垂直运输设备的腐蚀

看看对组件的影响

作者：迈克尔·戴维斯博士

电梯和自动扶梯在许多不同的环境中运行，其中一些环境具有腐蚀性，例如海洋或重工业环境。在这些应用中，普通电梯材料并不适用，需要不同的结构材料。对于在商业或住宅建筑中运行的电梯，标准结构在正常条件下不太可能受到腐蚀。如果有水，例如在电梯井中，则更有可能发生一般腐蚀或点蚀。住宅或商业电梯中的某些区域可能会发生腐蚀，需要检测和预防。 

腐蚀形式

可能遇到的腐蚀形式包括：^[1] 

• 一般 — 攻击在表面上或多或少均匀分布。  
• 电化学——在电解质存在下，不同区域变为阳极和阴极，并在它们之间传输电子。 
• 点蚀——以空洞形式出现的局部侵蚀。 
• 微动磨损——在载荷作用下两个接触表面的界面发生损坏。 
• 生锈 — 可能是电梯绳索的磨损腐蚀。
• 铁锈——腐蚀产物，主要是铁基金属上的水合氧化铁。

电梯部件的腐蚀

钢丝绳

由于钢丝绳经常在野外、海洋等比较恶劣的工作环境中使用，与环境发生反应而发生腐蚀。^[2] 钢丝绳腐蚀可分为两类。^[3] 第一种是与空气接触而产生的全面腐蚀，产生化学腐蚀和电化学腐蚀。钢丝绳暴露在酸性环境中会发生化学腐蚀，在潮湿的空气环境中会发生电化学腐蚀。第二种是局部腐蚀，如点蚀，钢丝绳涂层破裂、脱落处产生孔洞或空洞。钢丝绳表面的腐蚀坑会逐渐加深，造成应力集中，产生疲劳开裂，强度和柔韧性下降。应力集中会加速裂纹的扩展，最后导致机械断裂。

根据具体用途，钢丝绳的设计和芯材种类繁多。外层钢绞线也有不同的配置，但所有钢丝绳都会磨损，并可能遭受摩擦腐蚀。摩擦腐蚀是指在负载下两个接触表面界面的损坏，它们之间的相对运动足以产生滑动，从而加速磨损。^[1] 这通常（但并非唯一）发生在干燥条件下，通常在温度略高的情况下。当磨损颗粒氧化并通过充当磨料而增加磨损时，这种损坏可能伴随着金属损失的增加。不同的金属组合具有或大或小的抗微动性，例如，钢对钢在干燥条件下具有较低的抗微动性。^[4]

腐蚀世界中的“粗化”是指在水或其他水性介质存在下，不锈钢表面出现一层氧化物。^[5] 锈层由氧化铁或氢氧化物组成，但也可能含有铬、镍和钼的氧化物。该层可能来自外部来源，也可能来自不锈钢钝化层的破坏。^[6] 颜色变化是由氧化物/氢氧化物/碳酸盐类型以及腐蚀产物中水合物的变化引起的。这些颜色范围从橙色到红色到黑色。

在电梯领域，“rouging”一词用于描述可能发生的微动腐蚀。^[7] 无论我们使用哪个术语，对绳索的有害影响都是相同的，所需的纠正措施也相同。图 1 显示了粗化。粗化碎片对滑轮轮廓的危害可能与对钢丝绳的危害一样大。  

粗丝的形成不需要水分；它是由于绳索钢丝之间的运动和磨损造成的。^[3] 系统工作时产生的压力会在金属表面产生非常小的颗粒，这些颗粒会开始生锈。磨损通常是由于润滑不足造成的。现场润滑无法使绳索恢复到初始状态。任何损坏都已经造成。磨损检测很重要，因为它可以减少允许的断线次数。参见图 2。

为了防止磨损/磨损，应保持钢丝绳的所有部件润滑以减少摩擦。^[6] 在钢丝绳制造过程中，钢丝和股线需要润滑，新制造的钢丝绳含有约 1.2% 重量的润滑剂。随着钢丝绳运行循环次数的增加，其表面会渗出润滑剂。实验表明，钢丝绳每运行 0.12 次循环会损失约 100,000% 重量的润滑剂。重新润滑对于在最佳条件下工作以及延长钢丝绳和滑轮的使用寿命是必不可少的。重新润滑的频率在很大程度上取决于环境和安装条件，例如温度、湿度、提升速度和绳索压力。

