Экспериментальные исследования характеристик трения при продольном возвратно-поступательном перемещении образцов в среде ТЖМТ

• поверхности тепловыделяющих элементов, контактирующие с дистанционирующими решетками и др. Поверхности конструкционных материалов контура, контактирующие с поверхностью движущегося потока высокотемпературного жидкого металла также можно рассматривать как объект трибологии.

Особенности трибологии в среде ТЖМТ следующее:

• невозможность применения традиционных смазочных сред в контакте с расплавами жидких металлов;

• высокая (400-5500С) температура контактных поверхностей;

• малая вязкость жидкометаллических теплоносителей;

• несмачиваемость рабочих поверхностей (сталей, чугунов), покрытых оксидными покрытиями теплоносителями;

• возможность интенсивного отвода тепла из зон контакта трущихся пар жидкометал-лическими теплоносителями;

• концентрация в зоне контакта пар трения мелкодисперсных частиц и примесей (оксидов теплоносителей, соединений элементов конструкционных материалов - продуктов коррозионно-эрозионного износа, случайных загрязнений), образующих дисперсную систему с ярко выраженными поверхностными свойствами, отличающимися от свойств основного объема теплоносителя;

• на порядок большая плотность по сравнению с традиционными реакторными теплоносителями (натрий, вода);

• большая величина поверхностного натяжения по сравнению с традиционными теплоносителями. Для обеспечения ресурсной работоспособности проектируемого оборудования с контактными поверхностями в среде ТЖМТ для инновационных реакторов на быстрых нейтронах необходимо подтверждение работоспособности контактных поверхностей в среде ТЖМТ, исследование их триботехнических характеристик.

Для изучения влияния пристенного слоя сталь - ТЖМТ и образовывающегося оксидного покрытия на стали на триботехнические характеристики трущихся поверхностей (коэффициента трения и др.), при варьируемых параметрах высокотемпературного расплава свинца и эвтектики свинца-висмута. В НГТУ выполняется комплекс экспериментальных исследований.

Экспериментально исследовались зависимости влияния на трибологические характеристики (коэффициента трения и др.) контактной пары при фиксированной термодинамической активности О2 (содержании активного кислорода, способного вступать в реакции окисления) в расплаве свинца и свинца-висмута при варьируемой приложенной нагрузке при возвратно-поступательном горизонтальном перемещении экспериментальных образцов конструкционных материалов в условиях, приближенных к натурным, применительно к инновационным реакторным установкам типа БРЕСТ и СВБР.

На находящихся в контакте с тяжелыми жидкометаллическими теплоносителями металлических поверхностях образуются оксидные пленки в результате взаимодействия с кислородом, содержащемся в теплоносителе. Как правило, пристенный слой в среде ТЖМТ обогащен примесями: соединениями теплоносителя, компонентов конструкционных материалов и др. Образовавшиеся оксидные покрытия и пристенный слой предохраняют контактные поверхности сталей и чугунов от схватывания, связанного с ним глубинного вырывания и других негативных эффектов. Они являются важным фактором эксплуатации контактных поверхностей в реакторных условиях. Частицы оксидов теплоносителя (свинца, висмута) соединений компонентов сталей, пузырьки паров, газов и др. , находящихся в пристенных слоях поверхностей трения, пропитанные теплоносителем, оказывают эффект, аналогичный эффекту смазочного материала. Несмотря на то, что пристенный слой может быть обогащен соединениями компонентов конструкционных материалов, при трении контактной пары в этих условиях может происходить интенсивное изнашивание поверхностей контакта.

Целью экспериментального исследования являлось получение зависимости влияния

на коэффициент трения приложенной нагрузки контактной пары из оксидированных и неок-сидированных образцов из стали 12Х18Н10Т, конечной целью испытаний определение три-ботехнических характеристик образцов конструкционных сталей в среде тяжелых жидких металлов реакторных установок.

Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

• разработка схемы и конструкций экспериментальных стендов, программ и методик испытаний;

• разработка и монтаж высокотемпературных стендов с ТЖМТ и экспериментальных участков;

• отработка основных узлов конструкции экспериментальных участков;

• проведение экспериментальных исследований;

• обработка и анализ полученных результатов, проведение необходимых расчетно-теоретических исследований.

