Запорные клапаны являются важнейшими элементами трубопроводной арматуры тепловых электростанций (ТЭС). Посредством увеличения или уменьшения их проходного сечения происходит управление потоками рабочих сред. Названные устройства оснащены маховиком для ручного управления или встроенным электроприводом.
В процессе работы клапаны испытывают более высокое гидравлическое сопротивление, чем шаровые краны или задвижки. При больших диаметрах прохода и высоких скоростях среды это ведет к значительным потерям энергии и вызывает необходимость увеличивать начальное давление в системе.
Значительные контактные давления и температуры негативно сказываются на узлах запорных клапанов ТЭС. Общий уровень их износа складывается из потерь на трение в отдельных подвижных сопряжениях: резьбовых соединениях, упорном подшипнике скольжения, уплотнительных элементах, на гладкой цилиндрической поверхности штока.
От того, насколько успешно осуществляется защита этих узлов, зависит ресурс клапана, усилия при позиционировании маховиком, мощность электропривода.
Сложные эксплуатационные условиях накладывают определенные ограничения на возможность использования тех или иных смазочных материалов. Так, при температурах +230…+250 °С пластичные смазки неэффективны, так как их базовые масла, даже особо термостойкие, интенсивно испаряются и окисляются.
Успешное применение в запорных клапанах трубопроводов ТЭС нашли антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY: они выдерживают температуры до +600 °С, контактные давления до 2500 МПа, демонстрируют низкий коэффициент трения до 0,03 при медленном скольжении до 0,5 м/с.
Принцип работы покрытий
Технология антифрикционных твердосмазочных покрытий позволяет формировать на поверхностях деталей тонкий композиционный слой, который с химической точки зрения представляет собой прочно сцепленную с основой полимерную матрицу с ультрадисперсными частицами твердых смазок (рис. 1, 2).
Благодаря высокому сопротивлению сжатию и малому сопротивлению сдвигу коэффициент сухого трения покрытия достигает минимальных значений: всего несколько сотых при контактных давлениях, соизмеримых с пределом текучести материала основы.
Рис. 2 Схема покрытия на поверхности
Рис. 3 Фото структуры АТСП при увеличении 500х
Покрытия MODENGY для запорных клапанов ТЭС
Компания «Моденжи» выпускает более 20 видов покрытий, в формулах которых используются твердые смазочные материалы различной химической природы. Они могут сочетаться в разных комбинациях, взаимодействуя и усиливая друг друга.
В качестве твердых смазок выступают:
- Дисульфид молибдена
- Поляризованный графит
- Политетрафторэтилен
- Дисульфид вольфрама
- Нитрид бора
- Фториды кальция и бария
- Сульфид цинка
В качестве связующих компонентов используются различные вещества: полиамид-имидная, фенолформальдегидная, акриловая, кремнийорганическая, модифицированная эпоксидная и стирольная смолы, полиуретан, полибутилтитанат.
Применение твердосмазочных покрытий позволяет создавать такие узлы трения, которые не требуют дальнейшего обслуживания. Покрытия наносятся однократно на весь срок эксплуатации изделий. Обеспечивая необходимое смазывание и защиту поверхностей, они позволяют полностью отказаться от традиционных смазочных материалов.
Для деталей запорного клапана оптимально подходит покрытие MODENGY 1001 с дисульфидом молибдена и графитом.
Оно наносится на подготовленные поверхности путем распыления. По прошествии 5 минут состав становится нелипким на ощупь, что позволяет транспортировать детали без риска повреждения защитного слоя.
Полная полимеризация покрытия MODENGY 1001 происходит за 15 минут при комнатной температуре. Благодаря тому, что этот материал не требует нагрева для отверждения, обладает высокой износостойкостью (400 тыс. циклов ASTM D2714) и низким коэффициентов трения (0,03 по ASTM D2714), он пользуется заслуженной популярностью у арматуростроителей. Диапазон рабочих температур MODENGY 1001 находится с пределах -180…+450 °С.
Сравнительные испытания MODENGY 1001 и штатной смазки на запорном клапане ТЭС
На фото ниже представлены детали клапана, обработанные покрытием MODENGY 1001. Благодаря дисульфиду молибдена – материалу слоистой кристаллической структуры – слой покрытия имеет серо-черный цвет.
Рис. 4. Детали запорного клапана с покрытием MODENGY 1001
Испытания клапанов с покрытием и штатной смазкой проводились на заводе-изготовителе. Диаграмма с моментами открытия/закрытия тех и других показана на рис. 5.
Рис. 5 Моменты открытия/закрытия клапана со штатной смазкой и с покрытием MODENGY
Диаграмма наглядно демонстрирует, что технология сухой смазки позволяет уменьшить трение до 5 раз и стабилизировать его показатели в широком диапазоне условий работы.
Опыт серийного использования покрытий MODENGY на арматуростроительных предприятиях доказал их способность эффективно управлять трением, повышать ресурс и энергоэффективность механизмов.
Твердосмазочная технология проста в реализации и не требует существенных инвестиций в освоение – достаточно стандартного окрасочного оборудования.