوسط ​​مرتفع واستخدام أختام غير متوازنة أو سائل مانع للتسرب مع أداء تشحيم ضعيف، مما يؤدي إلى عزم دوران كبير؛ تجميع مائل لدبابيس القيادة؛ تطبيق قوة واحدة؛ النظر فقط في مقاومة التآكل لمادة زوج الاحتكاك أثناء الاختيار، دون النظر في الأداء المطابق؛ التجويف في المضخة، إلخ.

 

ثالثًا: الضرر الحراري الاحتكاكي

يُعدّ تلف الحرارة الاحتكاكية غير الطبيعية أيضًا أحد أسباب فشل السدادة الميكانيكية. يمكن أن يتلف العمود (أو غلاف العمود)، والغدد، وتجويف الختم، ومكونات الختم بسبب ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعي. يمكن تحديد تلف الحرارة الاحتكاكية من خلال علامات الاحتكاك وتغيرات اللون. مع ارتفاع درجة الحرارة، يتغير لون المعادن. على سبيل المثال، لون الفولاذ المقاوم للصدأ: أصفر فاتح عند حوالي 370 درجة مئوية.°ج، أزرق عند حوالي 590°ج، والأسود في حوالي 648°ج. في بعض المضخات، تشمل أسباب ارتفاع درجة الحرارة غير الطبيعية ما يلي: انحراف العمود المفرط مما يسبب احتكاكًا بين حلق المضخة والعمود، والاحتكاك بين الغدة بدون توجيه موضعي وعمود المضخة (أو غلاف العمود)، ومسامير التثبيت الفضفاضة التي تحتك بتجويف الختم، وانزلاق حشية الغدة واتصالها بالحلقة الدوارة، إلخ.

يمكن للحرارة الزائدة الناتجة عن الاحتكاك غير الطبيعي أن تؤدي إلى إذابة حلقات PTFE V بالكامل أو تفحيم حلقات O المطاطية.

تشمل الأسباب الأخرى لتوليد الحرارة الاحتكاكية غير الطبيعية ما يلي: الغدة بدون توجيه موضعي تصطدم بعمود المضخة (أو غلاف العمود)، وتدوير الحلقة الثابتة، وتراكم الأوساخ في تجويف الختم، وخروج تجويف الختم عن محاذاة العمود، وما إلى ذلك.

 

إذا كان لديك أي سؤال أو طلب لتطوير المنتجات أو تحسين سلسلة التوريد الخاصة بك، فلا تتردد في الاتصال بنا علىinfo@castings-forging.com