Инженерные решения в области
смазочных материалов и клеев-герметиков

Снижение трения в реечном механизме клапанов осевого типа

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY прошли апробацию в реечных механизмах клапанов осевого типа. Установлено, что их применение снижает трение в зубчатом зацеплении в 3-5 раз. При этом, соответственно, увеличивается ресурс узла, повышаются плавность хода и точность регулирования клапана.

Введение

Клапаны осевого типа являются элементом запорной и регулирующей арматуры и применяются на трубопроводах в различных сферах, связанных с транспортировкой жидких и газообразных рабочих сред. Широкое распространения осевые клапаны получили на магистральных нефтепроводах, нефтеперерабатывающих предприятиях, в газотранспортных и газодобывающих системах и других сферах.

Устройства осевого типа характеризуются компактностью, отличаются более высокой производительностью, пониженным уровнем шума. Такая конструкция эффективно предотвращает появление эрозии и образование турбулентности потока рабочей среды. В то же время в некоторых подвижных сопряжениях таких клапанов возникает повышенное трение, отрицательно влияющее на эксплуатационные свойства и эффективность изделия.

Для решения задачи по снижению трения была предложили технологию твердой смазки на основе применения антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП).

Постановка задачи

Запорный элемент (поршень) клапана осевого типа приводится в движение реечной передачей, состоящей из расположенных под прямым углом косозубых реек – штока поршня и шпинделя (рис. 1).

Реечный приводной механизм клапана осевого типа

Рис. 1. Реечный приводной механизм клапана осевого типа

Такая конструкция предполагает предполагает высокую точность изготовления и минимальный зазор между элементами зубчатой передачи.

Так как рейки работают в режиме скольжения при высоких нагрузках и повышенных потерях на трение, то для работы привода требуются значительные усилия. Силы трения, возникающие при эксплуатации клапана, вызывают упругую деформацию реек. даже незначительное изменение геометрии зубьев при этом могут привести к заклиниванию передачи.

Кроме того, при циклическом движении элементов привода происходит изнашивание зубьев с увеличением вероятности заедания механизма.

Для предотвращения негативных моментов при эксплуатации клапанов осевого типа необходимо применять такие смазочные материалы, которые бы выдерживали высокие контактные давления, возникающие между поверхностями зубьев при низкой скорости их перемещения.

Традиционные пластичные смазки, выдавливаясь из зоны контакта, формируют лишь очень тонкую граничную пленку, эффективность которой недостаточна для снижения трения.

В таких экстремальных условиях оптимальным решением является применение твердосмазочных технологий.

В качестве твердых смазок используются различные материалы, обеспечивающие очень низкий коэффициент трения (до 0,03) при высоких контактных давлениях до 2500 МПа и низких скоростях скольжения (до 0,5 м/с).

Диапазон рабочих температур твердых смазок различных типов составляет -200…+600 ºС.

Для решения задачи по снижению трения в реечной передаче клапанов осевого типа инженеры российской компании MODENGY предложили технологию твердой смазки на основе применения специальных антифрикционных твердосмазочных покрытий (АТСП).

Что такое антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП)?

Антифрикционные твердосмазочные покрытия – это группа материалов, которые представляют собой мелкодисперсные частицы твердых смазок, равномерно распределенные в специальных связующих веществах и растворителях. При нанесении на поверхность растворители испаряются, а связующие вещества полимеризуются.

Структура антифрикционного твердосмазочного покрытия

Рис. 2. Структура АТСП

В результате образуется тонкая пленка толщиной 5-35 мкм, представляющая собой прочно связанную с поверхностью полимерную матрицу, в ячейках которой находятся частицы твердосмазочных веществ. Такие покрытия выдерживают значительные нагрузки и имеют очень малое сопротивление сдвигу, т.е. обеспечивают очень низкий коэффициент трения.

Выбор АТСП

Специально для реечных механизмов различного оборудования компания MODENGY разработала антифрикционные твердосмазочные покрытия – MODENGY 1004 и MODENGY 1005. Эти материалы наносятся на рейки однократно на стадии производства или технического обслуживания изделия. обеспечивают необходимое смазывание и защиту поверхностей в течение всего срока эксплуатации изделия.

В таблице 1 приведены основные характеристики АТСП MODENGY.

Таблица 1. Состав и характеристики АТСП MODENGY

Марка АТСП

MODENGY

Твердо-смазочный компонент

Диапазон рабочих температур, °С

Несущая способность по ASTM D2625, H

Износостойкость по ASTM D2714, тыс. циклов

Коэффициент трения по ASTM D2714

Защита от коррозии по ISO R 1456 (тест в соляном тумане), ч

1005

Дисульфид молибдена, графит

-70…+255

15000

280

0,03

1004

Дисульфид молибдена

-200…+440

16000

50

0,03

500

Главное преимущество MODENGY 1004 – его высокие антикоррозионные свойства. Этот материал обеспечивая необходимую защиту и смазывание и особенно эффективен для применения с материалами, подверженными коррозии.

Антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1005 отличается от предыдущего материала более высокой износостойкостью (см. табл. 1). Однако антикоррозионные свойства у Modengy 1005 значительно ниже.

На рис. 3 показаны фото деталей реечного механизма клапана с АТСП MODENGY 1004.

Зубчатая рейка привода клапана осевого типа с нанесенным покрытием MODENGY 1004

Зубчатая рейка привода клапана осевого типа с нанесенным покрытием MODENGY 1004

Рис. 3. Детали реечного механизма с АТСП MODENGY 1004

Покрытия наносятся методом распыления жидкого состава на подготовленную поверхность. В течение 5 минут растворители испаряются, покрытие частично полимеризуется и деталь может транспортироваться без риска повреждения покрытия.

Процесс полимеризации АТСП завершается после нагрева и выдержке при повышенной температуре (не более +200 ºС) в течение определенного времени (не более 60 мин). Конкретные условия полимеризации зависят от марки покрытия.

АТСП MODENGY прошли апробацию в реечных механизмах клапанов осевого типа. Установлено, что их применение снижает трение в зубчатом зацеплении в 3-5 раз. При этом, соответственно, увеличивается ресурс узла, повышаются плавность хода и точность регулирования клапана.

Заключение

АТСП от MODENGY придает поверхности реечной передачи необходимый комплекс триботехнических и защитных свойств при работе в экстремальных условиях высоких нагрузок.

Технология твердосмазочных покрытий позволяет эффективно управлять трением, повысив ресурс и энергоэффективность клапанов осевого типа.