Эксперименты проводились последовательно на двух стендах попеременно одинаковыми методиками испытаний

Стенд ТР-2010НГТУ предназначен для определения коэффициента трения контактных пар трения образцов из стали в ТЖМТ при температуре около 500 оС (рис. 1).

На рис. 1 изображены основные элементы высокотемпературного стенда ТР-2010НГТУ.

Рис. 1. Схема экспериментального участка высокотемпературного стенда ТР-2010НГТУ

В состав стенда ТР-2010НГТУ входят следующие элементы (рис. 2).

• емкость с ТЖМТ;

• система управления оборудованием и регулирования параметров стенда;

• система электроснабжения потребителей стенда;

• система защитного газа

Емкость заполнена расплавом тяжелого жидкометаллического теплоносителя. Обогрев

Описание экспериментального стенда ТР-2010НГТУ

емкости осуществляется электрическим током нихромовыми электроспиралями. Снаружи емкость покрыта теплоизоляцией. В емкости на подвесной площадке размещен образец № 1. Образец №2 находится под ним и прижимается к нему в результате действия выталкивающей силы Архимеда и устройства, обеспечивающего необходимую силу нагружения экспериментального участка. Удельная нагрузка на контактную пару трения варьировалась в диапазоне от 0,5 до 2,5

кг/см2 с помощью двух грузов массой 5 кг и 12,7 кг. При грузе в 5 кг удельная нагрузка изменя-2 2 лась от 0,5 кг/см2 в начале участка до 1 ,2 кг/см2 в конце экспериментального участка, при грузе

12,7 кг удельная нагрузка изменялась от 1 кг/см2 в начале участка до 2,5 кг/см2 в конце.

Перемещение образца №2 относительно образца №1 осуществляется посредством приводимой в движение двигателем системы блоков с тросами. Контактная пара трения погружена в свинцовый (свинец-висмутовый) теплоноситель.

7 8 9

Рис. 2. Конструктивная схема стенда ТР-2010НГТУ:

1 - емкость; 2 - контактная пара трения; 3 - ДАК; 4 - прокладка; 5 -крышка; 6 - узел уплотнения ДАК; 7 - трубка подвода и отвода газа; 8 - устройство нагружения; 9 - электродвигатель; 10 - тен-зодатчик динамометра; 11 - погружной термопреобразователь; 12 - теплоизоляция; 13 - спираль

электрообогрева; 14 - дренаж

Программа испытаний включала в себя следующее:

1. Определение силы трения, вносимой конструктивными элементами стенда. Режим «холостой ход». Исследование проводилось без образцов в среде воздуха и в среде свинцового теплоносителя при температуре 500оС, при постоянной скорости перемещения тросов 0,005 м/с и постоянной термодинамической активности О2: 100. В данном режиме определялась сила тяги, эквивалентная силе трения, вносимой конструктивными элементами стенда при проведении испытаний с контактной парой трения.

2. Определение коэффициента трения образцов из стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки, в среде воздуха при постоянной скорости перемещения образцов 0.005 м/с, переменной нагрузке - удельных давлений в диапазоне от 0.5 до 2,5 кг/см .

3. Определение коэффициента трения образцов из стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки, при температуре 500оС в среде свинцового (свинец-висмутого) теплоносителя при постоянной скорости перемещения образцов 0.005 м/с, постоянной термодинамической активности О2: 100 и переменной нагрузке (силе прижатия) - удельных давлений в диапазоне: от 0.5 до 2,5 кг/см .

4. Определение коэффициента трения запассивированных в расплаве свинца образцов из стали 12Х18Н10Т при температуре 500оС в среде свинцового (свинец-висмутого) теплоносителя при постоянной скорости перемещения образцов 0,005 м/с, постоянной термодинамической активности О2: 100 и переменной нагрузке (силе прижатия) - удельных давлений в диапазоне от 0.5 до 2,5 кг/см2. Время пассивации образцов 24 ч, условия пассивации - температура расплава свинца 450-480оС термодинамическая активность О2: 10°

5. Обобщение и анализ полученных результатов.

Обсуждение результатов исследования

Результаты испытаний в среде воздуха и свинца: удельная нагрузка от 0,5 до 1.2 кг/см и удельной нагрузкой на контактную пару трения от 1 до 2,5 кг/см .

