Торцеве ущільнення вала

1 Торцеве ущільнення вала машин, які працюють з лужними розчинами та газами, пара тертя якого містить припрацьовувальний шар, яке відрізняється тим, що як припрацьовувальний шар використовують покриття на основі нікелю з дріб нодисперсними частками твердих мастильних матеріалів графіт, дисульфіди молібдену, ніобію і вольфраму, нітрид бору а-модифікацм, диселеніди вольфраму, ніобію і молібдену, фторований графіт та ш 2 Торцеве ущільнення вала за п 1, яке відрізняється тим, що нікель легований фосфором у КІЛЬ Винахід відноситься до ущільнювальної техніки, зокрема, до торцевих ущільнень валів, які обертаються у насосах, компресорах, турбінах хімічної промисловості, працюючих з лужними розчинами та газами, наприклад, при виробництві аміаку, карбаміду та ш Досягнутий рівень техніки характеризується слідуючими винаходами Відоме подвійне торцеве ущільнення вала, яке складається з торців, кожен з яких споряджений постійними магнітами, розташованими однойменними полюсами один до одного (патент України №45464 кл F16J15/34, опубл 15 04 02р Бюл №4) Недоліком ущільнення є складність конструкції, збільшена маса торців, які обертаються, що веде за собою підвищення інерційності і великий об'єм вузла, а також збільшення ціни із-за високої точності виготовлення і монтажу внаслідок відсутності припрацьовувального шару і протікання на початку роботи ущільнення Відомо, ЩО наявність припрацьовувального шару має вагоме значення для надійної роботи вузла тертя протягом тривалого часу нення є швидке руйнування поверхні внаслідок щілинної корозії, при використанні його у насосах перекачки аміачних розчинів, вуглеамонійних солей, а також складність отримання капілярів Відоме торцеве ущільнення вала високообертових машин (прототип), яке містить пари тертя з припрацьовувальним шаром у вигляді дрібнокристаличного оксидно-фосфатованого покриття, просоченого маслом (авт св СРСР №437866 кл F16J15/34, опубл 30 07 74р Бюл №28) Недоліком ущільнення є швидке руйнування оксиднофосфатованого покриття в лужних розчинах, навіть при непрацюючий машині, внаслідок хімічної взаємодії оксидно-фосфатованого покриття з лугом Цей недолік робить його негідним для використання у промисловості при перекачуванні лужних розчинів Другим недоліком є те, що при утворені оксидно-фосфатованого припрацьовувального шару, порушується чистота поверхні основного металу під припрацьовувальним шаром, так як оксидно-фосфатована плівка утворюється при ХІМІЧНІЙ взаємодії фосфорної кислоти та її активних сполучень з металом поверхні тертя У результаті шершавість поверхні тертя збільшується, що значно знижує герметичність і термін роботи ущільнення Третій недолік відомого складу припрацьовувального шару є те, що його утворення Відоме ущільнення вала хладонового компресора, яке містить ущільнююче кільце, споряджене капілярами на робочій поверхні, які заповнені мастилом (авт св СРСР №1333919 А1, кл F16j15/34, опубл ЗО 08 87р Бюл №32) Недоліком ущіль КОСТІ 5 ч-12% 3 Торцеве ущільнення вала за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що нікель легований кобальтом у КІЛЬКОСТІ 5-ь28 % 4 Торцеве ущільнення вала за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що нікель легований вольфрамом у КІЛЬКОСТІ 1 -ь5 % (О (О ю 56761 неможливо на високолепиних сталях, твердих сплавах, кераміці, графіті, які в наш час використовуються у більшості випадків для кілець тертя в торцевих ущільненнях Оксидно-фосфатоване покриття можна утворювати тільки на чавуні і нелегованих сталях, котрі не СТІЙКІ ДО корозії у водних розчинах лугу та вуглеамонійної солі, які мають високу корозійну активність Тобто при виробництві азотних добрив цей припрацьовувальний шар використовуватись не може В основу винаходу поставлено задачу створити таке торцеве ущільнення для обладнання, яке працює з лужними розчинами солей та газами шляхом нанесення на поверхню