CC BY
36
Романович Ж.А.
ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ГЕРМЕТИЧНОГО РОТАЦИОННОГО КОМПРЕССОРА
Вопрос повышения износостойкости деталей герметичных компрессоров ротационного типа обусловлен тенденцией повышения их быстроходности при одновременном снижении металлоемкости и габаритов, ведущих к увеличению удельных нагрузок в трибосопряжении. Компрессоры нашли широкое применение в малых холодильных установках (торговли), системах кондиционирования воздуха. Вопрос износостойкости возник при создании холодильных установок с частотой вращения 50с-1 вместо 25с-1 устаревших.
Нами разработана методика ускоренных испытаний по подбору пар трения и получены результаты, позволившие добиться снижения износов.
Количественным показателем долговечности служит вероятность его работы в течение определенного времени Т без отказов. Определенно, что отказы по характеру возникновения можно разделить на внезапные, приработочные и износные.
Характер возникновения внезапных отказов подчиняется экспоненциальному закону распределения и может быть определен в течение гарантийного срока службы.
Приработочные отказы являются определяющими при оценке надежности компрессора в гарантийный срок (0 < т < Тг), но на долговечность изделия они практически не влияют.
Характер возникновения износных отказов был определен в результате анализа проведенных эксплуатационных и стендовых ускоренных испытаний. Характер износа - абразивный.Это вызвано, очевидно, наличием абразивных частиц на поверхности ротора (частицы алмазного абразива, шаржированные при финишной доводке алмазной пастой, кремниевые включения, включения цементита, гратом появившегося при сварке кожуха компрессора и т.п.), а также частицами износов трибосопряженных пар деталей компрессора, которые попадают в сопряжение лопасть- ротор.
Испытания показали, что наибольшие износы наблюдаются на торцевой поверхности лопасти (из высоколегированной Ст.9ХС, твердость НКсбО), находящейся в сопряжении с наружной поверхностью ротора (из высокопрочного чугуна АВЧ-1, НВ250).
Ширина контактной площадки 0,07 4мм, при силе прижимающей лопасть к ротору, равной 4,5 кг, максимальном контактном напряжении 3 8 0 кг/см2.
Скорость скольжения не превышала 7,5 м/с, температура в трибосопряжении в пределах 220^250 °С (493^523 °К) . Износ данной пары объясняются непостоянным направлением скольжения ротора относительно лопасти, разрушается масляный слой в трибосопряжении, уменьшается вязкость масла, что приводит к граничному трению.
В результате износа деталей ротационного компрессора происходит изменение величины зазоров в рабочей полости. Увеличение зазоров в рабочей полости приводит к ухудшению ее герметизации, к возрастанию протечек и вследствие этого к уменьшению удельной холодопроизводительности.
Необходимо отметить, что радиальный зазор ротационного компрессора между ротором и цилиндром, по которому происходит перетечка газа со стороны сжатия на сторону всасывания, не является разностью размеров двух деталей, как это имеет место в поршневых компрессорах между поршнем и цилиндром, но представляет собой функцию многих размеров и зазоров как основных, так и вспомогательных рабочих органов компрессора.
На рис. 1 схематично показаны основные зазоры в полости сжатия ротационного компрессора. Теоретические протечки пара условно проводили при номинальных режимах (^= 303°К, -288°К, tкмl= 288°К)
через каждый из четырех основных зазоров в рабочей полости герметичного ротационного компрессора ФГр 0,35-1 при £)о=4 07, 05 Вт (350 ккал/ч) в зависимости от величины зазора.
Рис. 1, Схема зазоров полости сжатии герметичного ротационного компрессора: 1 - цилиндр; 2 - ротор; 3 - полость сжатия; 4 - лопасть; 5-эксцентрик
Вероятность безотказной работы компрессора в течение времени Т определяли как
т
Рк (Т>Т)=Рдр-к (Т)-Рвн-к (Т) ■ П Риз-к-: (Т),
j=1
где Рдр^к - вероятность работы компрессора без приработочных отказов;
Рвн^к - вероятность работы компрессора без внезапных отказов;
Риз^к^: - вероятность работы компрессора без износных отказов, вызываемых 31- процессом;
т - количество рассматриваемых износных процессов.
Для оценки вероятности работы компрессора без отказов, вызванных износом, кроме предельно допустимого уровня, должно быть определено начальное распределение зазоров у компрессоров поставленных на стендовые испытания и характер изменения с течением времени. Износные процессы определяют в значительной степени долговечность герметичных ротационных компрессоров.
Испытания трибосопряженной пары лопасть-ротор проводились на воздушном стенде, состоящем из шести компрессоров в режиме при противодавлении 1,2 МПа в течение 100 час, устройства автоматики для поддержания уровня масла, необходимой величины давления и системы охлаждения. Время испытаний выбрано из требуемой точности измерения износа (0,5 мкм), которое производилось методом вырезанных лунок приборомУПОИВ-2 и дублировалось взвешиванием на аналитических весах АДВ-200 с точностью до 0.1 мг. Измерялись износы наружной поверхности ротора, а также боковых и торцовой поверхностей лопасти. Начальные измерения снимались после восьмичасовой обкатки. Согласование величины износа, полученных методом вырезанных лунок и весомым методом, говорит о достоверности результатов.
Установлено, что только устранение алмазной доводки деталей дало снижение износов в 2,5 раза. Сульфидирование поверхности ротора дало снижение износов ротора в три раза, а лопасти - в десять раз. Износ деталей носит безобразивный характер. Износостойкость пары трения лопасть - ротор увеличивается в несколько раз при замене материала лопасти из легированной стали на нитроцементированную из малоуглеродной стали, причем стоимость ее уменьшается.