Условия проведения испытаний в атмосфере воздуха: рабочая среда - воздух; температура - 20о С; материал контактной пары - аустенитная сталь 12Х18Н10Т; состояние контактных поверхностей пары - материал в состоянии поставки; масса груза - 5 кг (удельная нагрузка от 0,5 до 1,2 кг/см ); скорость относительного перемещения образцов - 0,005 м/с.

Условия проведения испытаний в среде свинца: рабочая среда - свинец; температура -500о С; материал контактной пары - аустенитная сталь 12Х18Н10; состояние контактных поверхностей пары - материал в состоянии поставки, поверхности контакта оксидированы и не оксидированы защитной пленкой (РЬО); скорость относительного перемещения образцов - 0,005 м/с.

а) На рис. 3 представлены результаты проведенных исследований, полученные в ходе экспериментального исследования в диапазоне удельных нагрузок на контактную пару трения от 0.5 до 1,2 кг/см2.

0,3

0,8

0,7  непассивированная поверхность

S 0,6 И « 0,5 &Ч н -©н 0,4 iT) О и 0,3 0,2 Ш ♦

у

ОД

0 П it акт поп пары, мм

1 уть пере] о г мещения m 0 3 ЗДВНЖНОГО 0 4 образца koi

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары при удельной нагрузке от 0,5 до 1,2 кг/см2

б) На рис. 4 представлены результаты проведенных исследований, полученные в ходе экспериментального исследования в диапазоне удельных нагрузок на контактную пару тре-

2

ния от 1 до 2,5 кг/см . На рис. 5 изображены графики изменения коэффициента трения от пути перемещения подвижного образца для контактных пар со сформированными оксидными покрытиями на поверхностях образцов.

и пассивированная поверхность{расплав РЬ) Анепассивированная поверхность(расплавРЬ) ♦ непассивированная поверхность (аш воздуха) актноппары, мм

к

к

• —1 >—

ьч ьн я о ь

Л о <

_

1 Путь переь 0 2 шщення по 0 3 ЦВПЖНОГО О 0 4 бразца кош

Рис. 4. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары при удельной нагрузке от 1 до 2,5 кг/см2

Исследование проводилось в расплаве свинца при температуре 500оС, термодинамической активности О2 в свинце равной 100, в диапазоне удельной нагрузки на контактную пару трения от 0,5 до 1,2 кг/см2(при грузе в 5 кг) и в диапазоне удельной нагрузки от 1 до 2,5 кг/см2 (при грузе в 12,7 кг). Каждая кривая соответствует отдельной контактной паре трения образцов. Уменьшение коэффициента трения в процессе движения образца, по мнению авторов, может объясняться приработкой поверхностей контакта в процессе относительного движения контактных пар с оксидными покрытиями в среде свинцового теплоносителя.

а)

Рис. 5. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары (пассивированные поверхности образцов):

а - при удельной нагрузке от 0,5 до 1,2 кг/см2

б)

Рис. 5. Окончание. б - при удельной нагрузке от 1 до 2,5 кг/см2

После проведенных исследований были выполнены материаловедческие исследования образцов контактных пар.

На рис. 6 приведен пример профилограммы поверхностей контактных пар, выполненных из стали аустенитного класса 12Х18Н10Т, после экспериментальных исследований.

Рис. 6. Профилограмма поверхности контактной пары со сформированным оксидным покрытием после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамической активности кислорода 10°, удельной нагрузке от 1 до 2,5 кг/см2, шероховатости поверхности Яа = 0,56

На рис. 7 изображено фото шлифа образца со сформированным оксидным покрытием

после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамиче-«-» «-» 0 2 ской активности кислорода равной 10 , удельная нагрузка от 1,2 до 2,5 кг/см . На данном

фото четко видны сталь, слой рыхлых отложений, пропитанных свинцом, и между ними слой сформированной оксидной пленки.

На первом этапе экспериментов был апробирован специально созданный для этих целей высокотемпературный статический стенд для определения трибологических характеристик контактной пары в среде высокотемпературного расплава свинца в условиях, приближенных к натурным. В процессе проведения экспериментов были получены данные, подтверждающие зависимость изменения коэффициента трения от наличия оксидной пленки на поверхности образца.

