рабочая лопатка пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала

Формула изобретения

1. Рабочая лопатка пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала, выполненная в виде пластины с закругленной торцевой поверхностью скольжения, отличающаяся тем, что пластина выполнена из антифрикционного полимерного композиционного материала, содержащего в качестве связующего фенолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы или крезолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, при этом содержание полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном выбрано от 30 до 70 мас.%, при этом полиоксадиазольное волокно используют в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, хлопчатобумажное волокно используют в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 до 16 см², содержит порошковый наполнитель в виде графита, или оксида алюминия, или оксида кремния, или дисульфида молибдена, или дисульфид вольфрама, или сульфид сурьмы, содержит в качестве адгезива поливинилацетат и/или поливинилбутираль и содержит в качестве антиадгезива стеарат цинка и/или стеарат кальция, при следующем содержании компонентов в мас.ч.:

волокнистый наполнитель	38-70
порошковый наполнитель	1,5-9,8
антиадгезив	0,1-0,9
адгезив	2,4-11,6
связующее	25-47,

при использовании в материале новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы в качестве отверждающего агента используют гексаметилентетрамин в количестве 9-20 массовых частей от содержания смолы.

2. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в антифрикционном полимерном композиционном материале содержание поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем выбрано от 30 до 70 мас.%.

3. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что антифрикционный полимерный композиционный материал содержит в качестве порошкового наполнителя оксид кремния в форме белой аморфной сажи (аэросила), маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм.

4. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что антифрикционный полимерный композиционный материал содержит в качестве порошкового наполнителя оксид алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм.

5. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что антифрикционный полимерный композиционный материал содержит в качестве порошкового наполнителя графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм.

6. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в антифрикционном полимерном композиционном материале содержание новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол выбрано от 30 до 70 мас.%.

7. Рабочая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в антифрикционном полимерном композиционном материале содержание стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция выбрано от 30 до 70 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к рабочей лопатке пластинчато-роторного компрессора и к износостойкому полимерному композиционному материалу для ее изготовления, и может быть использовано при производстве различного вида сухих и маслонаполненных пластинчато-роторных компрессоров для полиграфической, цементной и других промышленностей.

Известна рабочая лопатка пластинчато-роторного компрессора, выполненная в виде пластины с закругленной торцевой поверхностью скольжения (см. http://www.ugprom.su/lopatka).

Однако известная рабочая лопатка пластинчато-роторного компрессора, полимерная при своем использовании в пластинчато-роторном компрессоре, имеет следующие недостатки:

- недостаточную износостойкость материала в паре трения с материалом корпуса пластинчато-роторного компрессора (8×10^-7 мкм/км),

- низкую технологичность процесса изготовления из него деталей пар трения различного назначения,

- недостаточную стойкость материала при трении в эксплуатационных условиях,

- недостаточную долговечность при работе в условиях высоких температур и большой абразивной запыленности,

- недостаточный срок службы из-за высокого суммарного износа в паре трения,

- повышенную интенсивность линейного изнашивания (5×10^-5 мкм/км),

- низкий предел прочности при сжатии (менее 100 МПа),

- недостаточную ударную вязкость (20-27 кДж/м²).

Задача изобретения - создание рабочей лопатки пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала.

Техническим результатом является обеспечение повышения износостойкости материала лопатки в паре трения с материалом корпуса пластинчато-роторного компрессора, повышение стойкости материала лопатки при трении в эксплуатационных условиях, повышение долговечности при работе в условиях эксплуатации, в том числе в условиях абразивной запыленности, повышение срока службы за счет снижения суммарного износа в паре трения, снижение интенсивности линейного изнашивания с одновременным повышением предела прочности при сжатии и ударной вязкости.

Технический результат достигается в предложенной рабочей лопатке пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала сочетанием использованных для ее изготовления компонентов, а также количественным соотношением входящих в нее компонентов.

Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предложенной рабочей лопатке пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала, выполненной в виде пластины с закругленной торцевой поверхностью скольжения, лопатка выполнена из износостойкого полимерного композиционного материала, содержащего в качестве связующего - фенолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы или крезолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна, при этом содержание полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном выбрано от 30 до 70 мас.%, при этом полиоксадиазольное волокно используют в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, хлопчатобумажное волокно используют в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения, при этом длина рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 3 до 40 мм, а площадь кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна выбрана от 0,6 см² до 16 см², содержит порошковый наполнитель в виде графита, или оксида алюминия, или оксида кремния, или дисульфида молибдена, или дисульфида вольфрама, или сульфида сурьмы, содержит в качестве адгезива - поливинилацетат и/или поливинилбутираль и содержит в качестве антиадгезива - стеарат цинка и/или стеарат кальция, при следующем содержании компонентов в мас.ч.:

волокнистый наполнитель	38-70
порошковый наполнитель	1,5-9,8
антиадгезив	0,1-0,9
адгезив	2,4-11,6
связующее	25-47,

при использовании в материале новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы в качестве отверждающего агента используют гексаметилентетрамин в количестве 9-20 массовых частей от содержания смолы. При этом в антифрикционном износостойком полимерном композиционном материале содержание поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем выбрано от 30 до 70 мас.%. При этом антифрикционный износостойкий полимерный композиционный материал лопатки содержит в качестве порошкового наполнителя оксид кремния в форме белой аморфной сажи (аэросила), маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм. При этом антифрикционный износостойкий полимерный композиционный материал лопатки содержит в качестве порошкового наполнителя оксид алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм. При этом антифрикционный износостойкий полимерный композиционный материал лопатки содержит в качестве порошкового наполнителя графит, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама или сульфид сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм. При этом в антифрикционном износостойком полимерном композиционном материале лопатки содержание новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол выбрано от 30 до 70 мас.%. При этом в антифрикционном износостойком полимерном композиционном материале лопатки содержание стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция выбрано от 30 до 70 мас.%.

Среди существенных признаков, характеризующих предложенную рабочую лопатку пластинчато-роторного компрессора из износостойкого полимерного композиционного материала, отличительными являются:

- выполнение лопатки из износостойкого полимерного композиционного материала, содержащего в качестве связующего - фенолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы или крезолоформальдегидную смолу в виде новолачной и/или резольной формы, в качестве волокнистого наполнителя смесь полиоксадиазольного волокна и хлопчатобумажного волокна,

- выбор в износостойком полимерном композиционном материале лопатки содержания полиоксадиазольного волокна в его смеси с хлопчатобумажным волокном от 30 до 70 мас.%,

- использование в износостойком полимерном композиционном материале лопатки полиоксадиазольного волокна в виде сетки, войлока, ткани, нити или рубленой нити, рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения,

- использование в износостойком полимерном композиционном материале лопатки хлопчатобумажного волокна в виде нити, рубленой нити, сетки, войлока, ткани или рубленой ткани саржевого, полотняного или репсового переплетения,

- выбор в износостойком полимерном композиционном материале лопатки длины рубленой нити полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна от 3 до 40 мм,

- выбор в износостойком полимерном композиционном материале лопатки площади кусочков рубленой ткани из полиоксадиазольного и хлопчатобумажного волокна от 0,6 см² до 16 см ²,

- содержание порошкового наполнителя в виде графита, или оксида алюминия, или оксида кремния, или дисульфида молибдена, или дисульфида вольфрама, или сульфида сурьмы,

- содержание в качестве адгезива поливинилацетата и/или поливинилбутираля,

- содержание в качестве антиадгезива стеарата цинка и/или стеарата кальция,

- выбор в износостойком полимерном композиционном материале лопатки содержания компонентов в мас.ч.:

волокнистый наполнитель	38-70
порошковый наполнитель	1,5-9,8
антиадгезив	0,1-0,9
адгезив	2,4-11,6
связующее	25-47,