тертя припрацьовувального шару, виготовленого на основі нікелю з дрібнодісперсними частками твердих мастильних матеріалів графіт, дисульфіди молібдену, ніобію і вольфраму, а-модифікація нітріду бору, диселеніди вольфраму, ніобію і молібдену, фторований графіт та ш , у КІЛЬКОСТІ 3 - 2 8 % від об'єму При цьому нікель може бути легований фосфором 5-М2%, кобальтом 5-28%, вольфрамом 1-5% Всі ЦІ ознаки забезпечують швидке і якісне припрацьовування поверхонь тертя і подальшу надійну роботу ущільнення протягом тривалого часу, особливо при великих швидкостях, температурах і тисках у вузлі тертя На малюнку (фіг) відображено торцеве ущільнення у вигляді основних деталей - кілець тертя, одне з яких споряджене припрацьовувальним шаром Торцеве ущільнення містить кільце 1, на робочу поверхню якого нанесено припрацьовувальний шар 2, і прилягаюче кільце З Працює торцеве ущільнення таким чином При терті кілець ущільнення 1 і 3 одне по одному, припрацьовувальний шар 2 починає зношуватись та деформовуватись на тих ділянках, де тиск кілець одне на одне найбільший По мірі зносу та деформації шару 2 поверхні кілець 1 і 3 повністю змикаються, усуваючи щілини, забезпечується оптимальна геометрія поверхні тертя і найбільша герметичність вузла ущільнення Даний склад припрацьовувального шару знижує вимоги до обробки поверхні кілець тертя та їх монтажу, підвищує герметичність ущільнення при підвищених температурах, швидкостях і тисках в ущільнені, скорочує час припрацьовування кілець і підвищує термін їх праці Наносять припрацьовувальний шар гальваничним або ХІМІЧНИМ способом, наприклад, згідно наданих прикладів Приклад 1 Припрацьовувальний шар товщиною 5=7мкм наносили гальванічним способом на кільце з твердого сплаву ВК-10ОМ з електроліту складу, г/л нікель сірчанокислий - 250 + 320, нікель хлористий - 40 -ь 60, борна кислота - 20 - ЗО, амінооцтова кислота - 5-М0, дисульфід молібдену - 18-50, уротропін -0,03-0,1, поверхнево-активні речовини (ПАР) -0,01 -0,08 Процес проводили в електроліті з рН=4-5, температурою 40 - 60 С, при катодної ЩІЛЬНОСТІ струму 0,5 - 2,0А/дм і перемішувані електроліту Об'ємна доля порошку M0S2 в Іфипрацьовувальному шарі 14-25% Припрацьовувальний шар ретельно промивали, сушили і промащували Коефіцієнт тертя по кераміці (Мікроліт ЦМ-332) у карбоматних розчинах складає всього 0,04 - 0,06 Торцеве ущільнення працювало ефективно протягом часу більшого ніж передбачено регламентом Приклад 2 Припрацювувальний шар (5=6мм) з нікелю легованого фосфором наносили на твердий сплав ВК-10ОМ ХІМІЧНИМ способом з розчину складу, г/л нікель сірчанокислий -10-=-15, гіпофосфіт натру - 22-ь 26, ацетат натру - 8 -И 0, амінооцтова кислота -10-=-12, малеїнів ангідрид - 0,8-=-1,0, свинець оцтовокислий - 0,001 + 0,002, графіт дрібнодісперсний для ОЛІВЦІВ - 10-ь 50, ПАР -0,02-0,1 Процес проводили при температурі розчину 86 - 92°С, рН=4,2 - 4,5, механічному перемішувані розчину Швидкість осадження була 12 - 18мкм на годину, КІЛЬКІСТЬ фосфору в припрацьовувальному шарі складала 1042%, графіту - 12 - 28% від об'єму, решта - нікель Покриття термооброблювали при температурі 350°С протягом 2 годин, мікротвердість покриття дорівнювала 500 - 650кг/мм2, коефіцієнт тертя по кераміці (мікроліт ЦМ-332, оброблений до 12 класу чистоти) - 0,03- 0,04 Даний Припрацьовувальний шар добре працював у карбоматних розчинах по кераміці зі спеченого оксиду алюмінію марки " Мікроліт ЦМ-332" Приклад З Припрацьовувальний шар (5=9мкм) наносили на твердий сплав ВК-10ОМ з композиції нікельфосфор-диселенід ніобію ХІМІЧНИМ способом з розчину складу, г/л нікель сірчанокислий -10-12, гіпофосфіт натру - 2 4 - 28, ацетат натру -10 - 12, амінооцгова кислота -12-18, малеїновий ангідрид -0,9-1,0, свинець оцтовокислий - 0,002- 0,003, диселенід ніобію -10 - 40, ПАР -0,05-0,1 Процес проводили при температурі 88 - 90 С, рН розчину - 4,2 - 4,6 і безперервному легкому