ПАРА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к парам трения и может быть применена в узлах трения, работающих в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, например, в исполнительных механизмах ядерных реакторов.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к полезной модели является пара трения, содержащая металлическую и графитовую полупары (книга «Свойства конструкционных материалов на основе углерода». Справочник под редакцией В.П.Соседова, Москва, «Металлургия», 1975, с.220)
Металлическая полупара известного устройства выполнена в виде цилиндра из стали марки Р18, который установлен с возможностью вращения, а графитовая полупара представляет собой втулки из антифрикционного графита марки АГ-1500, которые установлены неподвижно с возможностью радиального скольжения по поверхности металлического цилиндра.
Недостатком известной пары скольжения является невозможность ее использования в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, что объясняется преждевременным износом втулок из антифрикционного графита марки АГ-1500, а также коррозией цилиндра из стали марки Р18, приводящих к увеличению коэффициента трения пары скольжения. Кроме этого, продукты коррозии, а также углерод и примеси, содержащиеся в антифрикционном графите марки АГ-1500 и вымывающиеся из графита под действием деминерализованной воды, нагретой до и свыше 200°С, ухудшают показатели качества рабочей среды, что не допускается по условиям эксплуатации.
Задачей настоящей полезной модели является создание пары трения скольжения, обеспечивающей заданный ресурс работы в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С и не влияющей на качество рабочей среды.
Техническим результатом настоящей полезной модели является уменьшение коэффициента трения пары трения, работающей в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С и не выделяющей в упомянутую среду вещества, ухудшающие ее качество.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной паре трения скольжения, содержащей металлическую и графитовую полупары,
металлическая полупара выполнена из циркониевого сплава, а графитовая полупара - из мелкозернистого прессованного графита, объемно уплотненного пироуглеродом от 3,0 до 4,5%.
Полупара из циркониевого сплава не подвержена коррозии в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды при температуре 200-250°С, а мелкозернистый прессованный графит, из которого изготовлена вторая полупара, практически не имеет примесей, что позволяет исключить выделение продуктов коррозии и примесей, т.е. сохранить требуемые показатели качества рабочей среды на протяжении всего ресурса работы пары трения. Объемное уплотнение мелкозернистого прессованного графита пироуглеродом от 3,0 до 4,5% позволяет герметично закрыть графитовые поры, что исключает выход углерода в рабочую среду, а также создать в графитовой полупаре внутренний пироуглеродный каркас, что обеспечивает ее прочность в условиях воздействия ионизирующего излучения и деминерализованной воды с температурой 200-250°С. Кроме этого, за счет трения скольжения графитовой полупары по поверхности полупары из циркониевого сплава, на последней создается антифрикционная прочная углеродная нанопленка, которая не только уменьшает коэффициент трения, но и предохраняет поверхность полупары из циркониевого сплава от повреждений. Экспериментальные данные показывают, что износостойкость пары трения скольжения повышается в 2,1-2,7 раза, рабочая поверхность полупары из циркониевого сплава не имеет задиров, прочность полупары из мелкозернистого прессованного графита увеличивается в 1,7-1,5 раза при снижении анизотропности на 2,1-2,4%, а выход углерода в рабочую среду за ресурс работы снижается практически до нулевых значений. Объемное уплотнение мелкозернистого прессованного графита пироуглеродом меньше 3,0% приводит к недопустимому увеличению выхода углерода в рабочую среду и неравномерности износа полупары из мелкозернистого прессованного графита, а больше 4,5% - к появлению задиров на поверхности полупары из циркониевого сплава..
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена пара трения скольжения (продольный разрез).
Пара трения скольжения содержит металлическую полупару 1, выполненную в виде трубы (может быть в виде стержня) из циркониевого сплава, например, марки Э-110, которая установлена неподвижно в горизонтальной плоскости (может быть установлена вертикально), и графитовую полупару 2, выполненную в виде втулок или колец, которые закреплены на направляющем стержне 3, установленном с возможностью возвратно-поступательного движения внутри трубы 1 из циркониевого сплава. Втулки 2 (кольца) выполнены из мелкозернистого прессованного графита, например, марки МПГ-6 или МПГ-7, который объемно уплотнен пироуглеродом от 3,0 до 4,5%. Длина трубы 1 из циркониевого сплава составляет величину, равную или больше 1 м, а ее наружный диаметр равен 21 мм. На направляющем стержне 3 может быть размещено от двух и более втулок 2 (колец).
Пару трения скольжения изготавливают следующим образом.
Из заготовки из мелкозернистого прессованного графита, например, марки МПГ-6 или МПГ-7 выполняют в соответствии с чертежом втулки в требуемом количестве. Затем втулки очищают от графитовой и металлической пыли, которая заполнила открытые графитовые поры. Для этого втулки подвергают обдувке сжатым воздухом или вымывают упомянутую пыль струей воды. Затем втулки, проверенные на качество очистки, размещают в камере, в которой создают разрежение, равное 8 мм рт.ст., нагревают до температуры 1000°С и пропускают через камеру углеродсодержащую смесь, например, метан. Для получения трехпроцентного объемного уплотнения пироуглеродом обработку втулок метаном осуществляют в течение 72-96 часов. Проверку заданной величины объемного уплотнения проводят с помощью взвешивания втулок до и после проведения операции уплотнения. Изготовленные втулки 2 закрепляют на направляющем стержне 3, который устанавливают внутри трубы 1 с возможностью обеспечения трения скольжения втулок 2 по внутренней поверхности трубы 1.
Пара трения скольжения работает в условиях потока деминерализованной воды с температурой 200-250°С при воздействии ионизирующего излучения. В течение заданного времени эксплуатации пары трения скольжения уплотненные пироуглеродом втулки 2 из мелкозернистого прессованного графита при скольжении по трубе 1 из циркониевого сплава сохраняют свою целостность, что объясняется оптимальным соотношением коэффициентов трения материалов пары. Содержание пироуглерода в диапазоне от 3,0 до 4,5% позволяет достичь стабилизации высокой износостойкости и прочностных характеристик при одновременном отсутствии задиров на рабочей поверхности полупары из циркониевого сплава и минимизации выхода углерода из графитовой полупары в рабочую среду.