К вопросу выбора термостойких смазочных материалов для узлов энергетической арматуры

Введение

Арматура энергетических систем и машин устанавливается на трубопроводах, рабочей средой в которых является пар и вода. Узлы энергетической арматуры работают в очень тяжелых условиях, характеризуемых высокими давлениями, температурой (до +700 °С) и контактными напряжениями на уплотнительных поверхностях затворов. При этом одними из важнейших требований являются обеспечение надежного функционирования после длительного нахождения арматуры в закрытом или открытом положении, обеспечение заданной скорости перекрытия рабочего сечения и гарантированного числа циклов открытия-закрытия при рабочих параметрах, легкость хода и герметичность. Выполнение этих требований так или иначе связано с эффективностью управления процессами трения и изнашивания, протекающими на контактных поверхностях. Поэтому вопрос выбора смазочного материала приобретает исключительную важность в таких экстремальных рабочих условиях.

Типичные причины отказов

Для энергетической арматуры характерны как проблемы общего порядка, так и специфические, обусловленные особой совокупностью рабочих условий:

• повышенное трение и, соответственно, повышенное усилие на привод затвора;

• потеря герметичности из-за повреждения, задира рабочих поверхностей в процессе трения;

• уменьшенный ресурс из-за изнашивания рабочих поверхностей;

• потеря подвижности затвора из-за его прикипания к сопряженным поверхностям и заедания;

 Ситуация осложняется тем, что любые пластичные смазки фактически не работоспособны в условиях эксплуатации энергетической арматуры. Основным смазывающим компонентом пластичной смазки является масло. Минеральные масла начинают интенсивно окисляться и испаряться уже при температурах более +70 °С, причем скорость этих процессов удваивается при повышении температуры на каждые 10-15 °С. Фактический предел их эффективности ограничен +120…+130 °С. Наиболее термостойкие на сегодняшний день пластичные смазки на основе синтетических перфторполиэфирных масел имеют верхний предел рабочих температур не более +250…+260 °с. кроме того, масла не могут обеспечить эффективную смазку в условиях высоких контактных давлений и низких скоростей скольжения из-за недостаточной толщины и несущей способности образуемой в таких условиях граничной смазочной пленки. Очевидно, что условия эксплуатации энергетической арматуры находятся за пределами эффективности любых масел и пластичных смазок на их основе.

Для работы в условиях нагрева более 300 °С, низких скоростей скольжения и высоких контактных давлений целесообразно использовать смазочные материалы на основе высокодисперсных антифрикционных порошков - твердых смазок. В качестве таковых доказали на практике свою эффективность графит, дисульфид молибдена, мягкие металлы - медь и олово, соединения на основе кальция и цинка (оксиды, гидроксиды, фосфаты), а также их композиции.

Высокодисперсный порошок твердой смазки способен в процессе трения под нагрузкой заполнять впадины микронеровностей контактирующих поверхностей, увеличивая их опорную площадь и несущую способность (рис. 1). Также происходит уплотнение микрозазоров и повышение герметичности.

Рис.1. Механизм действия высокодисперсных порошков твердых смазок

Твердая смазка может использоваться непосредственно в виде порошка, но такой вариант не очень удобен при нанесении и не всегда дает необходимую адгезию. Поэтому порошок смешивают с легким маслом-носителем и получают смазочную пасту. Также он может смешиваться со связующей смолой с получением антифрикционного твердосмазочного покрытия.

Dow Molykote выпускает готовые к применению композиции на основе твердых смазок в виде термостойких паст и антифрикционных покрытий. В таблице 1 дан обзор сравнительных характеристик этих материалов на температуры более +400 °С.

Табл. 1.

Сравнительные характеристики термостойких паст и антифрикционных покрытий ®

^{1АФП - антифрикционное твердосмазочное покрытие;}

^{2КБТС - композиция белых твердых смазок (оксиды, гидроксиды, фосфаты);}

^{3ПАО - полиальфаолефин;}

^{4для паст определяется нагрузка сваривания на четырехшариковой машине трения по стандарту 51350, для антифрикционных покрытий определяется критическая нагрузка на машине -2625, значения для паст и антифрикционных покрытий несопоставимы - их нельзя сравнивать из-за разных методов определения.}

Указанные в таблице 1 материалы используются для смазывания резьбовых соединений (рис. 2), штоков и ходовых винтов, подшипников скольжения, поверхностей трения затворов. Они обеспечивают снижение трения и износа, выполняют разделительную функцию, предотвращая прикипание. Достаточно известные пасты на основе дисульфида молибдена, в частности Molykote G-Rapid Plus позволяют достичь наиболее низкого трения, но их верхний предел температур ограничен +450 °С (+650 °С при ограниченном доступе воздуха) из-за возможной реакции смазочного компонента с кислородом и потери смазочных свойств. Поэтому при более высоких температурах применяются пасты на основе графита, порошков меди и олова (до +650 °С), а также композиций белых твердых смазок и специальных термостойких добавок (до +1200 …+1500 °С). К ним относятся особо термостойкие пасты Molykote P-74 (рис. 3) и Molykote P-37. Они отличаются очень высокой несущей способностью и стабильным трением в широком диапазоне условий работы.

Рис. 2. Нанесение пасты Molykote 1000 перед сборкой крепежа

Рис. 3. Упаковка и внешний вид пасты Molykote P-74

В некоторых ситуациях оптимальным решением будет применение антифрикционных твердосмазочных покрытий. Эти материалы не имеют в составе масла и образуют сухую смазочную пленку, а связующие смолы в их композиции обеспечивают надежное сцепление твердых смазок с поверхностью (рис. 4).

Рис. 4. Шток клапана с антифрикционным покрытием Molykote 3400A Leadfree

Заключение

Для эффективного управления трением в узлах энергетической арматуры необходимы смазочные материалы с особыми свойствами - термической стабильностью до +700 °С, высокими несущей способностью и антифрикционными характеристиками при медленном перемещении контактирующих деталей. В условиях работы энергетической арматуры оптимально использование материалов на основе высокодисперсных порошков термостойких твердых смазок в виде паст и антифрикционных твердосмазочных покрытий. Настоящий краткий обзор поможет сориентироваться в ассортименте таких материалов марки и выбрать наиболее оптимальный для конкретного применения вариант. За более подробной информацией призываем обращаться в компанию ООО «АТФ», которая уже более 10 лет является официальным дистрибьютором в России.

Москва-Брянск, июнь 2016 года