了解钢丝绳应含有的润滑剂的正确数量非常重要。润滑剂含量过低会导致温度升高、钢丝绳过度磨损和磨损增加。必须避免使用过量的润滑剂，因为这会导致钢丝绳在滑轮上打滑，这是在加速和减速期间驱动滑轮上可以看到的不良影响。天然纤维芯绳比钢芯绳更有优势，因为天然纤维比钢保留了更多的润滑剂（重量比钢多 10-15％）；天然纤维芯具有自润滑作用。操作时，股线会压紧纤维芯，这种压力开始释放润滑剂，这对系统的运行是有益的。

如果有证据表明绳索有结垢现象，则应检查绳股间隙和绳索直径。如果直径减小量小于 4%，则可通过重新润滑来减缓直径的进一步减小。当直径减小量超过 6% 时，通常需要更换绳索。所用的润滑剂应为专门为电梯钢丝绳配制的润滑剂，应能够渗透到绳股中，经久耐用，并且通常含有腐蚀抑制剂。 

绳索表面的锈蚀（图 3）是井道内存在湿气的确凿外部迹象。^[9] 外部腐蚀会降低金属横截面积，从而降低绳索的断裂强度，并通过产生表面不规则性来加速疲劳钢丝断裂。独立钢丝绳芯 (IWRC) 和混合芯绳索上的严重生锈也应引起人们对内部生锈（无法直接看到）的担忧，因为这表明填充钢丝绳股和芯之间内表面的润滑已被破坏。

在潮湿的条件下，可能会发生外部电解腐蚀，而内部结垢可能会加剧腐蚀。电梯井中的水分可能来自许多来源，包括雨水或管道泄漏。电梯井中的污染物也会增加绳索以及其他电梯部件的湿腐蚀。例如海洋大气、污染、工业化学品等。在这些情况下，需要使用特定的建筑材料，例如不锈钢或其他耐腐蚀合金或镀锌部件。

液压缸

带孔液压式升降机配备有埋入式液压缸，其中装有油和活塞。^[10] 气缸直接埋在电梯下方，延伸到底坑地板以下，深度略大于电梯的总行程。暴露在外的埋地气缸可能会腐蚀并随后泄漏。埋地气缸的腐蚀风险在很大程度上取决于当地的土壤条件。因此，无法准确预测特定地点未来气缸腐蚀的时间或可能性。气缸腐蚀和泄漏不仅会导致土壤污染（一个明显的环境问题），还可能危及乘客。有记录显示，气缸因腐蚀而失效，导致电梯自由落体到底坑。 

埋入地下的气瓶需要采用下列方法之一来防止腐蚀：^[11]  

1. 选择适合规定条件的建筑材料。
2. 气缸被完全包裹在外表面且不受所述条件影响的材料包裹，例如 PVC。 
3. 气缸受到精心监控的阴极保护系统的保护。
4. 气缸采用一种能够提供不低于上述方法所提供的免疫水平的装置进行保护。 

阴极保护是将金属的电化学电位保持在避免腐蚀的区域的过程。通过施加电流使要保护的金属成为电化学电池中的阴极或将其连接到牺牲阳极来实现保护。这两种方法都需要监控和维护，以确保持续保护。 

埋地式油缸有两种类型：单底（无安全隔板）和双底（有安全隔板）。大约在 1977 年之前，加拿大的《电梯和自动扶梯安全规范》CSA-B44 并未要求液压缸包含安全隔板。有了安全隔板，当油缸底部发生故障时，油缸的设计使得油通过小孔缓慢且受控地流出主油缸腔。安全隔板并不能消除油缸发生灾难性故障的可能性。1992 年，加拿大的安全规范进行了修改，要求所有新安装的液压缸都必须通过塑料 (PVC) 衬里或等效方式进行防腐保护。 

因此，加拿大大约 1992 年之前安装的所有液压缸都存在腐蚀风险，而大约 1977 年之前安装的液压缸如果没有配备安全隔板，则可能存在额外的安全风险。腐蚀可能导致缓慢泄漏或气缸底部故障，并造成如上所述的灾难性后果。

在加拿大，阴极保护在 1980 世纪 1990 年代末和 XNUMX 年代初很流行，但随着 PVC 封装圆柱体变得流行且易于安装，阴极保护逐渐消失。^[12] 此外，电梯顾问更倾向于使用 PVC 而非阴极保护，因为它无需维护。当美国电梯规范 ASME A17.1 和加拿大 CSA B44 规范在 2002 年左右协调一致时，阴极保护不仅变得可以接受，而且只要定期维护阴极装置，阴极保护就变得相当了。

