Торцеве ущільнення вала машин

1 Торцеве ущільнення вала машин, працюючих у середовищах, які містять сірку, одне з кілець тертя якого оснащено припрацьовувальним шаром, яке відрізняється тим, що припрацьовувальний шар виконаний із свинцю з включенням в нього часток твердих мастильних матеріалів гра фіту, дисульфіду або диселеніду молібдену, ніобію і вольфраму, нітриду бору (X-модифікації, фториду графіту 2 Торцеве ущільнення за п 1 , яке відрізняється тим, що свинець легований оловом 3 Торцеве ущільнення за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що свинець легований міддю 4 Торцеве ущільнення за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що свинець легований сурмою 5 Торцеве ущільнення за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що свинець легований кадмієм 6 Торцеве ущільнення за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що свинець легований марганцем 7 Торцеве ущільнення за пп 1, 2, яке відрізняється тим, що свинець легований ІНДІЄМ Винахід відноситься до ущільнювальної техніки, зокрема, до торцевих ущільнень валів, які обертаються у насосах, компресорах, турбінах хімічної промисловості при роботі з розчинами, котрі містять сірчану кислоту та II солі, з газами, котрі містять диоксид сірки, наприклад, при уловлюванні диоксиду сірки з топочних газів мокрим способом Проблема втому, що середовища, які містять сірку, є високоактивними у хімічному відношенні і швидко руйнують більшість матеріалів Тому мате -ріали, які використовуються у торцевих ущільненнях новині мати високу СТІЙКІСТЬ ДО корозії монтажу внаслідок відсутності припрацьовувального шару і протікання на початку роботи ущільнення Відомо, ЩО наявність припрацьовувального шару має вагоме значення для надійної работа вузла тертя протягом тривалого часу Відоме ущільнення вала хладонового компресора, яке містить ущільнююче кільце, споряджене капілярами на робочий поверхні, які заповнені мастилом (авт св СРСР № 1333919 А1, кл F16j 15/34, опубл 30 08 87р Бюл №32) Недоліком ущільнення є швидке руйнування поверхні, внаслідок щілинної корозії, при використанні його у машинах, працюючих у середовищах, які містять сірку Відоме торцеве ущільнення вала високообертових машин (прототип), яке містить пари тертя з припрацьовувальним шаром у вигляді дрібнокристалічного оксидно-фосфатованого покриття просоченого маслом (авт св СРСР № 437866, кл F16j 15/34, опубл 30 07 74р Бюл №28) Недоліком ущільнення є швидке руйнування оксидно-фосфатованого покриття, навіть при непрацюючому обладнанні, при використанні його в середовищах, які містять сірку Другий недолік відомого ущільнення в тому, що при отриманні оксидно-фосфатованого припрацьовувального та ХІМІЧНОГО руйнування 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 кп F16 j 15/34, 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 та 00 (О ю 56841 шару порушується чистота поверхні основного металу, так як оксидно-фосфатна плівка утворюється при ХІМІЧНІЙ взаємодії фосфорної кислоти і II активних сполук з металом поверхні тертя У результаті шершавість поверхні тертя зростає, що значно знижує герметичність і термін роботи ущільнення Третій недолік відомого складу прилрацьовувального шару утому, що його утворення неможливе на високолегованих сталях, твердих сплавах, кераміці, графіті, які у теперішній час використовуються для виготовлення кілець тертя у торцевих ущільненнях, працюючих у корозійно-активних середовищах В основу винаходу поставлено задачу створити торцеве ущільнення вала для машин, працюючих у середовищах, які