Чем обусловлена необходимость в применении ЛГП
Производители современных высокоскоростных энергетических машин в качестве опор вала своих установок используют лепестковые газодинамические подшипники (ЛГП). Их несущую поверхность образуют металлические пластины.
На высоких скоростях вращения между валом и лепестками образуется газовый клин из сжатого воздуха, который центрует вал, демпфирует колебания, разделяет рабочие поверхности вала и подшипника, исключая их износ.
Применение таких опор позволяет снизить габариты машин (за счет исключения из конструкции элементов масляной системы), расширить диапазон их рабочих температур, повысить мощность агрегатов.
Защита элементов ЛГП от износа
В связи с особенностями функционирования лепестковых газодинамических подшипников – температурным режимом эксплуатации, скоростями вращения – для обслуживания элементов ЛГП подходят только материалы, реализующие технологию твердой смазки (антифрикционные твердосмазочные покрытия).
Их применение необходимо для снижения трения между лепестками подшипников и валом в моменты пуска и останова агрегатов, в аварийных и переходных режимах эксплуатации и в других ситуациях, когда газовый клин не разделяет сопряженные поверхности – на низких скоростях работы.
Покрытия должны обладать высокой износостойкостью, сохранять работоспособность в широком диапазоне температур, прочно сцепляться с поверхностью основы.
В связи с тем, что рабочие температуры энергетических установок могут находиться в диапазоне от -50 до +700 °С, известные на сегодня твердые смазочные материалы не могут эффективно работать в таких подшипниках.
Так, коэффициент трения графита повышается при температуре более +250 °С, так как из его состава испаряется влага, необходимая для обеспечения реализации механизма смазки.
Дисульфид молибдена при температуре +350 °С окисляется с образованием триоксида молибдена. Из-за этого также увеличивается коэффициент трения.
Некоторые вещества проявляют смазочные свойства только при нагреве выше +400 °С, поэтому не могут эффективно защищать детали в моменты пуска-останова. К ним относятся фторид кальция и оксиды некоторых металлов.
Для снижения трения и износа элементов ЛГП необходимо применять адаптивные покрытия.
Адаптивные покрытия для ЛГП
Адаптивные покрытия – это материалы, обладающие способностью самостоятельно корректировать свои физико-механические свойства при изменениях окружающей среды (при повышении рабочей температуры в покрытии формируются новые структуры, за счет чего материал адаптируется к изменяющимся условиям) и принимать начальное положение после возвращения из высокотемпературной области. В их составе комбинируются несколько видов твердых смазок и различные добавки.
Линейка адаптивных покрытий была разработана российской компанией «Моденжи», производящей твердосмазочные материалы для снижения трения и износа.
На рисунке 1 приведен внешний вид лепестков газодинамических подшипников до и после нанесения покрытия MODENGY 1014.
Рис.1. Элементы упорного лепесткового газодинамического подшипника до и после нанесения покрытия MODENGY 1014
Характеристики покрытий, нашедших применение в ЛГП
MODENGY 1014 – покрытие серого цвета с гладкой текстурой, изготовлено на основе дисульфида молибдена и политетрафторэтилена (ПТФЭ). Работает при температурах до +255 °С. Наносится распылением.
MODENGY 1007/1077 – покрытия серо-черного цвета, изготовлено на основе графита и керамики. Работает при температурах до +350 °С. Наносится распылением. Версия 1077 отличается повышенной износостойкостью.
MODENGY 2560 – покрытие на основе дисульфида вольфрама и графита серого матового цвета. Работает при температурах до +500 °С. Наносится распылением. Характеризуется низким коэффициентом трения.
MODENGY 1090 – покрытие на основе высокотемпературной адаптивной композиции. Отличается серо-черным цветом. Термическая стойкость – +730 °С. Наносится распылением. Отличительная особенность - многоступенчатый режим полимеризации.
Для выбора оптимального материала для конкретного узла трения необходимо учитывать температурный режим его эксплуатации, вид рабочей среды (газа) и другие факторы. Поэтому для подбора адаптивных покрытий рекомендуется обратиться к производителю.