电梯井

电梯井最常见的问题之一就是渗水。^[13] 当电梯井渗水时，后果可能是灾难性的。水可以通过井底或井壁渗入电梯井。这种情况经常发生在地基漏水的建筑物中，尤其是由于混凝土出现裂缝。地下水位高、周围景观坡度差和土地排水不良的地区，渗水的风险也更大。电梯井中的任何水都会影响提升机构和电气系统，从而导致电梯故障。电梯井中的水还会导致某些部件腐蚀，尤其是钢制部件。参见图 4 和 5。 

电梯井需要防止水渗入，但也需要维护良好、排水充足。应定期监测井，确保井内干燥。  

箱体

另一个关键的安全风险领域是双金属腐蚀（电化学腐蚀）。^[14] 这是一种电化学过程，在电解液存在的情况下，一种金属与另一种金属电接触时会优先腐蚀。最常见的情况是将钢门框直接安装在铝制门槛上，而钢制部分、固定螺栓和铝制门槛之间没有屏障。这种腐蚀很难察觉，但如果存在，就会影响门组的整体强度。 

防腐蚀驾驶室可作为首次安装或改装。这些驾驶室依靠使用耐腐蚀材料（如不锈钢、塑料等）来覆盖驾驶室壁。驾驶室壁和配件的腐蚀通常可能导致外观损坏，而不是结构损坏。 

工业电梯腐蚀示例

工业自动扶梯可以是移动带式或吊斗式，可能会暴露在非常严重的腐蚀和磨损条件下，通常是在户外。一些电梯公司提供防腐电梯，以承受恶劣的工业条件。^[15] 这些都依赖于设计和材料的结合。运输腐蚀性材料（如煤、合成石膏或粉煤灰）的电梯可能存在或存在腐蚀性，因此需要合适的建筑材料。^[16] 可热处理的马氏体不锈钢可用于制造链销和/或衬套。此外，还可使用密封件或表面处理来进一步限制腐蚀。

水泥提升机

工业电梯的一个具体例子是运输散装水泥的电梯。这些电梯可能遭受进水、磨损、擦伤、磨损、腐蚀和超载。^[17] 谷物、石灰、碳和磷酸盐升降机经常会出现严重的腐蚀情况。工程设计专用的热处理不锈钢销和转向节可能需要承受这些条件。 

船舶电梯

船用电梯也采用特殊材料和设计建造，以适应恶劣的船上条件，如恶劣天气、湿度、摇晃、俯仰等。^[18] 船用电梯的载重量一般为500至800公斤，载客量为XNUMX至XNUMX人。电梯框架由不锈钢制成，并带有增强材料以承受额定载荷。轿厢地板采用足够厚度的钢板和乙烯基板。钢丝绳由低碳钢制成，电梯电缆采用改良钢丝（镀锌钢丝绳）。 

矿井升降机

某煤矿的七根悬挂绳索中，有一根被发现存在问题。^[19] 电梯将矿工运进和运出矿井，绳索只使用了 2-3/4 年。出现磨损的绳索是亮色的（无涂层钢丝），其他六根绳索是镀锌的，没有腐蚀。一根绳索的磨损是矿井电梯绳索的典型特征，它们暴露在进入电梯穿过的进气井的新鲜潮湿空气中。当轿厢大部分时间停在地面时，轿厢上方的绳索部分直接暴露在潮湿的空气中。最终，镀锌绳索会失去保护涂层并腐蚀，但这个过程比亮色绳索要长得多。 

在一家煤炭准备厂测试了一组六根悬挂绳索。这些绳索使用了 4-2/3 年。观察到水滴落在牵引滑轮上方的绳索上。水渗入绳索是因为每根绳索中的股线在滑轮上方停留时略微分离。当车停在不同的层站时，绳索上的不同位置会发生渗水。 

自动扶梯

自动扶梯有很多种类型，通常由移动的平梯或斜梯组成，由复杂的传动链机构从下方驱动，但这些机构往往被忽视。它们可能位于建筑物内部或外部，而外部更容易出现腐蚀问题，因此需要通过设计和材料选择来应对。 

