Файл: Практический опыт использования минеральных износостойких покрытий в условиях агрессивных сред, абразива и ограниченной смазки на деталях пар трения различного назначения для обеспечения надежности их работы и увеличения ресурса.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 15
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
«Практический опыт использования минеральных износостойких покрытий в условиях агрессивных сред, абразива и ограниченной смазки на деталях пар трения различного назначения для обеспечения надежности их работы и увеличения ресурса»
Кислов Станислав Валентинович, Генеральный директор НПЦ «Технологии минеральных покрытий»
Любая современная техника обладает таким свойством, как износостойкость узлов и механизмов. Низкий ресурс узлов и агрегатов приводит к необходимости значительных затрат на ремонт и производство запчастей. Примером могут служить детали узлов подшипников скольжения, шейки валов, втулки, детали зубчатых зацеплений в редукторах и многое другие. Затраты на ремонт и техническое обслуживание узлов, деталей и механизмов могут в несколько раз превышать ее стоимость.
Ситуация усугубляется, когда детали, даже обладающие достаточными физико - механическими свойствами, работают в агрессивных средах (морская вода, соляной туман, сероводород, абразивные смеси и т.д.), что является типичным случаем для многих отраслей промышленности и различных видов транспорта. Причина низкого ресурса деталей и других элементов конструкций, в значительной степени может быть связана с износом и коррозионным повреждением их поверхностных слоев. Для устранения и/или торможения процессов, протекающих на границе металл-среда и негативно воздействующих на работоспособность материалов, применяют различные виды поверхностной обработки.
До последнего времени основными направлениями по борьбе с изнашиванием в машиностроении были повышение твердости поверхностей трущихся деталей и создание покрытий. Разработаны, хорошо исследованы и получили широкое распространение такие методы повышения твердости деталей как азотирование, цементация, другие методы модифицирования поверхности, а также методы создания покрытий, защитных пленок и слоев гальваническими методами, методами термической обработки, ионно-плазменной обработки, микродугового оксидирования, газоплазменного напыления и другими. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, а также ограничения применения. К достоинству многих из этих методов можно отнести относительно невысокую стоимость, к недостаткам – проблемы адгезии, появление дефектов, ограничения, накладываемые размером ванн, печей, вакуумируемого пространства, изменение геометрии детали после обработки.
Защита материалов от износа и коррозии, снижение трения пар материалов путем нанесения защитных покрытий или же модификации поверхности является одним из важных направлений развития материаловедения, успешное продвижение по которому позволяет значительно уменьшить расход металлов, повысить качество и долговечность работы оборудования, существенно увеличить производительность труда, сэкономить материальные, трудовые и энергетические ресурсы. Каждый из перечисленных методов защиты материалов от износа по разным причинам имеет свою нишу во многих технологических процессах. Но оказалось, что существует технология и общие подходы к изменению поверхности, которые не имеют указанных выше недостатков, а параметры износостойкости, коррозионной стойкости, антифрикционные свойства, особенно в агрессивной среде для многих пар трения, значительно превосходят лучшие результаты, созданные традиционными способами. Разработанная оригинальная технология создания модифицированных минеральных слоев представляет собой комплексную технологию формирования поверхностей пар трения механических систем, основанную на использовании нового класса конструкционных материалов - минералов природного происхождения, после специальной обработки приобретающих высокую термодинамическую устойчивость. Использование минеральных покрытий на различных деталях: узлах подшипников скольжения, шейках валов, деталях зубчатых зацеплений в редукторах и роликах различного назначения показало прекрасные эксплуатационные характеристики. Применение минеральных покрытий на узлах, агрегатах, деталях, сокращает энергопотребление и повышает энергоэффективность производства за счет увеличения срока службы деталей и повышения эффективности их работы. Анализ опыта применения минеральных покрытий на некоторых предприятиях России показал не только значительную экономию средств и ресурсов, но и возможность обретения предприятиями решающего конкурентного преимущества. Как показывает имеющийся международный опыт нашего сотрудничества, научно-технические экспертизы Фонда Бортника, Роснано, Фонда Сколково,а также заключения многих экспертов мирового уровня, в настоящее время подобной технологии нет больше ни у кого ни в России, ни в других странах мира.
