Чт 29 Мар, 2012
Подшипники трения. Графит.
В последнее время отмечается тенденция роста использования графитовых материалов в машиностроении, химическом аппаратостроении, в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслях. Графитовые материалы оказались практически незаменимыми для изготовления элементов фрикционных и уплотнительных узлов благодаря своим уникальным свойствам: самосмазываемость, высокая химическая стойкость, работоспособность при высоких температурах (до 500 градусов в кислородсодержащих средах и до 2500?С в защитных средах и вакууме), способность выдерживать значительные термомеханические нагрузки, низкий коэффициент термического расширения (стабильность геометрических размеров в широком диапазоне температур), хорошей теплопроводностью и т.д. В машиностроении широко применяются графитовые подшипники, опоры для высокоскоростных валов, торцевые и осевые уплотнения и т.д. Также из графита изготавливают лопатки вакуумных и перекачивающих насосов, поршневые кольца и другие подобные детали.
Графитовые подшипники трения прекрасно работают в газовых и жидких коррозионных средах при различных скоростях скольжения. Для смазки графитовых подшипников пригодны любые жидкости: кислые, щелочные, органические.
Графитовые вставки в подшипник(ГСП).
К основным недостаткам подшипников и уплотнений из промышленных графитов можно отнести их высокую хрупкость, невысокую износостойкость, малые допускаемые удельные давления. Так, например, графитовые вкладыши и опоры валов быстро выходят из строя при ударных и вибрационных нагрузках — большинство неполадок в работе графитовых подшипников связано с плохой центровкой и балансировкой роторов, крыльчаток и других вращающихся деталей. Для обеспечения надежной работы таких элементов необходимо перед сборкой узла трения производить тщательную балансировку и центровку вращающихся частей. Невысокая стойкость к вибрационным нагрузкам обуславливает и геометрическую форму элементов. Графитовые детали должны иметь простую конфигурацию, при их изготовлении следует избегать создания концентраторов напряжений: резких изменений сечения, ослабляющих пазов и отверстий. Часто высокая хрупкость промышленных графитов приводит к необходимости использования металлических обойм для графитовых фрикционных элементов. При использовании металлической обоймы графитовую втулку, обычно, устанавливают методом запрессовки в предварительно разогретую до 300-500?С обойму.
Втулки графитовые
На ресурс работы графитовых фрикционных элементов также немаловажную роль играет и чистота обработки поверхности узлов трения. Основной износ графитовых подшипников наиболее интенсивно проходит в период приработки, причем продукты износа необходимо выводить из зоны трения во избежание чрезмерного износа вала от абразивного действия частиц графита и примесей. В дальнейшем, скорость износа узлов значительно снижается. При приработке узлов трения следует обращать внимание на рабочие зазоры в парах трения, т.к. увеличение зазоров может приводить к возникновению вибраций, биений и, как следствие, к преждевременному выходу из строя элементов фрикционного узла.
В зависимости от условий работы и марки графита, коэффициент трения для пары графит-графит и графит-сталь находится на уровне от 0,02 до 0,3. Рабочие режимы, обычно, ограничиваются давлениями 2 — 6 кг/ см2 и скоростями скольжения 8 — 10 м/с. При таких режимах в паре трения графит — метал в основном изнашиваются графитовые элементы.
Повышенный износ графитовых элементов- обратная сторона медали. При попадании на поверхности трения пыли, частиц графита или абразивных добавок — износ таких подшипников резко ускоряется, зачастую лавинообразно, учитывая еще и сравнительно невысокую прочность графитов.
Торцевые уплотнения из УУКМ
Данная проблема успешно решается при переходе на подшипники скольжения, втулки и уплотнения, выполненные из графитов на пироуглеродной связке (ГСП) или углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ).
В случае графитов ГСП мы имеем двухкомпонентную систему, в которой наполнителем выступает смесь порошков промышленного и природного графита, а матрицей — твердый и прочный пироуглерод. Такая комбинация материалов обеспечивает прекрасное сочетание необходимых антифрикционных свойств (за счет наполнителя) с твердостью и прочностью всей конструкции, что обеспечивает повышенный ресурс изделий, стойкость к истиранию, стойкость к механическим и вибрационным нагрузкам. Регулируя состав компонентов в материале возможно получение материалов с различной твердостью. Такие материалы способны работать в паре с твердосплавными элементами, показали прекрасную работоспособность в условиях попадания загрязнений и абразивных частиц на поверхность трения. Торцевые уплотнения и упорные подшипники из графита ГСП хорошо зарекомендовали себя при использовании в погружных и перекачивающих насосах, работающих с загрязненными средами (например, в нефтедобывающем и нефтеперерабатывающем оборудовании).
Фильера из ГСП на основе природного графита
Следует отметить и тот факт, что наряду с повышенным ресурсом изделий из ГСП цена на них, учитывая собственное производство, получается как минимум, не выше (а зачастую и в 1,5-2 раза ниже), чем на изделия из импортных графитов.
Несмотря на улучшенные эксплуатационные характеристики, графиты ГСП остаются, по своей сути, графитами. И хотя их прочность и стойкость к ударным и вибрационным нагрузкам выгодно отличается от других графитов, они не всегда способны выдерживать тяжелые эксплуатационные нагрузки. В этом случае рекомендуется применять изделия из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ).
Комплект втулок из УУКМ
Из углерод-углеродных композитов (УУКМ) изготавливают упорные подшипники, опоры валов, втулки и уплотнения, которые работают в условиях значительных ударных и вибрационных нагрузок. УУКМ представляют собой композиты, в которых углеродная матрица армирована прочными углеродными волокнами. Такое армирование позволяет существенно повысить механическую прочность, вибрационную стойкость материала, стойкость к резким механическим и термическим ударам. Элементы фрикционных узлов из УУКМ хорошо работают в паре с металлами, твердыми сплавами, керамикой и металлокерамикой, однако, наилучшие результаты показывают элементы узлов, в которых пара трения выполнена из УУКМ-УУКМ или УУКМ-ГСП.
Кольца (опорные) из УУКМ
Узлы трения из углерод-углерода прекрасно зарекомендовали себя при работе в условиях значительного загрязнения (опоры валов высокотемпературных тепловентиляторов, установки в мукомольных аппаратах и т.д.).
Графитовая фильера
Фильеры.Еще одним направлением, где наши материалы прекрасно себя зарекомендовали, является изготовление фильер из ГСП и УУКМ. Такие фильеры имеют повышенную прочность, поверхностную твердость и стойкость к истиранию.
Лопатки насосов. Пластины (лопатки насосов, компрессоров и т.д.) из наших материалов выгодно отличаются по своей стойкости и ресурсу работы от аналогов из промышленного графита. Лопатки из углерод-углерода выдерживают значительные механические, в том числе и ударные, нагрузки.
Пластины из графита ГСП разной зернистости
Все вышесказанное относится только к материалам, в которых пироуглеродная матрица формируется с применением газофазных термоградиентных методов уплотнения. ННЦ ХФТИ является единственным производителем таких материалов на Украине. Опоры валов, упорные подшипники, торцевые уплотнения и другие изделия из наших материалов используются украинскими потребителями, потребителями в странах СНГ и дальнего зарубежья.
При изготовлении изделий из наших материалов используется специально разработанное оборудование и алмазный инструмент, что позволяет обеспечивать высокую точность изготовления, чистоту поверхности и минимальные зазоры. Такой подход позволяет исключить (минимизировать) дальнейшую притирку элементов.
Приглашаем к долгосрочному и взаимовыгодному сотрудничеству!