містять сірку, наприклад, розчини сірчаної і сірчистої кислоти, газами з диоксидом сірки, які утворюються при горінні вугілля, яке містить сірку, на ТЕЦ та ш Авторами даного винаходу розроблені технологи очистки топочних газів, отриманих при спалюванні вугілля, яке містять в собі сірку, від диоксиду сірки мокрим способом (розчинами карбаміду та ш), де даний винахід може використовуватись Правильно нанесений з корозійностійких матеріалів припрацьовувальний шар оптимального складу вирішує задачу визначає хорошу якість і тривалий термін праці вузла тертя, тому його склад і технологія нанесення відіграють дуже важливу роль у надійній роботі обладнання Припрацьовувальний шар з корозійностійких антифрикційних матеріалів і сплавів, який описується у даному винаході, вирішує поставлену задачу і задовольняє таким вимогам, як добра реформованість, тобто здатність до пружних і пластичних деформацій, які забезпечують оптимальні форми ковзання, а також поглинання шаром твердих часток забруднення При цьому даний Припрацьовувальний шар має високу СТІЙКІСТЬ до заїдання, низькі коефіцієнти тертя і теплового поширення, високу СТІЙКІСТЬ до зносу і корозії, більшу втомлюючу МІЦНІСТЬ і теплопровідність Поставлена задача вирішується тим, що припрацьовувальний шар виконаний на основі композиції свинцю з дрібнодисперсними частками твердих мастильних матеріалів графіту, нітриду бору а-модифікацм (білий графіт), дисульфіди або диселеніди молібдену, ніобію і вольфраму, фторид графіту, при цьому свинець легований такими металами як олово, сурма, мідь, кадмій, марганець, ІНДІЙ Введення в свинець дрібнодисперсних мастильних матеріалів значно підвищують антифрикційність свинцевої поверхні, збільшують пористість шару, знижують коефіцієнт тертя до 0,01 -ь 0,03 і прискорюють припрацьовувальність поверхонь тертя без заїдань і руйнувань навіть при сухому терті Легування свинцю оловом підвищує його СТІЙКІСТЬ, запобігає розчиненню свинцю в органіці, особливо в маслі Додаткове легування сплаву свинцю з оловом сурмою і кадмієм значно підвищує ерозійну і корозійну СТІЙКІСТЬ, питомий тиск на поверхню тертя Легування міддю значно підвищує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ І утворює режим переносу МІДІ на прилягаючу поверхню, що забезпечує режим беззносо вого тертя Легування марганцем підвищує ЗНОСОСТІЙКІСТЬ і СТІЙКІСТЬ до високих робочих тем ператур у вузлі тертя і рекомендується для швидкохідних машин Легування ІНДІЄМ різко збільшує антифрикційність і СТІЙКІСТЬ ДО корозії На Фіг відображене торцеве ущільнення, яке містить основні деталі кільця, які труться, одне з котрих споряджене припрацьовувальним шаром Торцеве ущільнення вала машин містить кільце 1, на поверхню тертя якого нанесено припрацьовувальний шар 2, і прилягаюче до нього кільце тертя 3 Припрацьовувальний шар виконаний у вигляді композиції свинцю з включенням дрібнодисперсних часток твердих мастильних матеріалів графіту, дисульфідів або диселенідів молібдену, ніобію, вольфраму, нітриду бору амодифікацм, фториду графіту та ш При цьому свинець може бути легований оловом, марганцем, кадмієм, сурмою або міддю, що поліпшує експлуатаційні характеристики торцевого ущільнення Наносити припрацьовувальний шар можливо різними способами, наприклад, напилом, але віддають перевагу хімічному або гальванічному способам, як більш дешевим і простішим у виконанні Перед нанесенням шару кільця з твердої корозійностійкої сталі з шершавістю поверхні до 0,5 -ь 0,8мкм спочатку обезжирюють і активують, а на кільця з кераміки і селікованого