Современные энергетические машины совершенствуются в направлении расширения температурного диапазона эксплуатации, увеличения скорости вращения и повышения долговечности узлов.
В качестве опор вала высокоскоростных энергетических установок используются лепестковые газодинамические подшипники (ЛГП), несущую поверхность которых образуют металлические пластины.
Они позволяют полностью отказаться от применения масла, что обеспечивает повышение мощности агрегатов, расширение температурного диапазона их эксплуатации, снижая габариты установок.
Принцип работы ЛГП сводится к образованию газового клина между ними и валом при высокой скорости вращения ротора. «Подушка» из сжатого воздуха полностью разделяет рабочие поверхности вала и подшипника, износа деталей при этом не наблюдается. По мере увеличения скорости вращения повышается несущая способность подшипника. Он центрует вал, демпфирует колебания, снижает количество отказов оборудования.
Когда оптимальная скорость вращения не достигнута и пластины контактируют с валом, - в моменты пуска-останова установки, в переходных и аварийных режимах работы – между деталями возникает высокое трение. Для обеспечения смазывания элементов ЛГП подходят исключительно материалы, реализующие технологию твердой смазки – антифрикционные покрытия.
Они наносятся на несущую поверхность лепестков и обеспечивают низкий коэффициент трения контактирующих компонентов.
Данные материалы должны обладать высокой износо- и термостойкостью и иметь хорошую адгезию к основе.
Лепестковые газодинамические подшипники могут работать при температуре от -50 до +700 °С и выше. В связи с этим возникают сложности в подборе твердой смазки, работающей в таком температурном диапазоне.
Известные на сегодня твердые смазочные материалы, использующиеся в составе антифрикционных покрытий, не могут эффективно работать в таких режимах.
Так, коэффициент трения дисульфида молибдена существенно повышается при эксплуатации при нагреве более +300 °С. Графит для реализации смазочных функций требует наличия в своем составе влаги, которая испаряется при температуре выше +200 °С.
Фторид кальция и оксиды некоторых металлов, напротив, проявляют смазочные свойства при нагреве выше +400 °С.
Решение задачи по снижению износа лепестков газодинамических подшипников лежит в области комбинирования известных твердых смазочных материалов и создания обратимо адаптирующихся покрытий.
Адаптивные покрытия для элементов ЛГП
Адаптивный механизм таких материалов заключается в создании новых структур при переходе из одной температурной области в другую. Причем при возвращении из высокотемпературного режима работы покрытие принимает исходное состояние.
Российской компанией «Моденжи» был разработан ряд адаптивных твердосмазочных покрытий, которые успешно применяются на элементах ЛГП. На рис. 1 в качестве иллюстрации приведен внешний вид элементов упорного ЛГП с покрытием MODENGY 1014.
Далее приведены характеристики покрытий, нашедших применение в лепестковых газодинамических подшипниках.
MODENGY 1014:
- Твердые смазочные материалы в составе: дисульфид молибдена, политетрафторэтилен
- Термическая стойкость: +255 °С
- Серый цвет
- Нанесение методом распыления
- Особенности: гладкая текстура
MODENGY 1007 / MODENGY 1077:
- Твердые смазочные материалы в составе: графит, керамика
- Термическая стойкость: +350 °С
- Серо-черный цвет
- Нанесение методом распыления
- Особенности: версия 1077 с повышенной износостойкостью
- Твердые смазочные материалы в составе: дисульфид вольфрама, графит
- Термическая стойкость: +500 °С
- Серый матовый цвет
- Нанесение методом распыления
- Особенности: низкий коэффициент трения
- Твердые смазочные материалы в составе: высокотемпературная адаптивная композиция
- Термическая стойкость: +730 °С
- Серо-черный цвет
- Нанесение методом распыления
- Особенности: многоступенчатый режим полимеризации
Подбор оптимальных покрытий для лепестковых газодинамических подшипников осуществляется исходя их температурного режима эксплуатации энергетических машин, вида рабочей среды (газа) и ряда других факторов. С целью выбора материала для конкретного узла рекомендуем обратиться к производителю.