Морской и речной транспорт, а также техника, работающая в непосредственной близости к водной поверхности, эксплуатируются при высокой влажности, достигающей в отдельные периоды времени 95-98%.
Влажный морской воздух содержит растворы солей.
Повышенная влажность увеличивает опасность коррозионного поражения металлов, а соли ускоряют этот процесс.
Смазки для водной и морской техники по защитной способности от атмосферной коррозии должны превосходить смазки, предназначенные для машин и механизмов иного назначения.
По этой причине многие смазки для наземной техники в основном непригодны для водного транспорта.
При 98%-ной влажности вероятность попадания влаги в смазку увеличивается многократно. Контакт смазки с водой в морских условиях происходит постоянно, при этом возможность ее замены ограничена. Факт попадания влаги не должен приводить к необходимости незамедлительной замены смазки. В случае попадания воды необходимо,
чтобы все рабочие свойства смазки максимально сохранялись. Поэтому, кроме защитных свойств, к ней предъявляются повышенные требования по влагостойкости.
Смазки, применяемые на водном транспорте, эффективны и в других видах техники, работающей во влажной среде [1], однако при выборе смазки необходимо учитывать специфические требования той отрасли промышленности, где она применяется. Перечень смазок, наиболее устойчивых во влажном воздухе и при прямом контакте с водой, приведен ниже:
АМС-1 ВНИИНП-274 МЗ
АМС-3 ВНИИНП-275 МС-70
Веерол ВНИИНП-276 МУС-ЗА
Веерол Э ВНИИНП-286 1-13
ВНИИНП-220 ВНИИНП-291 СВЭМ
ВНИИНП-232 ВНИИНП-502 Электра
ВНИИНП-242 ЗЭС Эра
ВНИИНП-245 КФ-10 ЭШ-176
ВНИИНП-247 Лита ЦИАТИМ-221
ВНИИНП-258 Литол-24
По многообразию и сложности конструкции узлов и механизмов морская техника существенно превосходит многие другие виды техники. На большом корабле дальнего
плавания находят применение и приборная, и авиационная, и даже дорожная техника, а также различные механизмы транспортировки грузов. Электродвигатели, лебедки, редукторы, тросы, винтовые механизмы, штоки и другие узлы и устройства требуют применения смазочных материалов с различными физико-химическими и эксплуатационными свойствами. Механизмами и приборами корабль оснащен от
верхней открытой палубы до последнего уровня трюма. Степень воздействия влаги на смазочный материал меняется в зависимости от места расположения механизма. Смазочные материалы, применяемые в палубных механизмах, практически постоянно подвержены воздействию атмосферного воздуха повышенной влажности, осадков и воды. Некоторые узлы эпизодически или постоянно омываются морской водой. В таких узлах необходимо использовать смазки с повышенными адгезионными и защитными свойствами,
обеспечивающими ее несмываемость с поверхности трения и защиту металла от коррозии. В табл. 1 приведены показатели смываемости и противоизносных свойств некоторых рекомендуемых смазок. Чем ниже показатель смываемости, тем более надежно защищен узел трения от прямого воздействия воды. Однако этот показатель не коррелируется с уровнем защитных свойств смазки, и коррозия может протекать под несмытым слоем. По этой причине смазки, находящиеся в прямом контакте с водой или пребывающие постоянно во влажном воздухе, целесообразно менять значительно чаще.
На открытой палубе для узлов трения с малыми скоростями перемещения сопряженных деталей и достаточно большими усилиями сдвига широко применяются смазки АМС-1,
АМС-3, пасты ВНИИНП-232, ЗЭС. Для канатов рекомендуется смазки Веерол и Веерол Э, для узлов и механизмов приборной техники, требующих более тонкой регулировки, - МС-70, МУС-ЗА, МЗ. Суммарный требуемый ресурс работы смазок в этих узлах и механизмах не превышает тысячи часов в год.
Несмотря на высокие защитные свойства и низкую смываемость эти смазки необходимо регулярно пополнять и более часто заменять.
Принципы подбора смазок изложены на примере морского корабля, механизмы которого подвержены наиболее сильному воздействию влаги. Были проведены испытания
отечественных влагоустойчивых смазок, нанесенных на стальные, медные, алюминиевые и латунные пластинки, экспонированные на открытой палубе корабля, который совершал длительные плавания в тропической зоне океана.
