Експлуатація та ремонт компресорів, що працюють без змащення.
В.Ф. Невейкін. Ю.І. Сапольков.
1980 144 стр. 16 рис. 17 табл.
У книзі розглянуто пристрій, експлуатація і ремонт компресорів, що працюють без змащення. Значну увагу приділено перекладу вертикальних, горизонтальних і кутових компресорів на роботу в режимі сухого тертя. Описано матеріали, що застосовуються в машинах сухого тертя; висвітлені питання контролю за технічним станом їх вузлів і деталей до і після ремонту.
Книга розрахована на механіків і середній технічний персонал підприємств хімічної, нафтопереробної і нафтохімічної галузей промисловості.
ПРОЦЕС СУХОГО ТЕРТЯ.
Змащуюча рідина при рідинному терті сприяє зниженню коефіцієнта тертя і відведення тепла від поверхонь, що труться.
Сухе тертя - тертя між поверхнями, що не розділеними шаром рідкого мастила. Тертя при наявності на поверхні досить тонкого (до 0,1 мкм) шару рідини або адсорбованих парів і крапель називають граничною. У цьому випадку дія плівки зводиться тільки до поділу, що труться і послаблення сили зчеплення між ними. При великій товщині мастильного шару, коли поверхні контртіло торкаються один одного лише виступами шорсткості, тертя називається напіврідинних. Поширені в техніці поняття "напівсухого тертя" і "обмеженого режиму змащення" відносяться до області (відповідно) напіврідинного і рідинного тертя.
У більшості випадків при роботі механізмів на поверхні контртіло адсорбуються волога, пари, гази або є мікрошар окислів. Тому застосування до компресорів визначення "без змащення циліндрів" є більш точним, ніж визначення "компресор сухого тертя". Тільки при глибокому вакуумі і високих температурах можна вважати, що матеріали контртіло вступають в безпосередній контакт. При температурах і тисках, характерних для практичних умов роботи механізмів, в тому числі поршневий пари в компресорі при роботі всуху, адсорбовані пари і гази, окисні плівки, а також різні добавки в композиційних матеріалах грають роль сухий мастила. Таким чином, сухе тертя для більшості практичних випадків слід розглядати як взаємодію, що труться з твердими і газоподібними мастилами. Саме тому, в умовах глибокого вакууму у більшості матеріалів різко, в кілька разів, виростає коефіцієнт тертя, і вони стають непрацездатними. З цієї ж причини деякі матеріали непрацездатні в середовищі чистих (сухих) газів. Експерименти, проведені в космічному просторі, незаперечно доводять явище схоплювання сухих пар, що труться в вакуумі.
При терті відбувається багато складних процесів і явищ. Відзначимо кілька моментів, які представляють інтерес при створенні машин сухого тертя. При дії прикладеного навантаження дотик поверхонь відбувається не по геометричній площі, а по Мікронерівності. При перевищенні в місці контакту металевих тел межі текучості однієї з контактуючих нар виникає пластична деформація, яка відбувається до тих пір, поки площа поверхні контакту не виявиться достатньою для сприйняття навантаження; при цьому в точках контакту утворюються містки холодної зварювання. При подальшому русі поверхонь відбувається зріз утворилися перемичок за м'якшим металу. Таким чином, сила тертя пропорційна фактичної площі торкання, що є функцією навантаження; не залежить від геометричній площі контактуючих поверхонь; залежить від швидкості ковзання, але в широкому діапазоні швидкостей має постійне значення.
Механізм тертя пластмас подібний до механізму тертя металів, причому коефіцієнт тертя пластмас приблизно дорівнює відношенню межі міцності на зріз до межі плинності матеріалу. При сухому терті чистих пластмас відсутня шар окисної плівки, що служить сухий мастилом, тому параметри тертя між пластмаси не залежать від умов експлуатації (в робочих межах).
Коефіцієнт тертя і зносостійкість матеріалу не перебувають у прямій залежності: пари тертя з низьким коефіцієнтом тертя можуть володіти великою швидкістю зносу. Пряма залежність між коефіцієнтом тертя і зносом з'являється поблизу критичної точки: при заїдання, задираки і катастрофічному зносі коефіцієнт тертя різко зростає. В межах широкого інтервалу ступенів чистоти обробки коефіцієнт тертя мало залежить від шорсткості поверхні, набагато більшу роль відіграє ступінь очищення поверхонь від мономолекулярного шару забруднень.
