Operation problems solution for the control systems threaded connections at the nuclear power-stations

The parts made of stainless steels and alloys are widely used in the nuclear energy units. However, metal gets more brittle and its fatigue strength reduces due to radiation exposure. That is the reason why nuclear power-station equipment threaded connections undergo a number of specific operation problems.

В атомных энергетических установках широко применяются узлы, детали которых изготовлены из нержавеющих сталей и сплавов. Однако под воздействием радиации металл может становиться более хрупким, а его усталостная прочность – снижаться. По этой причине резьбовые соединения оборудования атомных электростанций испытывают ряд специфических проблем при их эксплуатации. Уже при относительно невысоких нагрузках на витках резьбы может происходить образование задиров, обусловленное высокой вязкостью и низким пределом текучести нержавеющих материалов.

В процессе монтажа или демонтажа резьбовых соединений задиры часто становятся причиной пластических деформаций и, как следствие, – заеданий и заклиниваний на поврежденном участке. Эта проблема подробно рассматривается в статьях "Типичные проблемы при работе резьбовых соединений и пути их решения" и "Пасты Molykote для резьбовых соединений из нержавеющих сталей".

Предотвратить различные повреждения крепежа из нержавеющей стали на атомных электростанциях можно путем применения специальных смазочных материалов при условии обязательного учета специфики их эксплуатации.

Резьбовые соединения, работающие в условиях радиацииРезьбовые соединения оборудования АЭС подвергаются воздействиям влаги, высоких температур и повышенного радиоактивного излучения, которое вызывает постепенное разрушение традиционных смазок. Некоторые компоненты обычных смазочных материалов, такие как, например, сурьма, в условиях радиации образуют радиоактивные изотопы и сами становятся источниками излучения.

Корпорация Dow Corning разработала и производит ряд специальных антифрикционных покрытий Molykote, которые идеально подходят для работы в резьбовых соединениях атомных электростанций. Эти инновационные материалы устойчивы к длительному воздействию радиации и не содержат компонентов, которые в процессе эксплуатации атомного реактора могут сами становиться источниками излучения.

В отличие от традиционных резьбовых паст и смазок антифрикционные покрытия (АФП) Molykote наносятся на поверхность соединений не непосредственно перед сборкой, а заблаговременно, приобретая все необходимые эксплуатационные свойства в процессе отверждения. АФП – это материалы, которые подобны обычным краскам, однако вместо красящего пигмента они содержат твердые смазочные вещества, распределенные равномерно в объеме смеси растворителей и связующих. В качестве твердых смазок для антифрикционных покрытий обычно используют тщательно подобранные композиции порошков графита, дисульфида молибдена и некоторых других специальных наполнителей. Эти твердые смазки характеризуются высокой  окислительной стабильностью, термостойкостью и химической инертностью.

При проектировании антифрикционных покрытий Molykote учитывается синергетическое взаимодействие их компонентов, которое позволяет значительно усилить эксплуатационные свойства  АФП.

Производители диагностического оборудования для атомных энергетических установок постоянно сталкиваются при обслуживании со сложностью монтажа и демонтажа корпусов телевизионных систем, предназначенных для оперативного контроля состояния внутренних поверхностей топливных каналов и графитовой кладки ядерных реакторов.

Телекамера для контроля состояния внутренних поверхностей ядернаых реакторовИз-за риска загрязнения оптических и внутренних электронных компонентов применение пластичных и жидких смазочных материалов  здесь недопустимо.

Отличным решением данной проблемы стало термоотверждаемое антифрикционное покрытие Molykote D-7409 на основе графита и дисульфида молибдена с полиамидным связующим в системе специальных растворителей.

Основные свойства и характеристики покрытия Molykote D-7409 приведены в нижеследующей таблице.

Таблица. Характеристики антифрикционного покрытия Molykote D-7409

Характеристики Значение
Цвет Серо-черный
Диапазон эксплуатационных температур, °С -70…+300
Динамическая вязкость при температуре 20 °С, Па·с 0,4
Плотность при температуре 20 °С, г/см3 1,17
Защита от коррозии (испытание в соляном тумане), ч 250
Критическая нагрузка для поверхности после фосфатирования/после пескоструйной обработки (метод Falex), кH 11,1/8,7
Срок службы для поверхности после фосфатирования/после пескоструйной обработки (машина –LFW-1, движение – возвратно-поступательное, коэффициент трения – до f=0,08, нагрузке – 980 H, частота – w=89,5 циклов/мин), тыс. циклов 153…228/158

В ходе проведенных испытаний Molykote D-7409 наносилось на предварительно очищенную и обезжиренную резьбовую поверхность путем распыления. Для полимеризации покрытия деталь нагревалась до +220 °С и выдерживалась в течение 30 минут. Толщина отвержденной пленки при этом составила 11±1 мкм.

АФП Molykote D-7409 на резьбовой поверхности

В течение испытаний собранное изделие подвергалось воздействию гамма-излучения с интегральной дозой 2·108 Рад. В течение  нескольких циклов откручивания-закручивания визуально оценивалось изменение качества покрытия, производилось измерение момента силы откручивания-закручивания.

Исследования показали, что  под воздействием гамма-излучения внешнего вид и цвет покрытия не изменились, стирания и осыпания покрытия не произошло. При откручивании и закручивании скрипов и заеданий в резьбовых соединениях не отмечено. Среднее значение максимального момента силы откручивания-закручивания также не изменилось.

Таким образом, покрытие Molykote D-7409 сохраняет все свои эксплуатационные свойства и эффективно работает на АЭС даже в экстремальных условиях воздействия радиации, влаги и высоких температур.

По результатам испытаний изготовителем радиационно-стойких телевизионных систем для АЭС было принято решение о внедрении антифрикционного покрытия Molykote D-7409 в производство.

 

 

Other articles