Рис. 7. Фото шлифа образца

Описание экспериментального стенда ТР-2012НГТУ

Стенд ТР-2012НГТУ предназначен для определения коэффициента трения контактных пар трения образцов из стали в ТЖМТ при температуре 450 - 550 оС (рис. 8).

На рис. 8 изображены основные элементы высокотемпературного стенда ТР-2012НГТУ.

В состав стенда ТР-2012НГТУ входят следующие элементы (рис. 9).

• рабочая емкость с экспериментальным участком;

• плавильный бак с ТЖМТ;

• система управления оборудованием и регулирования параметров стенда;

• система электроснабжения потребителей стенда;

• система защитного газа.

Плавильный бак заполнен расплавом тяжелого жидкометаллического теплоносителя. Обогрев плавильного бака осуществляется электрическим током нихромовыми электроспиралями. На дне рабочей емкости на площадке размещен образец № 1 выполненный в виде пластины из стали 12Х18Н10Т, с поверхностью контакта в состоянии поставки. Образец №2, изготовленный в виде металлического цилиндра, находится над ним и прижимается к нему торцевой поверхностью (шероховатость Ra = 3,2) за счет действия устройства, обеспечива-

ющего необходимую силу нагружения экспериментального участка. Удельная нагрузка на контактную пару трения варьиро контактной пары трения 0,01 м/с

2

контактную пару трения варьировалась: 6, 12 и 23 кг/см . Скорость перемещения образцов

Рис. 8. Модель экспериментального участка высокотемпературного стенда ТР-2012НГТУ

Рис. 9. Схема экспериментального участка высокотемпературного стенда ТР-2012НГТУ:

1 - рабочая емкость; 2 - контактная пара трения; 3 - устройство нагружения; 4 - ДАК; 5 - узел уплотнения ДАК; 6 - электроконтактный датчик положения контактной пары; 7 - трубки подвода и отвода газа; 8 - погружной термопреобразователь; 9 - электроконтактный датчик уровня расплава ТЖМТ; 10 - теплоизоляция; 11 - спираль электрообогрева; 12 - стержень для перемещения контактной пары; 13 - уровень расплава свинца; 14 - тензометрический датчик динамометра ДОУ-3И; 15 -двигатель; 16 - направляющие; 17 - дренаж в плавильный бак

Возвратно-поступательное движение образца №2 относительно образца №1 осуществляется посредством работы двух двигателей, обеспечивающих необходимое тяговое усилие в системе из металлических стержней и датчика динамометра ДОУ-3И. Контактная пара трения погружена в свинцовый теплоноситель.

Режимы испытаний

Программа испытаний включала в себя следующее:

• определение силы трения, вносимой конструктивными элементами стенда. Режим «холостой ход». Исследование проводилось без образцов при постоянной скорости перемещения тросов 0,01 м/с, определялась сила тяги, эквивалентная силе трения, вносимой конструктивными элементами стенда при проведении испытаний с контактной парой трения;

• определение коэффициента трения образцов из стали 12Х18Н10Т в состоянии поставки при температуре 500оС в среде свинцового теплоносителей при постоянной скорости перемещения образцов 0,01 м/с, постоянной термодинамической активности О2:

0 «-» „ 2 10 и переменной нагрузке (силе прижатия) удельных давлений: 6, 12 и 23 кг/см ;

• определение коэффициента трения запассивированных в расплаве свинца образцов из стали 12Х18Н10Т при температуре 500оС в среде свинцового (свинец-висмутого) теплоносителя при постоянной скорости перемещения образцов 0,01 м/с, постоянной термодинамической активности О2: 100 и переменной нагрузке (силе прижатия) - удельных давлений: 6, 12 и 23 кг/см2. Время пассивации образцов 24 ч, условия пассивации - температура расплава свинца 480оС, термодинамическая активность О2: 100;

• обобщение и анализ полученных результатов.

Обсуждение результатов исследования

Результаты испытаний в среде свинца со сформированным и несформированным оксидным покрытием на поверхностях контакта. Удельная нагрузка - 6, 12 и 23 кг/см2.

Условия проведения испытаний: рабочая среда - свинец; температура - 500о С; материал контактной пары - аустенитная сталь 12Х18Н10; состояние контактных поверхностей пары - материал в состоянии поставки Яа = 3,2, поверхности контакта оксидированы и неоксидирова-ны защитной пленкой (РЬО); скорость относительного перемещения образцов - 0,01 м/с.

