Применение антифрикционных твердосмазочных покрытий для запорных клапанов

Запорные клапаны являются неотъемлемой частью гидравлических и пневматических систем. В трубопроводах на ГРЭС, ТЭЦ, ТЭС они используются для регулировки подачи газа или жидкости. Клапаны бывают как ручные, так и со встроенным электроприводом.

Принцип работы этих приспособлений достаточно прост. При вращении вентиля шпиндель приводит в движение золотник, который, в свою очередь, поступательно перемещается и перекрывает собой проходное отверстие для рабочей среды.

В процессе эксплуатации на клапаны воздействуют высокие температуры, давления, химически агрессивные среды. Все эти факторы усиливают износ узлов, приводят к образованию коррозии и вызывают потери на трение.

В первую очередь ресурс клапанов зависит от качества обслуживания и степени защиты от вышеперечисленных воздействий. Следует учитывать, что многие традиционные смазки не подходят для обслуживания, так как под воздействием высоких нагрузок они выдавливаются из зон трения, а при температурах +230…+250 °C их базовые масла начинают испаряться.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия (АТСП) – это наиболее оптимальный на сегодняшний день способ защитить детали клапанов на весь срок службы.

Особенности АТСП

Наибольшие потери на трение в запорных клапанах возникают в резьбах штока и втулки, на поверхностях штока и уплотнений, в элементах упорного подшипника скольжения. Снизить трение позволяет применение материалов на основе твердых смазочных веществ с высокими антифрикционными свойствами, которые обладают низким коэффициентом трения и демонстрируют эффективность при высоких нагрузках до 2500 МПа и температурах до +600 °C.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия образуют на поверхностях прочную композиционную пленку, толщина которой составляет от 5 до 20 микрон (при необходимости возможно нанесение нескольких слоев с промежуточной сушкой каждого). Отвержденное покрытие представляет собой полимерную матрицу, в ячейках которой равномерно распределены частицы твердых смазок.

Отличительной особенностью АСТП является малое сопротивление сдвигу и высокое сопротивление сжатию. Это обуславливает их малый коэффициент сухого трения до 0,03, который соизмерим с пределом текучести материала основы.

Покрытия MODENGY для запорных клапанов

Российская компания «Моделирование и инжиниринг» является разработчиком и производителем антифрикционных твердосмазочных покрытий, которых уже насчитывается более 20 видов. Основой этих материалов являются связующие смолы (модифицированные эпоксидные, стирольные, полиамид-имидные, акриловые, кремнийорганические, фенолформальдегидные), полиуретан, полибутилтитанат, а также твердые смазочные вещества. Последние представлены политетрафторэтиленом, графитом, дисульфидом молибдена, дисульфидом вольфрама, нитридом бора, фторидами бария и кальция, сульфидом цинка.

Благодаря взаимодействию компонентов АТСП эти материалы имеют широкие возможности для применения с максимальной эффективностью.

Для обслуживания запорных клапанов предлагается использовать следующие покрытия:

• MODENGY 1001 на основе дисульфида молибдена и графита

• MODENGY 1004 на основе дисульфида молибдена

MODENGY 1001 производится как в жидком виде (банки 1 кг, ведра 4,5 кг), так и в аэрозольной упаковке (520 мл). Высокая износостойкость (400 000 циклов по ASTM D2714), широкий диапазон рабочих температур от -180 до +450 °C и быстрая полимеризация при комнатной температуре (15 минут при +20 °C) сделали этот материал очень популярным в арматуростроении.

MODENGY 1004 производится в жидком виде и поставляется в банках по 1 кг и ведрах по 4,5 кг. Оно наносится стандартным способом окрашивания – распылением. Этот материал обладает очень высокими антикоррозионными характеристиками (> 500 часов по результатам испытаний в соляном тумане), поэтому его рекомендуется применять в тех случаях, когда важно надежно защитить детали от коррозии. 

Покрытие отверждается при нагреве до +200 °C в течение 40 минут. Кроме этого MODENGY 1004 обладает высокой несущей способностью (16000 Н) и работает в диапазоне рабочих температур от -200 до +430 °C.

После нанесения АТСП MODENGY уже через 5 минут становятся сухими на ощупь, что позволяет транспортировку деталей к месту хранения или сушки. Дальнейшая эксплуатации допускается только после полного отверждения покрытия.

Результаты испытаний

Испытания MODENGY 1004 проводились на заводе-изготовителе запорной арматуры. Работа покрытия сравнивалась с действием штатной пластичной смазки. Результаты этих испытаний представлены на диаграмме ниже.

Как видно из графика, применение АТСП позволило снизить трение до 5 раз и стабилизировать его в моменты открытия и закрытия клапана.

Преимущества АТСП

Большинство традиционных пластичных смазок не соответствуют условиям эксплуатации трубопроводной арматуры. В данном случае применение антифрикционных твердосмазочных покрытий является наиболее действенным способом наделить узлы запорных клапанов необходимыми рабочими характеристиками. Кроме этого АТСП обеспечивают защиту и смазывание деталей на весь их срок службы.

Технология твердых смазок проста в реализации, так как для нанесения покрытий требуется лишь стандартное окрасочное оборудование. При этом ее применение позволяет повысить эффективность и ресурс механизмов, а также эффективно управлять трением. Эти преимущества подтверждаются успешным опытом серийного применения антифрикционных твердосмазочных покрытий.