Немаловажным фактором в различных видах арматуры является момент страгивания после стояночного режима оборудования(более 1 недели) во время проведения регламентных или аварийных остановов, проведения текущих или капитальных ремонтов и др. В данном случае в месте контакта металлических деталей и
уплотнения возникает химическая реакция, вызывающая коррозию металла с адгезивным воздействием-«закисание». Этому также активно способствуют остаточные частицы регулируемой среды(пар, кислоты, морская вода, газ, нефть и др.). После этого зачастую уплотнение частично или полностью разрушается. В энергетике на различных ТЭЦ и ГРЭС применяется операция так называемого «расхаживания» штока, когда краном дёргают шток, чтобы как-то стронуть его. В зависимости от времени простоя бывают случаи, когда штока «закисают» настолько, что происходит их обрывание со всеми вытекающими последствиями.
Учитывая важность задачи по повышению безопасности и надёжности работы турбинного оборудования, был проведен ряд стендовых и эксплуатационных испытаний на различных объектах.
-
Во избежание подобных явлений, на ответственном узле парораспределения паровой турбины, на ОАО «Калужский турбинный завод» были проведены натурные испытания пары «шток - уплотнение из терморасширенного графита», работающей при температуре пара 560 0С. Предварительно производился замер усилия страгивания штока в уплотнении, после чего был смоделирован останов работы узла, который был оставлен без движения на 1 месяц при остаточной влажной среде. По истечении этого времени был произведён повторный замер усилия страгивания, значение которого НЕ ИЗМЕНИЛОСЬ. -
По просьбе одной из партнёрских энергоремонтных предприятий, для нужд Рязанской ГРЭС были произведены работы по нанесению минеральных покрытий на штоках из стали 15Х11МФ регулирующих клапанов турбины К-300-240. Усилие страгивания не превысило 300 кгс, что позволило применить минеральные покрытия для штоков клапанов с непроточными сальниковыми уплотнениями, устанавливаемых взамен клапанов , исчерпавших ресурс клапанов на турбинах, находящихся в эксплуатации. Впервые покрытия были применены в 2010 годуу на стопорных и сбрасывающих клапанах на турбине К-300-240, которые успешно эксплуатируются на ГРЭС. При осмотре состояния штоков в зоне их взаимодействия с сальниковыми уплотнениями было обнаружено, что:
- отсутствует коррозионная активность материалов уплотнения с материалом штока;
- не замечено следов коррозии на материале штока;
- не обнаружено «закисление» пары коррозии на материале шток-уплотнение после стояночного режима.
На основании данных фактов специалистами был сделан вывод, что применение минеральных покрытий на штоках для клапанов турбин на до-и сверхкритичные параметры пара существенно изменило ситуацию в использованию непроточных сальниковых уплотнений на основе ТРГ и позволило отказаться от уплотнений на основе жидкометаллических материалов.
Обобщая хорошие показатели обоих случаев, можно говорить, что минеральные покрытия кроме хороших триботехнических свойств, также одновременно обладают хорошими антикоррозионными свойствами и устойчивостью к воздействию химически активных материалов.
Также может быть интересен пример по воздействию сероводорода на различные детали. В условиях Камчатской геотермальной электростанции с 2003 года эксплуатируются турбины, на которые подаётся вулканический пар, прошедший предварительную очистку, но, ввиду невозможности полной очистки, имеющий в своём составе 8-12 % серную кислоту. Учитывая агрессивность среды, были произведены работы по нанесению минеральных покрытий на детали узлов регулирования и защиты турбины. Все узлы работают надёжно до сих пор без каких-либо замечаний и отказов.