графіту додатково наносять підшар ХІМІЧНОГО нікелю, для чого спочатку сенсибілізують поверхню хлористим оловом і активують її хлористим паладієм Склад розчину для ХІМІЧНОГО нікелювання, г/л нікель сірчанокислий 10, гіпофосфіт натру 18, амінооцтова кислота 15, ацетат натру 10, свинець оцтовокислий 0,002, малеїновий ангідрид 1 Процес ведуть при температурі 88 - 92°С, ь рН = 4,5 - 4,8 Швидкість нанесення покриття ь 18мкм на годину Товщина підшару 5 = 0,5 + Змкм Очищене і активоване хлористим паладієм кільце опускають у гарячий розчин хімнікелювання Процес нанесення підшару починається з виділенням бульок водню з поверхні кільця Час нанесення дорівнює 4 -ь 10 хвилинам Про наявність підшару судять по ЗМІНІ кольору кільця колір з сірого переходить в білий Приклади нанесення припрацьовувального шару ХІМІЧНИМ і гальванічним способами Приклад 1 Припрацьовувальний шар наносили ХІМІЧНИМ способом на кільце з твердого сплаву ВК 10 ОМ, яке містить підшар з нікель-фосфорного сплаву, товщиною 2мкм отриманий ХІМІЧНИМ нікелюванням з розчину, г/л свинець вуглекислий 40, тюсечевина 70, кислота винна 200, кислота борна 60, кислота амінооцтова 12, нітрид бору а-модифікацм 50, поверхневі активні речовини (ПАР) 0,1 56841 Процес вели при температурі 40 - 42°С, з ь перемішуванням розчину За ЗО хвилин висаджувався шар товщиною 5 = 15мкм Припрацьовувальний шар містить порошок нітриду бору - 8% від об'єму, решта - свинець Пропонується для роботи у кислих розчинах, які містять до 10% сірчаної кислоти або до 4% її солей Приклад 2 На кільце з твердого сплаву ВК 10 ОМ, яке містить нікель-фосфорний підшар, наносили Припрацьовувальний шар на основі свинцю з фторидом графіту (8%) з електроліту складу, г/л фторборат свинцю 200, борфтористоводнева кислота 50, амінооцтова кислота 20, борна кислота 12, клей столярний кістковий 0,3, фторид графіту дрібнодисперсний 40, ПАР 0,06 Після завантаження кільця в електроліт його витримували без струму протягом однієї хвилини для активації поверхні, потім давали поштовх струму - 4А/дм2 протягом 0,5 хвилини Процес вели при горизонтальному розташуванні кільця тертя, скаламученні електроліту, катодної ЩІЛЬНОСТІ 0,5 -ь 1А/дм2, температурі 25 -ь 30°С, анодах виготовлених з свинцю СІ Швидкість утворення припрацьовувального шару - 0,4 -ь О.бмкм на хвилину Товщина шару - 12мкм У КІНЦІ процесу, протягом трьох хвилин підтримували ЩІЛЬНІСТЬ струму рівною ЗА/дм2 Нанесений шар ретельно промивали, сушили і промащували парафіном Припрацьовувальний шар пропонується для деталей, які працюють у розчинах сірчаної кислоти до 10% і солей до 5% Приклад З Припрацьовувальний шар наносили на горизонтально розташоване кільце з електроліту складу, г/л кремнєфторид свинцю 100, кремнєфторид олова 25, кремнєфтористоводнева кислота вільна 80, клей столярний кістний 1, дисульфід молібдену 50, ПАР 0,1 Процес нанесення припрацьовувального шару проводили при безперервному перемішуванні електроліту, температурі 20 - 25°С, катодному ь струмі 2 -ь 5А/дм2 Шар містить дисульфіду молібдену -18%, олова -19%, решта -свинець Припрацьовувальний шар рекомендується для великих тисків у торцевих ущільненнях Приклад 4 Припрацьовувальний шар складу олово 5%, сурма - 10%, диселенід молібдену - 15%, решта - свинець, наносили на кільце з мікроліту ЦМ-332 із попередньо хімнікельованою поверхнею з електроліту складу, г/л фторборат свинцю 100, фторборат олова 20, фторборат сурми 16, бор фтористоводнева кислота 80, борна кислота 20, амінооцтова кислота 12, диселенід молібдену 60, 0,5, гідрохінон пептон 