Результаты этих испытаний показали, что большинство антифрикционных смазок эффективно защищают от коррозии в течение 2-2,5 лет. Перечисленные в табл. 1 смазки
характеризуются наиболее высокими защитными свойствами, но и они подлежат полной замене после 2-3 лет непрерывного использования (в том числе и если после первого
года плавания корабль не эксплуатировался) в атмосфере морского воздуха и воды.
В результате трения во влажной среде износ трущихся деталей ускоряется. Поэтому, кроме защитных свойств и смываемости, при выборе смазки для открытых узлов трения в зависимости от нагрузки необходимо руководствоваться данными о противоизносных свойствах смазочного материала (см. табл. 1).
Требования к защитным свойствам смазок, применяемых в электрооборудовании, приборной технике и транспортных механизмах, расположенных внутри корпуса корабля, более умеренные, чем к материалам, применяемым на открытой палубе. Определяющими эксплуатационными параметрами для этого оборудования являются продолжительность
календарной эксплуатации и ресурс работы (машинное время) смазочного материала без смены и пополнения. При выборе смазки с целью обеспечения длительной непрерывной работы электромашин внутри корабля целесообразно воспользоваться также рекомендациями, изложенными в литературе [2, 3]. В отдельных случаях в этом оборудовании могут применяться смазки, предназначенные для наземной
техники.
Любой корабль сверху донизу оснащен электрическими машинами, различающимися по мощности, частоте вращения вала, режиму работы и конструктивному исполнению подшипникового узла. В подшипниках судовых электромашин, лебедок, насосов и т.п. с горизонтальным расположением вала рабочая температура не превышает 80-90°С, контактные нагрузки достигают 20 тыс. кгс/см2. Эти электромашины работают эпизодически с переменной продолжительностью периодов покоя и работы. Подшипниковые узлы электромашин насосов уплотняются, и смазка защищена от попадания воды. Длительное время в этих узлах применялась недостаточно влагостойкая натриево-кальциевая смазка 1-13. В настоящее время в подшипниках электромашин
средней мощности находят применение смазки ВНИИНП-242, -220, ЦИАТИМ-221 с обязательным пополнением один раз в год. В последние годы широкое распространение получили смазки СВЭМ для подшипников электромашин мощностью от 0,5 до 50,0 кВт и ЭШ-176 для электромашин мощностью более 100 кВт. Допустимая календарная продолжительность эксплуатации смазок ЦИАТИМ-221, ВНИИНП-220, ЭШ-176 в этих условиях превышает 13 лет, а при регулярном пополнении суммарная наработка электродвигателя до ремонта достигает ресурса 30 тыс. ч. При комплектации
корабля во время его строительства смазки сохраняют первоначальный ресурс работы от трех до пяти лет в составе электродвигателя. В случае более длительного простоя двигателя перед началом эксплуатации смазку в узле желательно полностью заменить.
Устойчивые во влажном воздухе и при прямом контакте с водой смазки (см. табл. 1) различаются по назначению, рабочей температуре, допустимым скоростям и нагрузкам
на узел, а также ресурсу работы. Например, смазка ВНИИНП-242 предназначена для использования в горизонтально расположенных подшипниках качения. При вертикальном расположении вала, одноразовой заправке и аналогичных условиях работы ресурс смазки сокращается в 2-3 раза и не превышает 3 тыс. ч, а смазок ВНИИНП-220, ЦИАТИМ-221 - 4 тыс. ч.
С целью предотвращения сползания смазки с элементов вертикально расположенного подшипникового узла и обеспечения ресурса работы электромашины до 6 тыс. ч величина предела прочности должна быть более 250 Па, но не превышать 600-700 Па. Превышение этого значения приводит к нарушению режима подпитки смазкой зоны трения [4] и, как следствие, сокращению ресурса работы. Для машин с вертикальным расположением вала рекомендуется специально разработанная смазка СВЭМ. В табл. 2 представлена работоспособность смазок при различном расположении вала ротора электромашины.
На водном транспорте используются приборы высокой точности, большинство из которых изготавливаются в герметичном исполнении или обеспечиваются уплотнениями.
