Сборник научных трудов и инженерных разработок

Перспективы применения газотермических технологий при ремонте и сервисе оборудования жилищно-коммунального, хозяйства и в других отраслях промышленности.

А.ф. Пузряков, д.т.н., проф. (МГТУ им. Н.Э. Баумана), Л.Х. Балдаев, к.т.н (000 "ТСЗП"), М.Н. Буткевич, к.т.н.(МГУ сервиса), Е.А. Панфилов, асп.

Проблемы модернизации основных фондов предприятий, качественного ремонта, продления ресурса оборудования напрямую связаны с вопросами производственной экономики. Высокий износ технологического оборудования, в электроэнергетике, химической и нефтегазовой отраслях промышленности, в жилищно-коммунальном и городском хозяйстве, все более остро ставит вопрос внедрения современных технологий эффективного ремонта, восстановления работоспособности, повышения надежности, продления сроков эксплуатации при снижении затрат на ремонтно-восстановительные работы.

Эффективность работы предприятий, качество выпускаемой продукции во многом обусловлены техническим состоянием используемого технологического оборудования, его работоспособностью.

Проведенные нами исследования позволили сделать конкретные, экономически обоснованные выводы о перспективности внедрения газотермического напыления для обеспечения капитального восстановительного ремонта оборудования. Необходима реальная программа действий по созданию специализированных региональных технологических центров по совершенствованию методических решений и нормативных требований.

Проведенный анализ показывает, что при использовании современных технологий реально в течение длительного периода поддерживать оборудование в работоспособном состоянии без замены его новым. Это позволяет (как показывает опыт отечественных и зарубежных предприятий) на -30% снизить затраты на капитальный ремонт, увеличить межремонтный пробег оборудования, а также обеспечить достаточный запас времени для технического перевооружения предприятий.

Насосно-компрессорное и турбинное оборудование:

посадочные места роторов;

лопатки и диски паровых, газовых турбин и компрессоров;

уплотнительные поверхности на роторе и статоре;

подшипники скольжения;

посадочные места подшипников и уплотнительных поверхностей статора;

рабочие поверхности колес и лопастей;

штоки и плунжеры;

элементы торцовых уплотнений.

Трубопроводная арматура:

уплотнительные поверхности клиновых, шаровых и шиберных задвижек;

уплотнительные поверхности приводных элементов;

поверхности гидро- и пневмоприводов;

поверхности крепежных элементов.

Запорная арматура:

уплотнительные поверхности шаровых, шиберных, клиновых задвижек, элементы приводов запорной арматуры, штоки паровой арматуры высокого давления и др.

Теплообменное оборудование: ремонт и упрочнение (защита от коррозии и эрозии) поверхностей теплообменников, подвергающихся коррозии и золовой эрозии.

Детали паровых и газовых турбин: посадочные места шеек роторов, защита от паро-капельной и газоабразивной эрозии лопаток, баббитовые подшипники.

Дымососы, роторы и лопасти.

Валы электродвигателей.

Посадочные места в чугунных корпусных элементах.

Защита от коррозии металлоконструкций и др.

Защита от коррозионного и эрозионного изнашивания корпусного оборудования.

Безусловно, этот перечень не в полной мере охватывает всю гамму оборудования, где возможно использование методов газотермического напыления, но только перечисленные выше узлы и детали составляют около 60-70% изнашиваемых элементов, которые определяют ресурс работы изделий, их производительность, и по стоимости составляют до 30% закупаемых комплектующих (большей частью импортных) изделий.

Освоение современной техники и технологии газотермического нанесения покрытий может и должно комбинироваться с внедрением других современных технологических решений, обеспечивая комплексные подходы к решению задач не только повышения фондоотдачи, но и надежности и безопасности эксплуатации оборудования.

Внедрение передовых технологий обеспечивает повышение конкурентоспособности оборудования на основе прямого использования требований стандартов передовых зарубежных стран.

Безусловно, следует принимать во внимание и то, что внедрение современных технологий требует повышения квалификации персонала, и общей культуры производства, и определенного переоснащения машиностроительных и ремонтных производств.

Но в конечном итоге, как подтверждает отечественный и зарубежный опыт, внедрение современных технологий способствует решению двух важных задач:

При ремонте - обеспечить безопасную и надежную работу оборудования при минимальных удельных затратах.

Выпускать продукцию, соответствующую мировому уровню, что обеспечит ее конкурентоспособность как на отечественном, так и на зарубежном рынках.

В новом тысячелетии, учитывая реальное состояние и перспективы развития промышленности, только современные технологии могут обеспечить экономически устойчивое, ресурсосберегающее и безопасное функционирование предприятий.

Методы газотермического нанесения покрытий, реализуемые предприятием ООО "Технологические системы защитных покрытий", уже показал свою эффективность во многих отраслях промышленности и вполне доступен для освоения другими отраслями, использующими технологическое и машинное оборудование с повышенными требованиями к его надежности и безопасной эксплуатации (1).

Некоторые уже разработанные и внедренные технологические процессы нанесения покрытий наглядно показали перспективность и высокую экономическую эффективность применения газотермических покрытий.

На рисунках 1- 5 представлены примеры эффективного применения газотермического напыления.