а) На рис. 10 представлены результаты проведенных исследований, полученные в ходе экспериментального исследования при удельной нагрузке на контактную пару трения 6 кг/см2.

Рис. 10. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары при удельной нагрузке 6 кг/см2

б) На рис. 11 представлены результаты проведенных исследований, полученные в ходе экспериментального исследования при удельной нагрузке на контактную пару трения 12 кг/см2.

Рис. 11. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары при удельной нагрузке 12 кг/см2

б) На рис. 12 представлены результаты проведенных исследований, полученные в ходе экспериментального исследования при удельной нагрузке на контактную пару трения 23 кг/см2.

Рис. 12. Зависимость коэффициента трения по пути перемещения подвижного образца контактной пары при удельной нагрузке 23 кг/см2

На рис. 13 и рис. 14 приведены примеры профилограмм поверхностей контактных

пар, выполненных из стали аустенитного класса 12Х18Н10Т, после экспериментальных ис-^ ^ 2 следований при удельной нагрузке 12 кг/см .

О Л С й Н О о 3 М

Длина участка,

мм

Рис. 13. Профилограмма поверхности контактной пары без сформированного оксидного покрытия после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамической активности кислорода 10°, удельной нагрузке 12 кг/см2, шероховатости поверхности Яа = 3,5

40

Длина участка, мм

«

л и

О

а с

а т о

с

3 М

Рис. 14. Профилограмма поверхности контактной пары со сформированным оксидным покрытием после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамической активности кислорода 10°, удельной нагрузке 12 кг/см2, шероховатости

поверхности Яа = 1,8

На рис. 15 изображено фото шлифа образца со сформированным оксидным покрытием

после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамиче-«-» 0 2 ской активности кислорода 10 , удельная нагрузка 12 кг/см . На данном фото четко видны

сталь, слой рыхлых отложений, пропитанных свинцом, и между ними слой сформированной

оксидной пленки.

Рис. 17. Фото шлифа образца со сформированным оксидным покрытием после экспериментального исследования в расплаве свинца при Т = 500оС, термодинамической активности кислорода 10°, удельной нагрузке 23 кг/см2

Выводы

1. Впервые произведено определение триботехнической характеристики - коэффициента трения и его изменения в высокотемпературном свинцовом теплоносителе при Т= 500-550оС, удельных нагрузках от 0,5 до 23 кг/см2 и скорости относительного перемещения образцов 0,005 и 0,01 м/с при контролируемой и фиксируемой термодинамической активности кислорода в теплоносителе (а~1).

2. Полученные экспериментальные данные показывают, что наличие сформированных оксидных покрытий на поверхностях контактной пары снижает коэффициент трения по сравнению с аналогичной характеристикой при отсутствии оксидных покрытий.

3. Результаты проведенных экспериментов показывают следующие зависимости три-ботехнической характеристики: коэффициента трения запассивированных и незапассивиро-ванных образцов из стали 12Х18Н10Т в среде свинцового теплоносителя при т/а О2 в свинце а=100 , Т= 500-550оС:

♦ при удельном давлении прижатия образцов р= 0,5 - 2,5 кг/см и средней скорости перемещения образцов К=0,005м/с :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями с коэффициентом трения к = 0,8-0,3 он монотонно убывает при взаимном перемещении образцов;

• для образцов без оксидных покрытий с коэффициентом трения к = 0,3-0,8 он монотонно возрастает при взаимном перемещении образцов;

2 „

♦ при удельном давлении прижатия образцов р= 6 кг/см2 и средней скорости перемещения образцов К=0,01 м/с :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями с коэффициентом трения к =0,12-0,1. Данный диапазон значений характерен для всего экспериментального участка;

• для образцов без оксидных покрытий с коэффициентом трения к = 0,45-0,32 он монотонно убывает при взаимном перемещении образцов;

2 „

♦ при удельном давлении прижатия образцов р= 12 кг/см2 и средней скорости перемещения образцов К=0,01м/с :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями с коэффициентом трения к =0,1 данное значение характерно для всего экспериментального участка;

• для образцов без оксидных покрытий с коэффициентом трения к =0,32-0,38 он монотонно возрастает при взаимном перемещении образцов;

2

♦ при удельном давлении прижатия образцов р= 23 кг/см и средней скорости перемещения образцов К=0,01м/с :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями с коэффициентом трения к =0,08 данное значение характерно для всего экспериментального участка;

• для образцов без оксидных покрытий с коэффициентом трения к =0,38-0,36 он монотонно убывает при взаимном перемещении образцов.