перемішувані Швидкість осадження була 12 18мкм на годину КІЛЬКІСТЬ фосфору в покритті дорівнювалась 9 - 10%, диселенід ніобію - 10 25%, від об'єму, решта - нікель Припрацьовувальний шар ретельно промивали, сушили, промащували парафіном Коефіцієнт тертя по кераміці " Мікроліт ЦМ-332", обробленої до 12 класу чистоти був рівний 0,04 - 0,06 Ущільнення добре працювало в лужних розчинах тривалий термін Приклад 4 На робочу поверхню кільця з корозійностійкої сталі зі старіючим мартенситом марки Х15К20МЗ Припрацьовувальний шар (5=8мкм) складу Ni+Co+P+BN наносили ХІМІЧНИМ способом з розчину, г/л 56761 кобальт сірчанокислий дисульфіду вольфраму, 6 - 8 % фосфору, 1-5% -10-5-15, вольфраму, решта - нікель нікель сірчанокислий -15-5-18, Після промивки і сушки проводилась термообгіпофосфіт натру -28-5-30, робка кілець при 380°С протягом двох годин, а сегнетова сіль -4-5-6, після остуження Припрацьовувальний шар проянтарнокислий натр -40-5-60, мащували У порівняні з шаром в прикладі 2 наявамоній сірчанокислий -60-5-80, ність вольфраму і дисульфіду вольфраму дозвонітрид бору а-модифікація -50-5-100, ляє підвищити термостійкість свинець оцтовокислий -0,002-0,003, припрацьовувального шару до 700°С в лужних ПАР -0,05-5-0,1 розчинах Процес вели при рН=9,4 - 9,8, температурі 86 Припрацьовувальний шар витримує високі те92°С при механічному скаламучуванні розчину мператури ( до 700°С) і може використовуватись у Швидкість нанесення покриття була 12 - 15мкм на торцевих ущільненнях в особливо агресивних розгодину Припрацьовувальний шар містить кобальчинах при великих швидкостях обертання деталей ту - 5 - 28%, нітриду бору а-модифікацм- 15 - 25% тертя, наприклад, турбінах, при обертах більших від об'єму, решта - нікель Суспензію з нітридом 12000об/хвил бору готували окремо і вводили у ванну разом з Графіт фторофаний (ЗО- 80г/л), диселеніди ПАР Коефіцієнт тертя по мікроліту ЦМ-332 був вольфраму (20-50г/л) та молібдену (20-80г/л) рівним 0,05 Ущільнення працювало в лужних розуводять у розчини аналогічно наведеним приклачинах при температурі 160°С, рН=11 дам Введення ПАР забезпечує підвищену конценПрипрацьовувальний шар пропонується для трацію часток мастильних матеріалів у припрацьовисокоагресивних лужних розчинів, так як має вувальному шарі більш високу СТІЙКІСТЬ до корозії при великих темНаявність у нікелевому шарі часток твердих пературах у порівняні з прикладом 2 мастильних матеріалів забезпечує низький коефіПриклад 5 цієнт тертя, виключення задирів у процесі припраНа кільце з нержавіючої сталі зі старіючим мацьовування Присутність фосфору знижує коефіціртенситом марки Х15К20МЗ Припрацьовувальний єнт тертя і підвищує корозійну СТІЙКІСТЬ шару шар (5=10мкм) складу N1+W+P+WS2 отримували з Наявність кобальту підвищує пластичність шару і розчину, г/л його СТІЙКІСТЬ до ХІМІЧНОГО впливу Присутність нікель сірчанокислий -ю- -18 вольфраму підвищує СТІЙКІСТЬ шару до високих амоній сірчанокислий -40- -60 температур у місцях контакту кілець тертя, що вольфрамовокислий характерно для високообертових турбін і компренатр -5- -16 сорів гіпофосфіт натру -26- -28 При нанесені покриття з розчинів і електролітів янтарнокислий натр -8- -12 з концентрацією компонентів менших і більших, сегнетова сіль -4 - б ніж вказані вище, Припрацьовувальний шар виходисульфід вольфраму -20- -50 див неякісним ПАР -0.02-0.08 Проведені випробування торцевого ущільненПроцес вели з перемішуванням розчину при ня вала на підприємствах показали досягнення температурі 8 6 - 92°С, РН=9,2+9,8, при коректуочікуємих результатів в багаторазовому зменшені ванні 25% аміаком, ЩІЛЬНОСТІ завантаження протікань в торцевому ущільнені і більш тривалий 2 1дм /л, швидкості нанесення покриття - 20-26мкм термін роботи вузла ущільнення з описаним прина годину працьовувальним шаром Припрацьовувальний шар містить 2 0 - 28% 56761 Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24