Коефіцієнт тертя залежить від фізико-механічних властивостей матеріалів, швидкості, температури і питомої тиску. Так як вплив цих факторів взаємопов'язано, то зміна одного з них дозволяє допустити відповідну зміну іншого без порушення режиму роботи пари.
На практиці характеристика роботи матеріалу в парі, наприклад підшипників сухого тертя, визначається параметром pv. т. е. твором питомої тиску на швидкість ковзання. За інших рівних умов перевагу віддають матеріалу з більш високою зносостійкістю, так як навіть при високому коефіцієнті тертя і хорошому теплоотводе пара тертя в цьому випадку буде мати високий ресурс часу роботи.
Наведемо характерні приклади різних типів зносу, обумовлених різними видами тертя.
1. Тертя стали по олов'янистими сплаву. При зрізі утворилися місцевих зв'язків приварювання, слабших ніж основний метал, зріз проходить по поверхні торкання, і знос малопомітний.
2. Тертя стали по свинцевому сплаву. Зв'язок міцніше сплаву, але слабкіше стали; відбувається "намазування" плівки сплаву на сталь. Ковзання відбувається по однорідному матеріалу.
3. Тертя стали по міді. Зв'язок міцніше обох металів, відбувається вирив частинок в глибині м'якого металу; окремі вириви є і в стали.
4. Тертя однойменних металів. Зв'язки і метал повинні мати однаковий опір зрізу, але за рахунок наклепу зв'язків опір їх зрізу збільшується, і знос різко зростає. Тому однойменні метали незадовільно працюють в парі тертя, і в конструкціях пар тертя зазвичай застосовують різнорідні матеріали.
Залежність інтенсивності зносу пари тертя від тривалості роботи має вигляд кривої, характер якої показаний на рис. 4. Тут можна виділити три області: а - зростання зносу у відносно короткий відрізок часу - область підробітки; б - незначне збільшення інтенсивності зносу в чеченців тривалого часу - робоча область; в - різке зростання зносу - область інтенсивного (граничного) зносу.
Будь-яка пара тертя, наприклад поршневі кільця - циліндр компресора, характеризується часом підробітки і тривалістю роботи до допустимого зносу. Матеріали з хорошою прірабативаемость, застосовані в машині, можуть забезпечити незначний час холостого ходу машини в обкатці, т. Е. Скорочення часу простою в ремонті. Матеріали, у яких робоча область велика, можуть забезпечити значний міжремонтний пробіг пари тертя.
На режим тертя впливають також навантаження ударного характеру, температура робочого середовища і температура в зоні тертя. При сухому терті вплив температури в зоні тертя на роботу пар, що труться зростає, так як в цьому випадку, на відміну від рідинного тертя, відсутня відведення тепла з охолоджувальною рідиною. При використанні антифрикційних матеріалів на основі полімерів температура в зоні тертя також підвищується внаслідок низької їх теплопровідності.
При низьких і наднизьких температурах більшість антифрикційних матеріалів на основі полімерів втрачає здатність до еластичних деформацій, і характер руйнування їх нагадує характер руйнування твердих тіл. Міцність їх зростає в кілька разів, а ударостійкість і еластичність падають. Це пояснюється впливом температури на рухливість ланцюгів полімерів. Здатність до прояву Високоеластіческая деформацій при низьких температурах зберігає невелику кількість полімерів, наприклад такі, як фторопласт-4 і жорстколанцюгових полімери - полііміди, полікарбонати та деякі інші.
Великий температурний діапазон деформируемости жорстколанцюгових полімерів пояснюється, мабуть, тим, що в склоподібного стані при низьких температурах вони мають більш рихлу упаковку ланцюгів, ніж гнучкі, еластичні полімери. Щільність їх при зниженні температури змінюється мало.
При зниженні тиску властивості міцності полімерів змінюються в меншому ступені, ніж при зміні температури і атмосферному тиску. Однак при глибокому вакуумі з антифрикційних матеріалів і композицій на основі полімерів видаляються розчинені гази, волога, низькомолекулярні домішки, введені добавки і присадки (стабілізатори, пластифікатори). Зміна властивостей матеріалу залежить від складу і швидкості випаровування виділяються продуктів і процесів старіння.
При роботі полімеру в вакуумі процес термоокислительной деструкції утруднений внаслідок відсутності кисню; можливо лише протікання термічної деструкції. Видалення вологи і адсорбованих парів не призводить до помітного погіршення властивостей полімерів, однак перебіг термічної деструкції може різко знизити показники міцності полімеру, і в першу чергу його ударостійкість і еластичність.