4. Сравнение профилограмм контактных поверхностей образцов из стали 12Х18Н10Т со сформированными покрытиями и без них до и после испытаний в свинцовом теплоносителе при указанных выше условиях показывает следующее:

♦ при удельной нагрузке от 1 до 2,5 кг/см :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями изменение среднего арифметического отклонения профиля Ra составило 0,25 (образец до экспериментального исследования) до 0,56;

• для образцов без оксидных покрытий изменение среднего арифметического отклонения профиля Ra составило 0,25 (образец до экспериментального исследования) до 0,71;

♦ при удельной нагрузке 12 кг/см :

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями изменение среднего арифметического отклонения профиля Ra составило 0,25 (образец до экспериментального исследования) до 1,8;

• для образцов без оксидных покрытий изменение среднего арифметического отклонения профиля Ra составило 0,25 (образец до экспериментального исследования) до 3,5.

5. Сравнение фотографий шлифов контактных поверхностей образцов из стали 12Х18Н10Т со сформированными покрытиями и без них до и после испытаний в свинцовом теплоносителе при указанных условиях показывает следующее:

• для образцов со сформированными оксидными покрытиями поверхность получила незначительные изменения: высоты и впадины профиля до 10 мкм. На фото шлифа четко видны сталь, слой сформированной защитной оксидной пленки, слой рыхлых отложений, пропитанных свинцом.

• для образцов без оксидного покрытия на поверхности большие изменения: высоты и впадины профиля до 20 мкм.

Результаты исследований позволяют сделать вывод о том, что в среде тяжелых жид-кометаллических теплоносителей инновационных реакторных установок пары трения характеризуются новыми, неизвестными ранее свойствами:

• интенсивным теплоотводом от места контактного трения оксидированных поверхностей конструкционных материалов;

• исключением непосредственного контакта твердых поверхностей (стали, чугуна) контактных пар в среде свинцового и свинец-висмутового теплоносителей вследствие формирования на них специфичных оксидных покрытий;

• существенным уменьшением коэффициента трения контактных пар в среде высокотемпературных свинцового и свинец-висмутового теплоносителя, что способствует увеличению ресурса работы контактных пар в рассматриваемых условиях.

Работа проводилась при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.В37.21.0322.

Библиографический список

1. Безносов, А.В. Оборудование, компоновка и режимы эксплуатации контуров с тяжелыми

жидкометаллическими теплоносителями в атомной энергетике / А.В. Безносов, Т.А. Бокова. -

Н. Новгород, НГТУ им. П.Е. Алексеева, 2011.

2. Экспериментальные исследования характеристик пристенной области ТЖМТ - конструкционный материал методом «экспресс замораживания»: отчет по НИР (инициативный) / НГТУ; рук. Безносов А.В.; исп. Махов К.А. [и др.]. - Н. Новгород, 2012.

Дата поступления в редакцию15.07.2013

Yu. N. Drozdov, A.V. Beznosov, T.A. Bokova, A.I. Shumilkov, K.A. Strides, A.S. Blackie

EXPERIMENTAL STUDY OF PERFORMANCE FRICTION IN LONGITUDINAL BACK-AND-FORTH MOVEMENT OF THE SAMPLE A MEDIUM

LIQUID HEAVY METAL

Institute of mechanical engineering n.a. A.A. Blagonravova of the Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod state technical university n.a. R.E. Alexeev

Purpose: The paper presents the results of experimental studies on the tribological characteristics of friction in the environment of high temperature lead coolant in a longitudinal reciprocating movement of specimens made of austenitic steel 12X18H10T. The purpose of the pilot study was to obtain the dependence of the coefficient of friction effects on the applied load the contact pair of oxidized and non-acidic samples of steel 12X18H10T.

