Пути внедрения новых российских продуктов, на примере разработки материалов для торцевых уплотнений в Центре порошкового материаловедения ПНИПУ

Пути внедрения новых российских продуктов, на примере разработки материалов для торцевых уплотнений в Центре порошкового материаловедения ПНИПУ

Раздел: Техника

О Центре порошкового материаловедения

Научный центр порошкового материаловедения (НЦ ПМ) Пермского национального исследовательского политехнического университета современный научно-исследовательский комплекс по порошковой металлургии, материаловедению и покрытиям, позволяющий проводить полный цикл работ от фундаментально-теоретических исследований до создания технологий получения новых материалов и изделий на их основе, подготовки технологической документации и передачи ее в производство.

Область применения разработок Центра охватывает ведущие отрасли промышленности: авиакосмическую, нефте- и газоперерабатывающую, нефтяную, металлургическую, атомную энергетику, приборостроение, медицину, сельское хозяйство и др.

Материалы и технологии НЦ ПМ успешно внедрены на многих уральских и российских предприятиях. Наукоемкую продукцию на основе технологий, разработанных Центром, можно заказать через Инжиниринговый центр новых технологий ПНИПУ.

Фундаментальные и прикладные исследования НЦ ПМ в области порошкового материаловедения неоднократно удостоены правительственных наград, золотых, серебряных и бронзовых медалей, дипломов российских и международных выставок.

Коллектив НЦ ПМ активно участвует в выполнении исследований по Федеральным целевым программам, академическим и отраслевым программам, грантам РФФИ и грантам Президента РФ, а также по международным проектам. Практически все основные направления фундаментальных и прикладных научных исследований НЦ ПМ соответствуют приоритетным направлениям фундаментальных исследований и перечню критических технологий Российской Федерации.

Центр совместно с кафедрой «Материалы, технологии и конструирование машин» (МТиКМ) механико-технологического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета образует единый учебно-научно-инновационный комплекс и участвует в подготовке бакалавров, инженеров и магистров. В работающих при кафедре аспирантуре и докторантуре по специальностям «Порошковая металлургия и композиционные материалы» и «Материаловедение (в промышленности)» подготовлено более 100 кандидатов и докторов наук.

3а время своего существования НЦ ПМ подготовил десятки высококвалифицированных специалистов, которые, поддерживая друг с другом научные и творческие связи, в настоящее время трудятся в различных организациях и учреждениях страны, в том числе на одном из крупнейших предприятий-производителей продукции для нефтедобывающей промышленности АО «Новомет», АО «Силур» и др. Результатом тесного сотрудничества Центра и кафедры «Материалы, технологии и конструирование машин» (МТиКМ) ПНИПУ является реализация студентами полученных теоретических знаний на практике при выполнении исследовательских работ в научных подразделениях НЦ пм. Под руководством опытных специалистов Центра они готовят и защищают дипломные проекты по специальностям: 150100.62 «Металлургия», 210600.62 «Нанотехнология», 150100.62 и 150100.68 «Материаловедение и технологии материалов», 150400.62 и 150400.68 «Металлургия», бакалаврские выпускные работы, магистерские диссертации. Лучшие студенты получают рекомендации для поступления в аспирантуру.

Сотрудники Центра, преподаватели и студенты разрабатывают новые материалы, покрытия и технологические процессы, проводят апробацию и доработку технологических процессов, организуют наукоемкое производство и выпускают опытными партиями:

- детали конструкционного назначения из порошковых материалов; 
- изделия на основе высокопористых мате¬риалов с сетчато-ячеистой структурой; 
- микрокристаллические порошки и высокопрочные волокна; 
- нанокристаллические материалы; 
- многофункциональные покрытия.

 

 

О материалах для торцевых уплотнений

За последние несколько лет была проведена кропотливая работа в направлении совершенствования материалов используемых в торцевых уплотнениях.

Запатентованы несколько изобретений по данной тематике. Изобретение относится к способу получения кольца скольжения торцевого уплотнения вращающихся валов насосов. Кольцо скольжения торцевого уплотнения получают методом плазменно-искрового спекания порошкового композиционного материала на основе титана, карбида кремния и графита, включающем приготовление порошковой смеси в соотношении ее компонентов: 50 мас. % Ti, 35 мас. % SiC, 15 мас. % C, предварительную механоактивацию порошковой смеси в планетарной мельнице в прерывистом режиме в течение 180 мин при частоте вращения барабана 240-280 об/мин, проведение процесса плазменно-искрового спекания порошковой смеси в вакууме при температуре 1300-1400°C, давлении 15-25 МПа и выдержке 3-10 мин. Изобретение обеспечивает улучшение качества поверхности кольца скольжения торцевого уплотнения.

Кроме того, получаемый композиционный материал в процессе трения имеет свойство притирания, которое обеспечивает снижение шероховатости поверхности и понижение коэффициента трения. Это, в свою очередь, обеспечивает более плотное прилегание кольца к ответной детали пары трения и повышает герметичность контакта в паре трения.

Изобретение используется в машиностроении, а именно в торцевых уплотнениях вращающихся валов насосов.

Аналогичные кольца из технической керамики обладают низкой теплопроводностью и склонны к терморастрескиванию при быстром нагреве в случае кратковременного прекращения подачи центробежным насосом охлаждающей жидкости к торцевому уплотнению, что приводит к появлению течи в торцевом уплотнении.

Пары трения торцевого уплотнения, в которой применяется кольцо из карбида кремния, при положительных эксплуатационных характеристиках карбида кремния, его высокой теплопроводности и износостойкости, имеют свои недостатки. Недостатком карбида кремния является его хрупкость.

