ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШЕСТЕРЁННЫХ НАСОСОВ  ПУТЁМ ХИМИЧЕСКОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ  ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ

 

Марченко С.И. (РГУПС, г.Ростов-на-Дону, РФ)

 

Results of experiments upon raising of longevity of gear-wheeled pumps working within the conditions of corrosion-mechanical wear are shown. Experiments upon raising of longevity of pumps were held by means of creating of pellicle modification covering on the friction surfaces and pump’s channels.

 

В последние годы на ряде предприятий Российской Федерации возникла проблема повышения долговечности эксплуатации шестеренных насосов–дозаторов 11НШ для изготовления пара-арамидных волокон типа «Армос» и «СВМ» [1]. Эти волокна нашли широкое применение при создании высоконагруженных текстильных изделий для баллистической защиты – бронежилетов, материалов и изделий с высокой термостойкостью к открытому пламени – деталей защитной одежды и снаряжения. Кроме перечисленных основных направлений применения большое значение имеют эти волокна при создании композиционных материалов, конструкций из них, обладающих высокими механическими показателями при малом объемном весе [2].

Главной причиной выхода из строя насосов–дозаторов 11НШ  являлся наличие в перерабатываемом продукте соляной кислоты, что предопределяет коррозионно–механический износ деталей шестеренного блока и пары трения ведущий вал  – корпус, а также образование технологических загрязнений в каналах корпуса насоса из-за реакций продукта с материалом корпуса – серым чугуном. Последнее приводит к забиванию фильер и, что совершенно недопустимо при производстве высококачественного волокна, попадания загрязнений в волокно.

Работы по повышению долговечности работы насосов путем восстановления их работоспособности и долговечности проводились путём модификации поверхностей трения и каналов насоса.

Задачи решения проблемы усложнены, ввиду того, что модифицирующие пленочные покрытия и продукты износа композиционного материала не должны загрязнять перекачиваемый (дозируемый) продукт. Учитывая это, разработка и исследование покрытия и материала проводились с использованием приемов нанотехнологий, т.е. путем химического конструирования и создания оптимальных характеристик этих материалов и покрытий на молекулярном уровне.

Эта задача решалась с помощью нанесения на металлические поверхности насоса нанопленок путем их обработки смесью жидких углеводородов, последующим кипячением этих деталей в водном моюще–модифицирующем растворе, содержащем щелочь NaOH, силикат натрия Na2SiO3, триэтаноламин (HOCH2CH2)3N при температуре его кипения.


Рисунок 1- Шестеренный насос 11НШ для подачи и дозирования растворов полимеров: 1 - винт; 2 – колесо привода; 3 - гайка; 4 – шайба уплотнительная; 5 - вал ведущий; 6 - винт-заглушка; 7 - прокладка; 8 - корпус; 9-болт; 10 - шайба; 11 - ось; 12 – паразитная шестерня; 13 - валик ведущий; 14 - шпонка; 15 – ведущая шестерня; 16, 17, 18 - пластины верхняя, средняя, нижняя

 

Сущность способа очистки и модифицирования с целью повышения срока службы шестеренных насосов состоит в совокупности приемов, заключающихся:

– в предварительной очистке деталей насосов с использованием органического растворителя. На этой стадии поверхности очищаются от загрязнений, представляющих собой низкомолекулярные фракции составляющих раствора, легкорастворимые продукты деструкции антифрикционных и защитных (консервационных) смазок, заложенных в шестеренные насосы при их поставке заводом–изготовителем;

– в кипячении в моюще–модифицирующем растворе, состоящим из воды, щелочи, силиката натрия и триэтаноламина в течение 2–х часов. Во время кипячения поверхности очищаются от загрязнений, представляющие собой высокомолекулярные фракции составляющих раствора. При этом большая часть этих загрязнений переходит в соединения, представляющие собой твердые низкомолекулярные вещества, представляющие собой конгломераты, легко удаляемые последующей механической обработкой [5].

На этой стадии на поверхности деталей шестеренного насоса, в результате химического взаимодействия компонентов моюще–модифицирующего раствора со сталью, образуются тончайшие пленочные нанопокрытия, представляющие собой устойчивые к окислению соединения, обеспечивающие повышение износостойкости при коррозионно–механическом износе пар трения насосов и препятствующие налипанию технологических загрязнений в сообщающихся каналах насосов.

 

Рисунок 2- Долговечность насосов 11НШ в растворах с различным содержанием HCl

Рисунок 3- Износостойкость модифицированных  насосов 11НШ в сравнении с насосами в исходном состоянии

 

Наличие в моюще–модифицирующем растворе силиката натрия (жидкого стекла) предопределяет образование на поверхностях насоса антифрикционного пленочного покрытия, также повышающего износостойкость пар трения шестеренного насоса. Повышение износостойкости металлических пар трения происходит в связи с эффективностью этого покрытия в процессе приработки, а также из-за повышения микротвердости поверхностей трения в связи с образованием в них силицидов и твердых растворов кремнезема в окислах железа [3].

Промышленные испытания насосов, восстановленных с помощью этого способа, показали, что срок их эксплуатации составил от 75–ти до 112 суток против 30 – 35 суток для новых насосов, поставляемых заводом–изготовителем (рис. 2,3). Разработанный способ модифицирования позволяет обрабатывать насосы, не находившиеся в эксплуатации, тем самым увеличивая срок службы этих изделий (рис. 4) [4, 5].

Рисунок 4- Долговечность работы насосов 11НШ в зависимости от вида перекачиваемого раствора

 

Изделия с модифицированными поверхностями обеспечили необходимую производительность, а качество готового продукта соответствовала предъявляемым требованиям.

Таким образом, применение модифицирования деталей шестерённого насоса позволило увеличить долговечность работы шестерённых насоса 11НШ.

Литература

1. Технические условия ТУ 92–02.22.048–89.3.

2. Мачалаба Н.Н. Российские пара-арамидные волокна и их применение в композитах («Армос» и его сравнение с другими пара-арамидами)/ Тр. межд. конф. Теория и практика технологий производства изделий из композиционных материалов и новых металлических сплавов-21 век. 30 января-2 февраля 2001, МГУ. – М.: 2001. – с.676-686.

3. Башкиров О.М., Марченко С.И., Логинов В.Т. Использование элементов нанотехнологий при разработке и исследовании композиционных покрытий и материалов для повышения долговечности работы шестерённых насосов 11НШ/ Изв. вузов Сев-Кавк. региона. Техн. Науки. – 2004.-Прил. № 9.-с.111-114.

4. Марченко С.И. Повышение долговечности работы шестерённых насосов-дозаторов 11НШ путём создания композиционного модифицирующего покрытия/ Изв. Вузов Сев.-Кавк. региона. Техн. Науки. – 2005. – Спец. Вып.: Композиционные материалы. – с. 52-53.

5. Способ очистки и модифицирования поверхностей шестерённых насосов для перекачивания растворов по изготовлению искусственного волокна. Пат. 2240874 Рос. Федерация, МПК7 В 08 В 3/08. - № 2003127763 ; заявл. 15.09.2003 ; опубл. 27.11.2004, Бюл. № 33