15, ПАР 0,1 Процес проводили при безперервному перемішуванні, ЩІЛЬНІСТЬ катодного струму була 1 + 2 4А/дм , температура розчину - 18 - 28°С Товь щина припрацьовувального шару складала Юмкм Припрацьовувальний шар промивали, сушили при 110°С, промащували парафіном Припрацьовувальний шар може бути рекомендований для розчинів з підвищеними концентраціями сірчаної кислоти і її солей з додатком хлоридів та ш Приклад 5 На кільце з сплаву ВК 10 ОМ з нанесеним нікель-фосфорним покриттям (5 = 0,5мкм), припрацьовувальний шар, який містить мідь - 2%, олово - 7%, диселенід вольфраму - 9%, решта - свинець, наносили з електроліту складу, г/л фторборат свинцю 100, фторборат олова 45, фторборат МІДІ 10, Бор фтористоводнева кислота 40, борна кислота 10, амінооцтова кислота 12, пептон 15, диселенід вольфраму 60, клей столярний кістний 1, ПАР 0,1 Процес вели при ЩІЛЬНОСТІ струму на катоді 0,5 - 2А/дм2, температурі -18 - 25°С, анодах з ь ь свинцю та 10% олова Швидкість нанесення покриття - 0,6мкм/хвил Припрацьовувальний шар рекомендується для роботи у розчинах сірчаної і соляної кислот (до 10%) та їх солей на кільцях з корозійностійких сталей, які працюють в парі з твердим сплавом при великих тисках і температурах Приклад 6 Припрацьовувальний шар складу марганець - 14%, дисульфід вольфраму - 12% від об'єму, решта - свинець, наносили з електроліту складу, г/л марганець (метал) 17, оксид свинцю 20, цитрат амонію 120, трилон Б 40, клей столярний кістний 1, лаурилсульфат натру 0,1, дисульфід вольфраму 70, ПАР 0,1 Процес нанесення проводили при безперервному перемішуванні електроліту, температурі 25 -ь 35°С, ЩІЛЬНОСТІ струму на катоді 1 -ь 4А/дм2, рН = 5 До закінчення процесу ЩІЛЬНІСТЬ струму збільшували з 1 до 4А/дм2 Швидкість нанесення шару - 0,5мкм/хвил Припрацьовувальний шар добре працює у високообертових машинах з підвищеною температурою у вузлах кілець тертя Приклад 7 Припрацьовувальний шар наносили з електроліту складу, г/л фторборат свинцю 100, фторборат олова 22, 56841 оксид кадмію диселенід ніобію борфтористоводнева кислота амінооцтова кислота клей столярний кістковий ПАР Процес нанесення покриття вели при температурі 18 -ь 22°С, катодній ЩІЛЬНОСТІ струму 0,5 + 2 2,5А/дм Припрацьовувальний шар містить кадмію - 2%, олова - 18%, диселеніду ніобію - 12%, решта - свинець Припрацьовувальний шар добре працює в розчинах, які містять до 3% сірчаної кислоти, до 8,5г/л хлористих солей магнію, кальцію та ш і до 21% органічних кислот Приклад 8 На кільце з корозійностійкої сталі наносили припрацьовувальний шар товщиною 7мкм, склаДУ, г/л 0,6, 40, 50, 12, 1, 0,1 хлористий ІНДІЙ хлористий свинець бікарбонат натру хлористий натр 8 пептон 8, графіт 45, ПАР 0,1 Процес вели при температурі 60 -ь 70 °С, 2 ЩІЛЬНОСТІ катодного струму 0,5 -ь 1А/дм , при перемішуванні електроліту Аноди були виготовлені З ІНДІЮ Даний припрацьовувальний шар пропонується для великих швидкостей ковзання і тисках у торцевих ущільненнях, а також у середовищах, які містять білкову органіку Товщина припрацьовувального шару знаходиться у межах 4 -ь 15мкм, в залежності від розмірів і якості обробки поверхні кілець тертя, швидкостей і тисках у торцевих ущільненнях Проведені випробування пропонуємого торцевого ущільнення вала показали добру припрацьовуємість поверхонь тертя і герметичність торцевого ущільнення протягом тривалого часу У якості перекачуваємого середовища використовувалась вода, яка містила до 10% сірчаної кислоти і до 50г/л солей 10, 28, 270, 80, 3 2 ФІГ. 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