Для таких приборов и механизмов не требуются смазки с повышенной влагостойкостью и защитными свойствами.
Перечень смазок, рекомендуемых к применению в защищенных или в герметичных узлах приборной техники, определяется условиями работы, объемно-механическими свойствами, необходимым ресурсом и допустимой календарной продолжительностью эксплуатации. Наиболее широко в приборной технике водного транспорта используются смазки ЦИАТИМ-221, Сатурн, Электра-1, ВНИИНП-260, -270, -271, -0274.
Целесообразно обратить внимание на ошибку, часто возникающую при отработке конструкции подшипникового узла прибора. Повышение точности прибора в некоторых
случаях приводит к стремлению обеспечить «нулевой» зазор между шариками и дорожками качения подшипника.
Обычно это достигается путем увеличения осевой нагрузки. Однако при этом шарики с центра дорожки качения сдвигаются на ее край, который по точности обработки уступает
центральной части. При проведении такой операции не всегда учитывается возрастание контактного напряжения из-за теплового расширения, колебания размеров шариков
и изменения точности изготовления дорожки качения. В результате резко увеличиваются контактные напряжения в зоне соприкосновения отдельных шариков с дорожкой качения. Чем больше величина контактного напряжения, тем меньше ресурс работы смазки. Для достижения длительной работы смазки без дозаправки необходимо обеспечить оптимальный зазор между шариками и дорожкой качения. Для подшипника определенной конструкции и назначения существует оптимальная величина зазора.
При качении шарика по желобу, заполненному смазочным материалом, ему приходится
преодолевать сопротивление смазочной среды. Усилия сопротивления смазки в
момент старта и при установившемся вращении подшипника определяются пределом
прочности и эффективной вязкостью смазки. При установившемся вращении момент сопротивления подшипника зависит от состава смазки и условий работы подшипника, в том числе от величины зазора между шариком и дорожкой качения. С целью оценки
влияния состава и свойств смазки, а также величины зазора на величину момента трения приборных подшипников специалистами завода «Фиолент» (г. Симферополь) и ОАО «ВНИИ
НП» были отобраны подшипники с зазорами 10, 25, 50, 100 и 150 мкм.
Были испытаны смазки различного состава, с разными реологическими и антифрикционными характеристиками (табл. 3).
По сочетанию приведенных в таблице параметров - стабильности в зоне трения, противоизносным свойствам и реологическим характеристикам - смазка ВНИИНП-228 имеет преимущества. Второе место по сочетанию этих же параметров занимает
смазка ВНИИНП-260. Смазки ВНИИНП-271 и -286 примерно равноценны и располагаются на третьем и четвертом местах соответственно. ВНИИНП-274 и ЦИАТИМ-221 отличаются достаточно высокой трибохимической стабильностью, но низкими противоизносными свойствами, и по сочетанию рассматриваемых свойств уступают первым четырем смазкам.
Замыкает перечень испытанных смазок ВНИИНП-293, характеризующаяся самым неблагоприятным сочетанием свойств: плохими противоизносными свойствами и низкой
стабильностью в зоне трения.
Каждая смазка испытывалась на пяти подшипниках с одинаковым зазором. При уменьшении зазора ниже оптимальной величины значение установившегося момента трения увеличивалось. Был определен оптимальный зазор, при котором эффективность испытываемой смазки была наибольшей. Установлено, что для каждой смазки необходим
конкретный оптимальный зазор между телами качения и дорожкой качения. Испытанные смазки, кроме ВНИИНП-286 и -271, расположены в зависимости от вязкости дисперсионной среды по величине допустимого зазора - чем выше
вязкость, тем больший зазор требуется (табл. 4).
При оптимальном зазоре величина установившегося момента трения оказалась практически одинаковой для первых пяти смазок. Наиболее высоким моментом трения
отличаются смазки с недостаточными противоизносными свойствами - ВНИИНП-293 и ЦИАТИМ-221. Результаты испытаний этих двух смазок указывают на то, что противоизносные свойства и стабильность в зоне трения имеют определяющее значение для обеспечения низкого момента трения. На величину момента трения и режим смазывания существенное влияние оказывают также реологические характеристики. Смазка ВНИИНП-274 с низкими противоизносными свойствами, но с оптимальными для приборной техники реологическими свойствами, превосходит смазку ЦИАТИМ-221, характеризующуюся при этом несколько лучшими противоизносными свойствами и стабильностью в зоне трения. Заслуживают внимания результаты испытаний
смазок ВНИИНП-228 и -286. При практически одинаковом значении момента трения смазки существенно различаются по величине требуемого зазора в подшипнике. По этому
показателю смазка ВНИИНП-286 уступает всем представленным смазкам.