При виборі антифрикційних матеріалів для пари тертя у вакуумі необхідно враховувати природу виділяються продуктів, так як деякі з них можуть забруднювати поверхні, отлагаясь в робочих зонах і важкодоступних місцях.
Можливості створення вузлів і деталей сухого тертя на основі підбору матеріалів в парі тертя при певних умовах було помічено і використовувалися здавна. Спочатку це були природні, природні, матеріали. З розвитком хімічної промисловості з'явилися синтетичні і композиційні матеріали, що дозволили цілеспрямовано вирішувати завдання, пов'язані із застосуванням сухого тертя в різних областях техніки.
Матеріали, що застосовуються для роботи пар в режимі сухого і напівсухого тертя, можна класифікувати за такими основними ознаками:
за призначенням або області застосування (матеріали для підшипників ковзання, для підшипників з навантаженнями ударного характеру; матеріали для пар тертя в сільськогосподарських машинах; матеріали для застосування в кріогенних системах);
за умовами режиму тертя (сухе тертя, обмежена мастило, робота в вакуумі, робота в середовищах зі слідами конденсату, робота в середовищі сухого газу і т. п.);
за основними матеріалами або наповнювачів (дерево, графіт, фторопласт і ін.);
за технологією виготовлення або за способом виробництва (металокерамічні, мінералокераміческіе, композиційні, ливарні, пресовані, біматеріали і т.д.);
по сполучною матеріалами (формальдегідні, кремнійорганічні і т.п.);
за належністю до певного класу хімічних сполук (полііміди. фенилон та ін.).
Якщо важко чітко відповісти на питання, куди віднести даний композиційний матеріал, його слід відносити до тієї групи матеріалів, властивості або обсяг складових якої переважають.
На підставі одного з перерахованих ознак важко уявити собі все різноманіття випускаються промисловістю і розроблених наукою матеріалів для пар сухого і напівсухого тертя. Велика кількість і різноманіття матеріалів в якійсь мірі відповідає безлічі різноманітних завдань здійснення сухого тертя в різних механізмах в широкому діапазоні параметрів. Жоден матеріал не може повністю задовольняти всі вимоги, що пред'являються до матеріалів в різних вузлах тертя: низький і стабільний коефіцієнт тертя; високі ізносостойксть і несуча здатність; ударостійкість; підвищені пружність, теплопровідність і теплостійкість; стійкість в корозійних середовищах; стабільність розмірів в процесі роботи, а також при зміні тиску, температури або вологості середовища; відсутність газовиділення при роботі в вакуумі і в чистих сухих газах і т. п.
Вибір найбільш відповідного матеріалу для певного вузла тертя, конкретної машини, даних умов експлуатації є часом непростим завданням не тільки для механіка цеху, але і для конструктора, що займається питаннями конструювання певного виду машин. Наприклад, такий поширений антифрикційний матеріал, як графіт, випускається в різних видах. При цьому графіт, призначений для виготовлення поршневих кілець компресорів, по-різному веде себе в різних середовищах, а в середовищі сухого газу (при відносній вологості, близької до 0%) і при підвищеній вологості газу непрацездатний.
Глава 1. Пристрій компресорів без змащення.
- Компресори з щілинним ущільненням.
- Компресори сухого тертя.
Глава 2. Матеріали, що застосовуються в машинах сухого тертя.
- Процес сухого тертя.
- Деревина.
- Текстоліти.
- Антифрикційні матеріали на основі вуглецю.
- Тверді мастила.
- Фторопласти.
- Антифрикційні композиції на основі фторопластов.
- Металокераміка і Металлопласти.
- Інші антифрикційні матеріали.
- Композиційні самозмащувальної матеріали.
Глава 3. Переклад компресорів на режим з обмеженою мастилом і без змащення циліндрів і сальників.
- Постановка завдання і вибір шляху вирішення.
- Підготовка компресора до модернізації.
- Поршні і циліндри.
- Поршневі кільця.
- Направляючі кільця.
- Еспандери.
- Ущільнення штоків.
- Маслос'емниє кільця.
- Клапани.
- Збірка і обкатка компресорів без змащення.
- Вибір матеріалу поршневого і сальникового ущільнень і особливості модернізації машин деяких типів.
Глава 4. Виготовлення деталей ущільнень.
- Виготовлення поршневих кілець.
- Виготовлення експандерів.
Глава 5. Експлуатація та ремонт компресорів без змащення циліндрів і сальників.
- Експлуатація компресорів без змащення.
- Ремонт компресорів без змащення.
Глава 6. Економічна ефективність перекладу компресорів на режим без змащення.
Глава 7. Техніка безпеки та промислова санітарія.