В арматуре вследствие трения и износа наиболее часто встречаются такие явления, как :
-
разгерметизация -
протечки -
заклинивание плунжерных пар, штоков, запирающих элементов -
Абразивный или механический износ, в результате режущего или царапающего действия твердых тел или частиц -
износ пальцев при повороте затвора -
коррозионно-механический износ -
износ поверхностей твердыми подвижными частицами -
износ клинового затвора -
и многие другие……………………
Для решения многих из вышеперечисленных проблем в сотрудничестве с одним из крупнейших российских производителей арматуры в конце 2015 года были произведены испытания образцов имитаторов с минеральным покрытием :
-
Образцы-имитаторы уплотнительных поверхностей арматуры. -
Образцы-имитаторы для проведения испытаний на 2-х угловой изгиб и стойкость в камере повышенной влажности.
Материал образцов: сталь 20Х13, сталь 20, сталь 45Х, наплавки.
В соответствии с Договором и программе испытаний на образцах с минеральным покрытием были проведены следующие испытания:
-
Испытание на износостойкость.
Испытания проводились на стенде возвратно-поступательного перемещения. Триботехнические испытания показали значительное повышение износостойкости образцов с минеральным покрытием (в 4-5 раз, 500-600%) по сравнению с износостойкостью исходных образцов. На протяжении испытаний образцы с минеральным покрытием прирабатывались, понижая шероховатость. После завершения испытаний приработанная поверхность имела шероховатость Ra 0,1.
-
Определение фрикционных свойств.
В ходе приработки образцов поверхности трения показывали склонность к выглаживанию. В ходе испытаний образцов с минеральным покрытием наблюдалось снижение коэффициента трения по сравнению с коэффициентом трения на образцах без минерального покрытия с Ra 0,6 до Ra 0,3.
-
Испытания противозадирных свойств.
В результате испытаний на стенде образцы с минеральным покрытием показали отсутствие задиров и признаков схватывания. В процессе приработки наблюдалось выглаживание образцов с понижением шероховатости до Ra 0,1 (зеркально-гладкая поверхность).
-
Испытание на пластичность.
Испытание на пластичность проводилось в специальной оснастке по ГОСТ Р 9.317-2010, п.5.2. Образец с минеральным покрытием выдержал испытание на пластичность (2-х угловой изгиб) с прогибом 0,5 мм. Трещины и расслоения не обнаружены. Соответствует указанному выше ГОСТ.
-
Испытание на коррозионную стойкость.
Испытания проводились в камере с повышенной влажностью с автоматическим поддержанием установленного режима температуры (40±3)0С и относительной влажности окружающего воздуха (97±3)%. При испытаниях контролировался внешний вид минерального покрытия до начала испытаний, после испытаний продолжительностью 130 часов и после испытаний продолжительностью 650 часов. Перед проведением испытаний на воздействие повышенной влажности воздуха проведена проверка внешнего вида образцов наружным осмотром.
В соответствии с протоколом испытаний после 130 часов проведена проверка внешнего вида наружным осмотром. На всех образцах коррозии не обнаружено. Испытание было продолжено до 650 часов, после испытания проведена проверка внешнего вида наружным осмотром. На всех образцах следы коррозии, вздутия, трещин и расслоений не обнаружены.
Несмотря на то, что шероховатость не являлась основным параметром, контроль шероховатости осуществлялся профилометром на всех образцах до и после нанесения минерального покрытия. Значения шероховатости (Ra) образцов с минеральным покрытием находилось в пределах (1,66-3,93). После триботехнических испытаний на износостойкость наблюдалось выглаживание образцов с понижением шероховатости до Ra 0,1.
Выводы
-
Триботехнические испытания показали значительное повышение износостойкости образцов с минеральным покрытием (в 4-5 раз, 500-600%) по сравнению с износостойкостью исходных образцов.