Пара трения скольжения
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к парам трения и может быть применена в узлах трения, работающих в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, например, в исполнительных механизмах ядерных реакторов. Пара трения скольжения содержит металлическую (1) и графитовую полупары (2). Для исключения выделения в рабочую среду веществ, ухудшающих ее качество, а также уменьшения коэффициента трения работающей пары трения металлическая полупара (1) выполнена из циркониевого сплава, а графитовая полупара (2) - из мелкозернистого прессованного графита, объемно уплотненного пироуглеродом от 3,0 до 4,5%. Объемное уплотнение мелкозернистого прессованного графита пироуглеродом от 3,0 до 4,5% позволяет герметично закрыть графитовые поры, что исключает выход примесей и углерода в рабочую среду, а также создать в графитовой полупаре внутренний пироуглеродный каркас, что обеспечивает ее прочность. Кроме этого, при трении скольжения на рабочей поверхности циркониевой полупары создается антифрикционная прочная углеродная нанопленка, которая не только уменьшает коэффициент трения, но и предохраняет поверхность циркониевой полупары от повреждений. 1 илл.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к парам трения и может быть применена в узлах трения, работающих в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, например, в исполнительных механизмах ядерных реакторов.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к полезной модели является пара трения, содержащая металлическую и графитовую полупары (книга «Свойства конструкционных материалов на основе углерода». Справочник под редакцией В.П.Соседова, Москва, «Металлургия», 1975, с.220)
Металлическая полупара известного устройства выполнена в виде цилиндра из стали марки Р18, который установлен с возможностью вращения, а графитовая полупара представляет собой втулки из антифрикционного графита марки АГ-1500, которые установлены неподвижно с возможностью радиального скольжения по поверхности металлического цилиндра.
Недостатком известной пары скольжения является невозможность ее использования в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, что объясняется преждевременным износом втулок из антифрикционного графита марки АГ-1500, а также коррозией цилиндра из стали марки Р18, приводящих к увеличению коэффициента трения пары скольжения. Кроме этого, продукты коррозии, а также углерод и примеси, содержащиеся в антифрикционном графите марки АГ-1500 и вымывающиеся из графита под действием деминерализованной воды, нагретой до и свыше 200°С, ухудшают показатели качества рабочей среды, что не допускается по условиям эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является создание пары трения скольжения, обеспечивающей заданный ресурс работы в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С и не влияющей на качество рабочей среды.
Техническим результатом настоящей полезной модели является уменьшение коэффициента трения пары трения, работающей в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С и не выделяющей в упомянутую среду вещества, ухудшающие ее качество.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной паре трения скольжения, содержащей металлическую и графитовую полупары,
металлическая полупара выполнена из циркониевого сплава, а графитовая полупара - из мелкозернистого прессованного графита, объемно уплотненного пироуглеродом от 3,0 до 4,5%.
Полупара из циркониевого сплава не подвержена коррозии в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, а мелкозернистый прессованный графит, из которого изготовлена вторая полупара, практически не имеет примесей, что позволяет исключить выделение продуктов коррозии и примесей, т.е. сохранить требуемые показатели качества рабочей среды на протяжении всего ресурса работы пары трения. Объемное уплотнение мелкозернистого прессованного графита пироуглеродом от 3,0 до 4,5% позволяет герметично закрыть графитовые поры, что исключает выход углерода в рабочую среду, а также создать в графитовой полупаре внутренний пироуглеродный каркас, что обеспечивает ее прочность в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды с температурой 200-250°С. Кроме этого, за счет трения скольжения графитовой полупары по поверхности полупары из циркониевого сплава, на последней создается антифрикционная прочная углеродная нанопленка, которая не только уменьшает коэффициент трения, но и предохраняет поверхность полупары из циркониевого сплава от повреждений. Экспериментальные данные показывают, что износостойкость пары трения скольжения повышается в 2,1-2,7 раза, рабочая поверхность полупары из циркониевого сплава не имеет задиров, прочность полупары из мелкозернистого прессованного графита увеличивается в 1,7-1,5 раза при снижении анизотропности на 2,1-2,4%, а выход углерода в рабочую среду за ресурс работы снижается практически до нулевых значений. Объемное уплотнение мелкозернистого прессованного графита пироуглеродом меньше 3,0% приводит к недопустимому увеличению выхода углерода в рабочую среду и неравномерности износа полупары из мелкозернистого прессованного графита, а больше 4,5% - к появлению задиров на поверхности полупары из циркониевого сплава..
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена пара трения скольжения (продольный разрез).
Пара трения скольжения содержит металлическую полупару 1, выполненную в виде трубы (может быть в виде стержня) из циркониевого сплава, например, марки Э-110, которая установлена неподвижно в горизонтальной плоскости (может быть установлена вертикально), и графитовую полупару 2, выполненную в виде втулок или колец, которые закреплены на направляющем стержне 3, установленном с возможностью возвратно-поступательного движения внутри трубы 1 из циркониевого сплава. Втулки 2 (кольца) выполнены из мелкозернистого прессованного графита, например, марки МПГ-6 или МПГ-7, который объемно уплотнен пироуглеродом от 3,0 до 4,5%. Длина трубы 1 из циркониевого сплава составляет величину, равную или больше 1 м, а ее наружный диаметр равен 21 мм. На направляющем стержне 3 может быть размещено от двух и более втулок 2 (колец).
Пару трения скольжения изготавливают следующим образом.
Из заготовки из мелкозернистого прессованного графита, например, марки МПГ-6 или МПГ-7 выполняют в соответствии с чертежом втулки в требуемом количестве. Затем втулки очищают от графитовой и металлической пыли, которая заполнила открытые графитовые поры. Для этого втулки подвергают обдувке сжатым воздухом или вымывают упомянутую пыль струей воды. Затем втулки, проверенные на качество очистки, размещают в камере, в которой создают разрежение, равное 8 мм рт.ст., нагревают до температуры 1000°С и пропускают через камеру углеродсодержащую смесь, например, метан. Для получения трехпроцентного объемного уплотнения пироуглеродом обработку втулок метаном осуществляют в течение 72-96 часов. Проверку заданной величины объемного уплотнения проводят с помощью взвешивания втулок до и после проведения операции уплотнения. Изготовленные втулки 2 закрепляют на направляющем стержне 3, который устанавливают внутри трубы 1 с возможностью обеспечения трения скольжения втулок 2 по внутренней поверхности трубы 1.
Пара трения скольжения работает в условиях потока деминерализованной воды с температурой 200-250°С при воздействии ионизирующего излучения. В течение заданного времени эксплуатации пары трения скольжения уплотненные пироуглеродом втулки 2 из мелкозернистого прессованного графита при скольжении по трубе 1 из циркониевого сплава сохраняют свою целостность, что объясняется оптимальным соотношением коэффициентов трения материалов пары. Содержание пироуглерода в диапазоне от 3,0 до 4,5% позволяет достичь стабилизации высокой износостойкости и прочностных характеристик при одновременном отсутствии задиров на рабочей поверхности полупары из циркониевого сплава и минимизации выхода углерода из графитовой полупары в рабочую среду.
Пара трения скольжения, содержащая металлическую и графитовую полупары, отличающаяся тем, что металлическая полупара выполнена из циркониевого сплава, а графитовая полупара - из мелкозернистого прессованного графита, объемно уплотненного пироуглеродом от 3,0 до 4,5%.
