电气化铁道接触网零部件锈蚀原因分析及其预防措施

1接触网设备锈蚀覆盖范围

接触网设备锈蚀较为严重的地区主要分布在我国南方地区,我国华东、华南部分地区的酸雨频率大于75%,接触网零部件大部分位于露天区段,城市轨道交通(城市地铁）接触网位于地下隧道区段,隧道内接触网零部件锈蚀程度不高,其锈蚀覆盖范围较大的多为露天区域的接触网零部件。

2锈蚀原理分析

2.1金属锈蚀过程

金属锈蚀过程可描述为:金属材料＋锈蚀介质+锈蚀产物。通常的锈蚀性物质包括各种酸锈蚀(析氢锈蚀）、吸氧锈蚀、二氧化碳锈蚀、硫化氢锈蚀、细菌(=RB）微生物锈蚀,其腐蚀过程分为两种,即化学锈蚀与电化学锈蚀。

2.2化学锈蚀

化学锈蚀是根据化学的多相反应机理,金属表面的原子直接与反应物(如氧、水、酸）的分子相互作用。最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀,也就是金属的氧化过程,或者是金属与活性气态介质在高温下的化学作用,如图1所示。

2.3电化学锈蚀

电化学腐蚀是最常见的腐蚀,金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀,铁生锈是一个电化学腐蚀过程,即发生了原电池反应,铁的杂质主要是碳,是原电池的正极,铁是负极,当有电解质存在时,增强了溶液的导电性,使电化学腐蚀过程加快。图2是铁的电化学腐蚀模型,电化学腐蚀机理是介质与金属的相互作用被分为两个独立的共辄反应,阳极过程是金属原子直接转移到溶液中,形成水合金属离子或溶剂化金属离子。另一个共辄的阴极过程是留在金属内的过量电子被溶液中的电子接受体或去极化剂接受而发生还原反应。图3是铁的电化学腐蚀现象模型,其电化学锈蚀包括两种锈蚀方式,即析氢锈蚀与吸氧锈蚀。

2.4设备锈蚀原因

依据我国华南地区近年来的气象调查资料显示,雨水的pH值<5以下,呈现酸雨的化学性质,其酸雨成分与接触网部分铸铁部件发生化学反应,生成二氧化铁即铁锈。

锈蚀产生的重要原因是强酸雨与钝化层遭破坏的金属设备材料发生了化学反应,即产生锈蚀,表现为零部件直接与空气当中的物质发生化学反应产生铁锈,零部件与酸雨发生电化学反应产生铁锈。

3锈蚀周期性分析

3.1分析目的

通过分析接触网零部件锈蚀的速度,根据锈蚀速度具体确定生锈处理的时间周期,防止零部件过度锈蚀,造成强度性能下降。

3.2分析原理

目前测定腐蚀速度的方法很多,如重量法、电阻法、极化曲线法、线形极化法等。所谓重量法,就是使金属材料在一定条件下,经腐蚀介质一定时间的作用后,比较腐蚀前后该材料的重量变化从而确定腐蚀速度的一种方法。

重量法是一种经典的试验方法,这主要是其试验结果比较真实可靠,所以一些快速测定腐蚀速度的试验结果常常需要与其进行对照。重量法又是一种应用范围广的试验方法,它适用于室内外多种腐蚀试验,可用于评定材料的耐蚀性能。

3.3实际试验计算

根据计算公式,对线上替换的部件进行失重法测量,将锈蚀的部件进行整体称重,其重量为w0,对部件进行打磨除锈后称重,其重量为w,现场计算出部件上的锈蚀面积s,并根据部件开始锈蚀的时间1进行计算。

本文对广州地铁接触网零部件(盘式绝缘子）进行了试验,如图4所示,其试验数据为w0=4.012kg,w=4.007kg,s≈0.05m2,1=8760h,根据以上数据计算得出锈蚀的速度K≈0.00001142g/m2·h。

图4失重试验

根据试验表明,1年内的设备零部件的锈蚀产生量≤1～2mg,所以综合以上试验及根据现场锈蚀现象分析,将接触网露天设备的除锈周期定为一年半较为适宜。

4接触网露天设备的防锈措施

根据锈蚀速度周期,进行后续防锈、除锈的工艺编制。根据接触网设备的实际情况,推荐使用直接隔离法进行防护处理,即对生锈的设备进行除锈涂锌加或涂黄油的方式进行防腐。

根据不同接触网零部件锈蚀情况,制定不同的防锈处理措施:

(1）接触网各连接部件及附属设备(不锈钢除外）,均采用除锈后涂锌加的方式进行防锈:

(2）接触网部分设备零部件,具有螺纹调节功能的部件、补偿滑动部件均采用涂黄油或凡士林的方式进行防锈。

5结语

本文阐述了接触网零部件锈蚀的原理,对接触网零部件的锈蚀速度进行了分析,提出了针对接触网零部件除锈、防锈的具体措施,为电气化铁路接触网零部件的防锈工艺提供了参考依据。