Проблема потерь на трение весьма характерна для узлов запорных клапанов, которые работают в условиях высоких контактных давлений, малых скоростей перемещения и повышенных температур. От того, насколько успешно решается эта проблема в различных конструкциях, зависит ресурс клапанов и стабильность их характеристик.
Пластичные смазочные материалы, как правило, неэффективны в режимах работы арматуры – под воздействием химически агрессивных сред и температур +230…+250 ºС они интенсивно испаряются и окисляются. Даже особо термостойкие базовые масла не способны выдержать таких условий.
Задачу снижения трения в запорных клапанах успешно решают специальные антифрикционные покрытия на основе твердых смазок.
Технология твердой смазки
Запорные клапаны с ручным управлением или встроенным электроприводом широко применяются на трубопроводах ТЭС, ТЭЦ и ГРЭС для пропуска/отсечения рабочей среды.
Общие потери на трение в этих узлах зависят от интенсивности контакта его отдельных подвижных сопряжений: резьбового соединения штока со втулкой, гладкой поверхности штока с уплотнительными элементами, элементов упорного подшипника.
Твердые смазочные материалы оптимально быстро и эффективно решают задачу снижения трения в этих сопряжениях. Они отличаются:
- Работоспособностью при температуре до +600 °С и контактных давлениях до 2500 МПа
- Низким коэффициентом трения – до 0,03 при медленном скольжении до 0,5 м/с
Технология сухой смазки в полной мере реализуется путем нанесения на детали запорных клапанов антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП).
Что такое АТСП и как они работают?
Антифрикционные твердосмазочные покрытия формируют на поверхностях деталей тонкую композиционную пленку (5-20 мкм). Ее толщина регулируется количеством слоев АТСП, каждый из которых наносится после высыхания предыдущего.
С химической точки зрения покрытие представляет собой полимерную матрицу, в ячейках которой расположены ультрадисперсные частицы твердого смазочного материала. Слой АТСП прочно сцепляется с основой за счет хорошей адгезии, характеризуется высоким сопротивлением сжатию и малым сопротивлением сдвигу.
Ниже – фото структуры АТСП при увеличении 500х
Какое покрытие выбрать?
Российская компания Modengy, представленная коллективом молодых ученых и инженеров-практиков, разработала линейку уникальных антифрикционных покрытий для решения наиболее острых триботехнических задач.
На сегодняшний день потребителям доступно более 20 видов АТСП, каждое из которых включает в состав твердые смазочные компоненты, связующие вещества и растворители.
В качестве твердых смазок используются:
- Дисульфид молибдена
- Поляризованный графит
- Политетрафторэтилен (ПТФЭ, или тефлон)
- Дисульфид вольфрама
- Нитрид бора
- Фториды кальция и бария
- Сульфид цинка
В качестве связующего выступает смола определенного вида (эпоксидная, стирольная, акриловая и др.), полиуретан или полибутилтитанат. За счет полимеризации этих веществ при определенных условиях твердые смазки прочно удерживаются на обработанных поверхностях. Растворитель, содержащийся в составе АТСП, облегчает его нанесение и вскоре испаряется.
Для деталей запорного клапана рекомендуется применять покрытия MODENGY 1001 и MODENGY 1004 на основе дисульфида молибдена.
MODENGY 1001, который помимо MoS2 содержит поляризованный графит, давно пользуется популярностью у производителей трубопроводной арматуры. благодаря высокой износостойкости (400 тысяч циклов по ASTM D2714) и способности полимеризовываться при комнатной температуре за 15 минут это покрытие заслужило только положительные оценки потребителей.
MODENGY 1001 имеет очень широкий диапазон рабочих температур – -180… +450 °С, но не предназначено для защиты деталей от коррозии, поэтому при необходимости его заменяют покрытием MODENGY 1004. Оно выдерживает более 500 часов при тестировании в соляном тумане, что гарантирует его отличные антикоррозионные свойства. MODENGY 1004 обладает повышенной несущей способностью (16 000 Н по ASTM D2625) и сохраняет защитные функции при температурах от -200 до +430 °С. Покрытие отверждается при нагреве до 200 °С в течение 30 минут.
На фото ниже показаны детали запорного клапана, обработанные MODENGY 1004. Слой покрытия имеет серо-черный цвет за счет дисульфида молибдена.
АТСП MODENGY 1001 выпускается в аэрозольной форме, наносится легко и не требует какого-либо дополнительного оборудования. Покрытие MODENGY 1004, имеющее жидкую консистенцию, как правило, распыляется на поверхности с помощью краскопульта или другого окрасочного устройства. АТСП становится нелипким на ощупь уже в течение 5 минут, а полностью полимеризуется на протяжении более длительного времени (от 15 минут до 12 часов – в зависимости от конкретного вида).
Испытания коэффициента трения покрытия MODENGY 1004
На заводе-изготовителе запорной арматуры сравнили коэффициенты трения деталей в моменты открытия и закрытия клапана, обработанного штатной смазкой и покрытием MODENGY 1004.
Результаты испытаний отражены в диаграмме.
Очевидно, что коэффициент трения деталей с MODENGY 1004 не только до 5 раз ниже, но и стабильнее, чем на элементах с обычной смазкой.
Применение технологии АТСП позволяет не только эффективно управлять трением и повышать ресурс запорных клапанов, но и полностью отказаться от традиционных смазочных материалов. Покрытия наносятся однократно и работают весь срок эксплуатации изделий, обеспечивая необходимое смазывание и защиту поверхностей.
Твердосмазочная технология проста в реализации и не требует дополнительных затрат, так как подразумевает использование стандартного окрасочного оборудования.