自动扶梯可用于运送乘客或工业货物。乘客自动扶梯容易受到含糖饮料、过多水分、沙砾和盐分以及其他污垢和碎屑的腐蚀。^[20] 墨西哥城地铁系统自动扶梯遇到的问题就是一个例子。^[21] 它们发生过多次故障，这意味着每天 22 部自动扶梯中就有 467 部无法使用。在非高峰时段，乘客似乎会在人流量较少的车站的自动扶梯上小便，尿液会渗透并腐蚀驱动轮和机械装置。 

与电梯一样，它们可能会因进水而严重腐蚀。见图 6。需要采取措施防止这种情况发生，并定期检查。 

新德里海边的自动扶梯框架经过热镀锌处理，以防腐蚀。沿海环境的腐蚀性很强，镀锌的耐用性是确保在恶劣环境和人流量大的区域使用寿命的唯一选择。^[22]

结论

虽然在垂直运输系统中腐蚀并不常见，但如果存在腐蚀，则可能对设备的运行和安全造成严重影响。指定适合实际运行条件的正确结构材料非常重要。在需要的地方（如电梯绳索），应进行正确且定期的润滑，以防止磨损/磨损。 

定期进行腐蚀检查和测试非常重要，因为并非所有腐蚀都能通过目视检查立即显现出来。防止水进入电梯或自动扶梯系统也很重要，因为水会引发或加剧腐蚀。 

案例

[1] RS Treseder（编辑）“NACE腐蚀工程师参考书”。第二版（2年），第1991-7页。

[2] 任志倩，陆志强，余琼，蒋云，“高速冲击载荷下某型钢丝绳失效分析及安全防护”，MATEC Web of Conferences 142，03001 (2018)，第1-8页。

[3] Anon，“电梯绳索 - 安装和维护”，IPH SAICF（2016 年），第 5 页

[4] LR Davis（编辑），“腐蚀 – 了解基础知识”，ASM International（2000 年），第 149-151 页。

[5] Paul K. Whitcraft，《制药行业的材料问题》，第 13C 卷。《腐蚀：环境与工业》，ASM International (206) 第 812 页。

[6]腐蚀-doctors.org/MatSelect/rouging.htm 

[7] John Childs，《电梯钢丝绳》，《工厂工程师》，2009 年 8 月/9 月，第 XNUMX-XNUMX 页。

[8] Anon，“电梯中的钢丝绳”，Pfeiffer Drako，2019 月（30 年）第 XNUMX 页。 

[9]马丁·莱纳，“湿绳等于死绳”，《电梯世界继续教育》。在 KJA 组件技术概述 (2020) 中

[10] Anon，《电梯和升降机检查报告状况评估》，Rev A GUNN Proj. No. 1-4655，Gunn Consultants Inc. 八月（2015 年）第 9 页。

[11] Ben Abbaspour，《电梯工程》，《电梯世界》，（2013 年）第 238 页。

[12] 法里德， solucore.com/blog/Cathodic_Protection_on_Hydraulic_Elevators

[13] Anon，“电梯井渗水引起的问题”，foundation-crack-exeprt.com (2020) 

[14] Roger Howkins，《电梯现代化挑战》，奥雅纳公司，（未注明日期）第 11-3 页。

[15] Anon，《防腐电梯》，巴基斯坦电梯工程师 (2022) paklifts.c​​om/elevators/corrosion-proof-elevators/ 

[16] Anon，“Tsubaki 解决方案已为水泥行业的磨蚀性和恶劣环境做好准备”(2021 年) tsubaki.eu/news/2021/01/tsubaki-solutions-为水泥行业的磨损和恶劣环境做好准备 

[17] Ray Hensley，《电梯诀窍》，Renold Jeffrey，转载自《世界水泥》，2017 年 4 月，第 XNUMX 页。

[18] Mayur Agarwal，“船舶电梯指南：建造、安全装置和维护”，《Marine Insight》，10 月 2019 日（XNUMX 年） 

[19} Dennis N. Poffenroth，“电梯悬架和调速器绳索的无损检测”，ELEVATOR WORLD，1996月（73年）第75-XNUMX页。 

[20] James White，“克服自动扶梯挑战”，25 年 2016 月 XNUMX 日，cleaning-matters.co.uk

[21] Anon，“赛百味称‘尿液腐蚀’导致自动扶梯故障”，美联社，15 年 2022 月 XNUMX 日。

[22] Anon，《通力自动扶梯》，美国镀锌协会 (2005) galvanizeit.org/project-gallery/kone-escalators