Design/methodology/approach: Investigations were carried out on two high stands on similar techniques. Parameters Booth lead melt temperature - 500°C, the active oxygen content at saturation line lead, the state pairs of contact surfaces

- the material as supplied and formed on surfaces of samples of oxide coatings, a specific load - from 0.5 to 23 kg/cm2 speed specimens relative movement 0.005-0.01 m/s.

Research limitations/implications: First made the definition of the tribological characteristics - the coefficient of friction and changes in the melt lead, showed that the presence of oxide coatings formed on the surfaces of the contact pair reduces the coefficient of friction compared with the same characteristics in the absence of oxide coatings. After conducting research, materials research carried profilograms contact surfaces of specimens of steel 12X18H10T with formed coatings and without them before and after the test in lead coolant under the above conditions. Micrographs were made samples from the contact surfaces are formed 12X18H10T with or without coatings before and after the test lead coolant at the above conditions. The results of these studies are important for the reactor circuits NPPs with the BREST and MTBF with lead and lead-bismuth coolant.

Originality/value: The research results suggest that in an environment of heavy liquid metal reactor plants innovative friction pairs are characterized by new, previously unknown properties:

- Intense heat removal from the place of contact friction oxidized surfaces of construction materials;

- Except for the direct contact of solid surfaces (steel, cast iron) contact pairs in the environment lead and lead-bismuth coolant due to the formation of these specific oxide coatings;

- A significant reduction in the coefficient of friction of contact pairs in an environment of high-lead and lead-bismuth coolant, thus increasing the service life of the contact pairs in these conditions

Key words tribological, high temperature lead coolant, reactor plants, samples of steel, the coefficient of friction, contact surfaces.

УДК 621.37.029.6

В.В. Бирюков, В.А. Грачев, Г.С. Малышев, А.С. Раевский, В.В. Щербаков

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЕЧНЫХ ПЛАНАРНЫХ ЩЕЛЕВЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

Представлены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования щелевых антенных решеток (ЩАР) конечных размеров. Приведены основные характеристики ЩАР, результаты сравнения экспериментальных и расчетных данных. Даны рекомендации по созданию ЩАР с требуемыми характеристиками.

Ключевые слова: щелевая антенна, щелевая антенная решетка, диаграмма направленности, поляризация, коэффициент кросс-поляризации.

Введение

В последнее время большие усилия астрофизиков направлены на исследование свойств реликтового космического излучения, несущего в себе информацию о процессах, происходивших на самых ранних стадиях возникновения Вселенной. Наибольший интерес представляют степень изотропности и поляризации этого излучения в терагерцовом диапазоне частот [1].

Для приема столь малоинтенсивного излучения необходимы антенные решётки, состоящие из большого числа элементов, обладающих достаточно хорошей поляризационной селективностью. Примером таких антенн являются щелевые решётки. Важными их преимуществами является широкая полоса рабочих частот и малый коэффициент кросс-поляризации. Следует отметить, что в данном случае под антенной решеткой понимается просто массив одинаковых приемных элементов, отклики которых складываются.

Изготовление таких антенных систем и их экспериментальное исследование непосредственно в терагерцовом диапазоне частот является весьма сложной технологической и технической задачей, поэтому на первом этапе целесообразно отработать конструкцию такой антенной решетки в СВЧ диапазоне. Затем, пользуясь принципом электродинамического подобия, результаты можно перенести и в более высокочастотный диапазон.

Результаты исследований

В качестве элемента антенной решетки можно взять одну из комбинаций взаимно-перепендикулярных щелей, показанных на рис. 1 цифрами 1-3. В этом случае каждый элемент антенной решетки позволяет определять поляризацию принимаемого излучения. Однако в ходе экспериментальных исследований было установлено, что наилучшим подавлением волны паразитной поляризации обладают антенны в виде одиночной щели. Более того, коэффициент кросс-поляризации данных антенн меньше зависит от точности изготовления, чем коэффициенты кросс-поляризации антенн 2 и 3, что особенно важно при последующем переходе в терагерцовый диапазон. Поэтому в дальнейших исследованиях в качестве приёмного элемента щелевой антенной решётки использовалась одиночная щель 4 (рис. 1).

© Бирюков В.В., Грачев В.А., Малышев Г.С., Раевский А.С., Щербаков В.В., 2013.