- в случае применения в износостойком полимерном композиционном материале лопатки новолачных форм фенолоформальдегидной смолы или крезолоформальдегидной смолы дополнительно используют в качестве отверждающего агента гексаметилентетрамин в количестве 9-20 массовых частей от содержания смолы,

- выбор содержания в износостойком полимерном композиционном материале лопатки поливинилацетата в его смеси с поливинилбутиралем от 30 до 70 мас.%,

- содержание в износостойком полимерном композиционном материале лопатки в качестве порошкового наполнителя оксида кремния в форме белой аморфной сажи (аэросила), маршалита или коллоидного кремнезема с размерами частиц от 3 до 10000 нм,

- содержание в износостойком полимерном композиционном материале лопатки в качестве порошкового наполнителя оксида алюминия в форме глинозема с размерами частиц от 100 до 20000 нм,

- содержание в износостойком полимерном композиционном материале лопатки в качестве порошкового наполнителя графита, дисульфида молибдена, дисульфида вольфрама или сульфида сурьмы с размерами частиц от 100 до 60000 нм,

- выбор содержания в износостойком полимерном композиционном материале лопатки новолачной формы фенолоформальдегидной или крезолоформальдегидной смолы в ее смеси с резольной формой этих же смол от 30 до 70 мас.%,

- выбор содержания в износостойком полимерном композиционном материале лопатки стеарата цинка в его смеси со стеаратом кальция от 30 до 70 мас.%.

Экспериментальные, а затем и штатные испытания рабочих лопаток, изготовленных из износостойкого полимерного композиционного материала, показали их высокую эффективность. Было установлено, что износ предложенной рабочей лопатки составил 1×10 ^-9 - 2×10^-8 мкм/км, а износ контр-тела из стали 30 ХГСА составил 2×10^-10 - 1x10 ^-9 мкм/км. Одновременно установлено, что изготовленные из износостойкого полимерного композиционного материала рабочие лопатки обладают повышенным сроком службы за счет низкого линейного износа, при этом достигнуто снижение на 15-18% интенсивности линейного изнашивания материала контр-тела. Одновременно повышена на 12-14% стойкость изготовленных из износостойкого полимерного композиционного материала рабочих лопаток при трении в условиях абразивной запыленности. Предел прочности при сжатии материала лопатки составляет 120-180 МПа, а ударная вязкость 27-33 кДж/м ². Материал рабочей лопатки не подвергается деструкции и сохраняет свои свойства во время эксплуатации, обладает самосмазывающимися свойствами и обеспечивает уровень шума до 75-76 дБ.

Технология изготовления предложенной рабочей лопатки пластинчато-роторного компрессора из антифрикционного износостойкого полимерного композиционного материала не требует использования специфического технологического оборудования и включает в себя традиционное изготовление из выбранного материала с использованием прессования при нагреве деталей заданных геометрических форм и размеров 180×28×4 мм, 140×40×6 мм или 92×38×4 мм.

Рабочие лопатки пластинчато-роторного компрессора из антифрикционного износостойкого полимерного композиционного материала имеют по сравнению с эксплуатирующимися низкий динамический коэффициент трения, обладают уменьшенным износом пары трения при трении по высокопрочной стали, например стали 30ХГСА, а также повышенным на 10-12% сроком службы за счет низкого линейного износа. При этом достигнуто снижение на 15-18% интенсивности линейного изнашивания материала контр-тела, достигнуто повышение экологичности процесса изготовления как самого препрега, так и деталей трения из него за счет снижения выделения экологически вредных производственных выбросов. Одновременно повышена на 12-14% стойкость изготовленных из износостойкого полимерного композиционного материала рабочих лопаток при трении в условиях абразивной запыленности. Предел прочности при сжатии материала лопатки составляет 120-180 МПа, а ударная вязкость 27-33 кДж/м². Материал рабочей лопатки не подвергается деструкции и сохраняет свои свойства во время эксплуатации, обладает самосмазывающимися свойствами и обеспечивает уровень шума до 75-76 дБ.