КОРПУС КЛАПАНА С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ

Полезная модель относится к области создания элементов трубопроводной арматуры, а именно к корпусам различных клапанов и может быть использована в судо- и кораблестроении, а также других отраслях промышленности в конструкциях трубопроводной арматуры для улучшения характеристик проточной части, таких как повышение коррозионной стойкости, снижение сопротивления перекачки жидких и газообразных сред, снижение уровней гидродинамического шума и других практически важных эксплуатационных свойств.
Одним из основных направлений улучшения этих характеристик в настоящее время является использование различных современных покрытий для проточной части, выполненных, например, из наноматериалов. Эти явления были обнаружены в основном эмпирическим путем (См., например, А.В. Курылев и др. «Отработка новых видов износостойких покрытий для деталей арматуры», А.С. Шатров, В.Н. Кокарев «Новая технология промышленного производства износостойких деталей трубопроводной арматуры из алюминиевых сплавов с защитным керамическим наноструктурным покрытием» и др.).
Так, например, в уровне техники известен «Клапан обратный осесимметричный с верхним разъемом» по заявке на патент №2011149898, у которого съемное седло имеет термостойкое, износостойкое, эрозионно- и кавитационностойкое покрытие, полученное с помощью микроплазменного легирования с ультразвуковым модифицированием.
Известно также применение нанопокрытий и для других изделий, так, например, известна лопатка газовой турбины по патенту РФ №113536, относящаяся к деталям газовых технологических турбин. Лопатка газовой турбины содержит нанесенное на нее нанострукту-рированное покрытие на основе двойного карбида титана-хрома СгзСг-ТЮ/МЮг, за счет которого увеличивается ресурс лопаток и повышается их стойкость к износу.
Также известен «Поршень цилиндра двигателя внутреннего сгорания» по патенту №156583, принятый за прототип, у которого на рабочую поверхность нанесено покрытие, выполненное в виде наноструктурированного металлокерамоматричного материала, представляющего собой смесь фракций порошка карбида кремния (SiC) с определенными размерами фракций.
Задача заявляемого технического решения состоит в создании корпуса клапанов трубопроводной арматуры с улучшенными характеристиками проточной части. Технический результат заключается в повышении коррозионной стойкости, снижении сопротивления перекачки жидких и газообразных сред, снижении уровней гидродинамического шума и других эксплуатационных свойств трубопроводной арматуры.
Заявленный технический результат достигается в заявленном корпусе клапана с улучшенными характеристиками проточной части, выполненного из нержавеющей стали, на внутренние рабочие поверхности которого нанесено наноструктурированное покрытие. В качестве материала покрытия использованы высокоэнергоплотные материалы природного происхождения, в том числе, такие как хризолит уральских месторождений, лизардит печенгского рудного поля или двуокись кремния фазы стишовита. При соответствующих испытаниях клапанов, проточная часть которых покрыта указанными материалами, были достигнуты положительные результаты.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками (фиг.1 и 2), на которых изображен корпус осевого регулирующего клапана в продольном и поперечном разрезе, а также диаграммой (фиг. 3), на которой показана эффективность нанесения на проточную часть наноструктурированного материала, полученная при проведении испытаний.
Указанный технический результат достигается за счет того, что на внутренних рабочих поверхностях корпуса клапана, выполненного, например, из стали 12Х18Н9ТЛ, омываемых жидкими или газообразными рабочими телами по фиг 1 и фиг 2, одним из известных способов наносится покрытие из высокоэнергоплотных наноструктурированных материалов природного происхождения, выбираемых таким образом, чтобы в комплексе обеспечивались следующие характеристики: индекс смачивания не более 0,9, коэффициент дефектности в покрытии не более 3,0, инертность к воздействию агрессивных составляющих омываемого рабочего тела, величина силы адгезии покрытия к основному материалу клапана и механические характеристики материала покрытия выше, чем напряжения, создаваемые воздействием абразивных частиц в потоке омывающего рабочего тела на поверхность при заданных характеристиках этого потока. Выполнение данных условий, как показали результаты испытаний, обеспечивают достижение течения рабочего тела близкого к ламинарному, а также низкое сопротивление трения при омывании поверхности корпуса рабочим телом и, соответственно, снижение гидродинамических шумов.
3
В качестве высокоэнергоплотных наноструктурированных минеральных материалов природного происхождения для покрытий, в зависимости от поставленных задач, могут использоваться различные виды материалов или их смеси, например, лизардит-Т, хризотил, амфибол, хлориты, слюды типа биотита или брусита, титаномагнетит, эвдиалит, формы двуокиси кремния, начиная со стишовита и выше, различные виды АlО в форме полудрагоценных камней, ряд простых окислов твердых металлов. Данный перечень не является исчерпывающим, и могут быть применены другие вещества, попадающие под общие признаки.
Заявляемое техническое решение проверено на технические показатели при следующих испытаниях:
Пример 1. При испытаниях применения покрытия из высокоэнергоплотного материала в проточной части было отмечено значительное снижение гидродинамического шума. Применяемый материал покрытия - хризолит уральских месторождений. Эффективность нанесения на проточную часть наноструктурированного материала показана на фиг. 3.
Пример 2. При прокачке воздуха со стандартной влажностью через каналы и патрубки турбокомпрессора большой мощности, покрытые минеральным материалом с низким индексом смачивания, зафиксировано снижение потребляемой мощности на перекачку на 5%. Применяемый материал покрытия - лизардит печенгского рудного поля.
Пример 3. При испытании деталей в камере с содержанием солей в воздухе 30% в течение недели следов коррозии на обработанных минералами поверхностях обнаружено не было, в отличие от поверхности из необработанной коррозионностойкой стали, где отмечались пятна ржавчины. Применяемый материал покрытия - двуокись кремния фазы стишовита.
Приведенные примеры показывают, что заявленный корпус клапана с наноструктурированным покрытием обеспечивает повышение коррозийной стойкости, снижение гидродинамических шумов, гидравлического и аэродинамического сопротивления проточной части корпуса трубопроводной арматуры при перекачке жидких и газообразных сред.