Наиболее         полно         используются преимущества   газотермического напыления практически любых материалов и их композиций при разработке гибридных технологий, объединяющих в своем составе различные принципы воздействия |на материал покрытия (2), При этом можно существенно увеличить прочностные свойства напыляемых покрытий.

Основные характеристики и коммерчески значимые методы газотермического напыления приведены в таблицах 1 и 2. Таблица 1.

В условиях разнообразия методов газотермического нанесения покрытий (ГТНП), оборудования для их реализации, широкой номенклатуры напыляемых материалов и деталей,    возникают    трудности    с    обоснованным    выбором    экономически

обоснованного способа нанесения ГТП а также в зависимости от эксплуатационных требований к покрытию. Перед конструктором и технологом встает задача выбора из большого множества возможных вариантов наиболее оптимального решения технологического процесса, причем помимо удовлетворения эксплуатационным требованиям, технологический процесс должен быть экономически достаточно эффективным.

Сложность выбора метода напыления состоит также в том, что необходимо учесть и увязать целый ряд факторов: конструктивных, технологических, производственных, эксплуатационных, а также экономические показатели. Поэтому непременным условием выбора рационального варианта является комплексный подход.

До последнего времени разработка технологии ГТП в большей степени определялась опытом, интуицией конструктора и технолога, являлась результатом множества экспериментов и испытаний. На это уходит время, средства и тем не менее не спасает от ошибок.

Поэтому становится очевидной необходимость научной разработки обобщенных моделей для выбора и оценки применения конкретного метода нанесения ГТП.

Дальнейшее повышение качества напыленных покрытий связано с повышением скорости напыляемых частиц либо с помощью детонационных установок, либо установок высокоскоростного напыления (HVOF).

В основу HVOF-метода были положены два ранее разработанных метода: детонационный и газопламенный. При детонационном методе, как и при газоплазменном, ацетилен смешивается с кислородом, а затем эта горючая смесь смешивается с транспортирующим газом (азот) и материалом покрытия. Все это поджигается, и порошковые частицы разгоняются до скорости 750 м/с. Расстояние между поверхностью напыляемого образца и срезом сопла составляет 100... 120 мм. Горючий газ при этом достигает температуры 2700 С.

Преимуществом высокоскоростного газопламенного метода HVOF по сравнению с другими методами напыления являются достаточно высокая скорость частиц (до 750 м/с) и минимальная пористость получаемого покрытия.

Цель создания HVOF-метода заключалась в сочетании непрерывного процесса, характерного для газопламенного метода, со сравнительно высоким качеством покрытия, как при детонационном напылении.

Преимущества HVOF-метода:

получение покрытия с минимальной пористостью (<1%) в сочетании с высокой прочностью сцепления с основным материалом (80 МПа и более);

благодаря низкой шероховатости напыленной поверхности практически отпадает необходимость в ее последующей механической обработке (или она требуется в минимальном объеме);

термическое воздействие на деталь минимально по сравнению с плазменным методом напыления;

HVOF-метод относится к высокоэнергетическому способу напыления. Благодаря высокой производительности процесса возможна переработка больших масс порошка (до 20 кг/ч), что позволяет использовать данный метод при напылении крупных по размеру деталей. У деталей малых размеров может наблюдаться перегрев основного металла, поэтому такие детали и детали с малой толщиной стенки должны охлаждаться (в основном сжатым воздухом).

Повышенная кинетическая энергия, достигаемая частицами при HVOF-методе, по сравнению с газопламенной и плазменно-вакуумной обработкой, обеспечивает высокую гладкость поверхности и минимальную шероховатость, В этом случае можно устанавливать минимальный припуск на механическую обработку покрытия, что имеет особое  значение  при  нанесении  твердых  карбидов,   связанных  с  алмазной

обработкой шлифованием.

Установки высокоскоростного напыления, более простые по конструкции и основаны на классической схеме ЖРД, параметры которых сегодня следующие: скорость газового потока более 2000 м/с, плотность покрытий достигает 99,9%. Для увеличения скорости частиц увеличивают скорость истечения продуктов сгорания путем повышения давления в камере сгорания до 1,0...1,5 МПа, а в конструкцию соплового аппарата вводят сопло Лаваля. Скорость частиц WC-Co (83-17) грануляцией 10-45мкм может варьироваться от 800 до 1200 м/с.

Использование газотермических технологий в машиностроении, в дорожно­строительной и сельскохозяйственной технике, добывающих отраслях промышленности, в городском и коммунальном хозяйстве уже приносит высокую эффективность (3-4).

Поэтому одной из целей данной работы было еще раз привлечь внимание инженерно- технических работников промышленных предприятий к этой актуальной и экономически эффективной проблеме.

Литература

1.Балдаев Л.Х. Реновация и упрочнение деталей машин методами газотермического напыления М. Изд. КХТ",- 2004. - 134с.

2.Пузряков А.Ф. Теоретические основы технологии плазменного напыления. М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, -360 с.

3.Балдаев Л.Х.,Шестеркин Н.Г.Лупанов В.А. Шатов А.П.Особенности процессов высокоскоростного газопламенного напыления. //Технология машиностроения 2005,№3, с,31-34.

4.БалдаевЛ.Х., Лупанов В.А.,Панфилов Е.А. и др. Многократное повышение надежности и ресурса работы узлов компрессоров и насосов методом газотермического напыления. //Компрессорная техника и пневматика, 2003, №8, с.14-15.