Во вращающихся трансформаторах по условиям применения необходимо использовать смазки на основе кремнийорганических жидкостей. С целью оценки влияния величины зазора на работоспособность смазки были проведены
ресурсные испытания смазок ЦИАТИМ-221 и ВНИИНП-274 (подшипники-5-1000096Ю, частота вращения 100 об/мин.) в приборах с подшипниками, различающимися величиной
зазора.
При использовании смазки ЦИАТИМ-221 в подшипниках с зазором 5-10 мкм ресурс работы колебался от 5 тыс. до 8 тыс. ч, момент трения составлял от 5 до 10 гс• м. С увеличе#
нием зазора до 100-150 мкм момент трения снижался до 2 гс• м, а ресурс работы стабильно превышал 8 тыс. ч. Однако при этом увеличился разброс значений ресурса работы прибора.
При использовании смазки ВНИИНП-274 в подшипниках с зазорами 9-54 мкм ресурс непрерывной работы превышал 10 тыс. ч с достаточно низким моментом трения.
В результате проведенных испытаний во вращающихся трансформаторах и сельсинах было признано целесообразным применять подшипники типа 5-1000096Ю с зазором 25±2 мкм и смазки ЦИАТИМ-221 и ВНИИНП-274.
Приведенные в качестве примера результаты испытаний указывают на необходимость предварительного подбора приборных подшипников и оптимального зазора для обеспечения идентичности результатов работы измерительной аппаратуры.
Все корабли оснащены сложной системой трубопроводов различного назначения. Трубопроводная арматура (воздушная, водяная, топливная, гидравлическая и т.п.)
предусматривает наличие кранов, задвижек, регулирующих клапанов и т.п. Для судовой арматуры используются те же смазки, что и для наземной арматуры. Выбор смазочного
материала в этом случае обусловлен свойствами среды, находящейся внутри системы. Любая остановка корабля (на смену агрегатов или для проведения регламентных
работ) снижает надежность работы корабельной техники и усложняет ее эксплуатацию. В связи с этим возникает необходимость определения календарной продолжительности надежной эксплуатации смазок, применяемых в морской технике. Особенно это важно в связи с тем, что старение антифрикционных и консервационных смазок в контакте с морской водой уже при 20°С происходит быстрее, чем в газообразной среде при 50°С и 100% влажности [5].
Оценку допустимой календарной продолжительности надежной эксплуатации пластичных смазок для узлов водного транспорта нужно проводить не только по времени
эффективной защиты деталей узла от коррозии. Необходимо также определять продолжительность сохранения коллоидной системой смазки объемно-механических свойств, обеспечивающих рабочие параметры узла, и заданный ресурс его работы в условиях «замешивания» в смазку воды, и особенно при наличии в смазке морской соли и
продуктов коррозии.
Список литературы
1. Синицын В.В. Подбор и применение пластичных смазок. М.: Химия, 1974. С. 414.
2. Крахмалев С.И., Школьников В.М. Чем определяется эффективность пластичных смазок в электромашинах // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, 2007. № 3. С. 25.
3. Крахмалев С.И., Школьников В.М. Пластичные смазки для подшипников электромашин // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний, 2007. № 4. С. 18.
4. Атаева А.В., Климов К.И., Никоноров Е.М., Гуревич Г.М. Пластичные смазки для подшипников качения электродвигателей морского исполнения // Пластичные смазки (Сб. научных трудов ВНИИ НП) / М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979. С. 17.
5. Мельников В.Г., Островская Т.К., Зиновьева Л.А. Исследование старения консервационных смазок с помощью электрохимического метода //Пластичные смазки (Сб. научных трудов ВНИИ НП) / М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1979. С. 51.
Автор: С. КРАХМАЛЁВ, В ШКОЛЬНИКОВ