Наиболее близким техническим решением является кольцо скольжения низкого трения, имеющее экономичное алмазное покрытие. Уплотнительное кольцо для механического уплотнения содержит алмазный слой на поверхности скольжения базового тела, в частности, из карбида кремния (SiC) или карбида вольфрама (WC), с минимальным количеством добавок, и/или связующих материалов и/или возможно содержащихся примесей (Патент РФ №2531486, кл. F16J 15/34, 2014). Но сам процесс получения таких колец очень трудоемок и не стабилен, так как связан с очень сложной подготовкой базового тела торцевого уплотнения перед химическим осаждением алмазного покрытия.

Предлагаемое изобретение позволяет получить кольцо скольжения торцевого уплотнения на основе карбидов кремния и титана с минимальной пористостью и отсутствием трещин. Наличие карбида титана повышает прочность кольца и снижает его хрупкость. Предлагаемый композиционный материал за счет свойства притирания обеспечивает снижение шероховатости поверхности и коэффициента трения в контакте.

Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение качества поверхности кольца скольжения торцевого уплотнения.

Сам высокотемпературный композиционный материал, работающих в условиях повышенных нагрузок и температур, может найти применение в порошковой металлургии, в химической, энергетической, нефтедобывающей и газодобывающей промышленности.

Механоактивация порошковой смеси в высокоэнергетической планетарной мельнице позволяет получить предельную степень измельчения кристаллитов, которые после обработки находятся в высоконеравновесном состоянии, что увеличивает реакционную способность компонентов порошковой смеси, обеспечивая уменьшение температуры и продолжительности высокотемпературного нагрева при последующих процессах формирования порошкового композиционного материала.

Плазменно-искровое спекание позволяет синтезировать порошковую композицию с размером зерна 1-10 мкм и регулируемым процентным содержанием (60-80 %) фазы карбида титана и достичь большей плотности в интервале 4,5-4,8 г/см3 по сравнению с горячим прессованием.

Полученный материал будет обладать более высоким комплексом физико-механических свойств, например повышенной износостойкостью, а также стойкостью к воздействию агрессивных сред и повышенной температуры.

Рентгенофазный анализ полученного материала подтверждает регулируемое содержание фаз: 60-80 мас. % TiC и 20-40 мас. % SiC.

Полученные таким способом и в таком сочетании композиционные материалы при испытании показывают высокую устойчивость к износу (более чем в 12 раз),

 

 

О дальнейшем внедрении

Для дальнейшего внедрения данного материала Инжиниринговым центром Пермского национального-исследовательского политехнического университета была разработана и согласована схема взаимодействия между несколькими хозяйствующими субъектами.

Поволжская научно-производственная компания - сервисная компания, осуществляющая сервисное обслуживание торцевых механических уплотнений на предприятиях нефте-газовой отрасли, взяла на себя обязанность провести опытно-промышленную эксплуатацию торцевых уплотнений из новых материалов на своих объектах. Следует отметить, что данная организация является сертифицированным сервисным центром по обслуживанию торцевых уплотнений двух крупнейших производителей. С одной стороны это английский машиностроительный холдинг Aesseal PLC, который по объему выручки по данной номенклатуре изделий занимает 1 место в Великобритании и 4 место в мире. С другой стороны, это Московский завод полиметаллов, одно из дочерних подразделений топливного дивизиона корпорации РОСАТОМ.

Московский завод полиметаллов, машиностроительное предприятие подписало с Aesseal PLC лицензионное соглашение на право производства торцевых механических уплотнений по технологии и документации англичан. Производство предполагает не только использование номенклатурной матрицы Aesseal, но и развитие данное тематики, частичная локализация и постепенный переход на полное импортозамещение.

Таким образом, работа, проделанная в Пермском техническом университете: патенты, материалы, технологии, получают новый импульс и прямой доступ в промышленной производство. А промышленники получают новые современные материалы и изделия, превышающие по своим характеристикам импортные аналоги.

 




К.Н.Фоминых, В.Н.Коротаев, С.А.Оглезнева, zd.ecnt@pstu.ru



Календарь событий
18-я Международная выставка PCVExpo «Насосы. Компрессоры. Арматура. Приводы и двигатели»
Дата проведения: 22-24 октября 2019
www.pcvexpo.ru
Компания «Балтех»
Курс рубля на межбанковском рынке
ПокупкаПродажа
USD/RUB0.000.00
EUR/RUB0.000.00
Данные на

Forex: Курсы валют
EUR/USD0.000.00
Данные на 00:00 мск

Химагрегаты №47 сентябрь 2019 г. Версия PDF
  • Российский Нефтегазохимический форум и XXVI Международная выставка «Газ.Нефть.Технологии-2018»
  • «НЕФТЕГАЗ-2019» Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса
  • 17-я Международная выставка PCVExpo «Насосы. Компрессоры. Арматура. Приводы и двигатели»
  • 15-я Международная выставка «НЕФТЬ И ГАЗ» / MIOGE 2018»
  • 25-я международная специализированная выставка «НЕФТЬ, ГАЗ. НЕФТЕХИМИЯ»
  • 22-я международная выставка химической промышленности и науки
  • Международный симпозиум «Компрессоры и компрессорное оборудование» (Санкт-Петербург)
  • «Конференция INTRA-TECH» (Санкт-Петербург)
  • 14-й Российский Нефтегазовый Конгресс / RPGC 2018
  • 16-я Международная выставка «НЕФТЬ И ГАЗ» / MIOGE 2019
  • 16-я Международная выставка «Насосы. Компрессоры. Арматура. Приводы и двигатели»
  • Pinkov Sports Projects
  • Башкирская Ассоциация Экспертов
  • Российский Нефтегазохимический форум «Газ.Нефть.Технологии-2019»