Увеличение долговечности оборудования: применение покрытий на основе полиуретанов

С.И.Аболин, С.Б.Сивчиков, НПФ «С.П.Б.», Санкт-Петербург

Одним из основных факторов, снижающих долговечность оборудования горнодобывающей промышленности, является выход из строя деталей и узлов в результате воздействия коррозионно-активных сред и абразивного износа. Наиболее подвержены этому рабочие органы, трубопроводы и емкости машин, перемещающих, смешивающих или сепарирующих сырье. Традиционным способом увеличения срока эксплуатации этих деталей является их футеровка смесями на основе каучуков или эпоксидных смол. Применение футеровочных смесей на основе эпоксидных смол оправдано при контакте с агрессивными средами. Как правило, при наличии в потоке абразивных компонентов они достаточно быстро изнашиваются. Резиновые смеси на основе искусственных каучуков успешно применяются для защиты от абразивного износа, так как эластичность футеровки позволяет твердым частицам перемещаться по ее поверхности без разрушения наружного слоя. Эластичная футеровка в значительной степени демпфирует вибрационные и ударные воздействия, предотвращая их передачу на подшипники и другие части оборудования. По данным д.т.н. Н.В.Ампилоговой применение резиновых футеровок приводных барабанов позволяет значительно увеличить тяговую способность приводов ленточных конвейеров за счет увеличения коэффициентов сцепления ленты с поверхностью барабана [1].

Применение футеровок на основе резин позволяет уменьшить абразивный износ и вибрации, а в случае конвейерного транспорта – увеличить тяговую способность приводов. Вместе с тем, использование резиновых смесей имеет и ряд недостатков: быстрое старение, невысокие прочность и несущую способность покрытий, отслаивание и отрыв футеровок от арматуры, щелевая коррозия металла под слоем резины и «охрупчивание» покрытия при низких температурах. Вулканизация резин обычно происходит под высоким давлением в прессформах, что существенно ограничивает или исключает возможность нанесения крупногабаритных или сложных по форме футеровок.

По данным фирмы Engineered Plastic Solution, Inc. применение в качестве материала покрытий полиуретанов позволяет увеличить максимальную нагрузку на изделие до 4-х раз и устойчивость к воздействию абразивного износа до 10 раз по сравнению с резиной. Полиуретаны являются одним из наиболее стойких к абразивному износу материалов. Например, потеря массы полиуретановой пластины при абразивном износе (окись алюминия, угол 60°) составляет 0.05% от веса за 60 мин., в то время как для закаленной стали более 0.5% за 13 мин. [2]. Полиуретановые покрытия имеют и более высокий, по сравнению с резиновыми, коэффициент сцепления, его расчетная величина при футеровке барабанов полиуретаном, в случае чистой сухой поверхности составляет 0.5–0.6 [1]. Полиуретаны мало подвержены старению, имеют низкую температуру стеклования и высокую стойкость к воздействию окружающей среды. Изделия из полиуретанов в основном изготавливаются свободной заливкой, отсутствие давления и значительных нагрузок на литьевую форму позволяет существенно упростить оснастку, а низкая вязкость смесей обеспечивает проливаемость изделий сложной формы.

Научно-производственная фирма «С.П.Б.» с 1992 г. занимается переработкой полиуретанов и внедрением их в различные отрасли промышленности. Широкий спектр применяемых материалов позволяет решать практические задачи и в горнодобывающей промышленности. Основным материалом, применяемым в качестве футеровок, является двухкомпонентный полиуретан Дуотан�(табл.).

Из приведенных в табл. данных видно, что наиболее износостойкими являются марки с твердостью до 65 ед. Шор А, а максимальной прочностью при растяжении и раздире обладают материалы с твердостью 80–90 ед. Шор А. Учет условий эксплуатации является основным фактором при выборе материала для покрытия.

Для уплотняющих изделий, конвейерных роликов, износоустойчивых облицовок, корпусов пережимных клапанов целесообразно использовать материал с твердостью 65 ед. Шор А. Проведенные испытания манжет для гидроцилиндров, изготовленных из Дуотана QA 965 показали, что вынос масла за 100 циклов при давлении 200 кг/см2 не превышает 1.3 г. Успешно эксплуатируются манжеты большого диаметра, уплотняющие роторы турбин гидроэлектростанций и поршни насосов перекачки сточных вод очистных сооружений. Все изделия выполнены методом литья, так как механическая обработка (кроме шлифования) данного материала из-за его высокой упругости и износостойкости невозможна.

Результаты эксплуатации роликов с футеровкой из Дуотана QA 965 на верхней и нижней ветвях ленточного конвейера горно-обогатительного комбината показали, что покрытие улучшает центрирование ленты, снижает износ ее борта и нижней обкладки, устраняет расслоение. Срок службы фильтровальной ткани увеличивается на треть. За полтора года эксплуатации износа покрытия не обнаружено. Устойчивость к абразивному износу определило выбор этого материала для изготовления внутренней рифленой обечайки корпусов гидроциклонов диаметром 150, 300 и 700 мм для обогащения золотоносной породы. С целью обеспечения жесткости и прочности корпуса наружный слой изготавливали из жесткого полиуретана Дуотан QA 990 твердостью 90 ед. Шор А, а между этими слоями вводили корд из арамидной нити, препятствующий «раздуванию» наполненного породой изделия при значительных скоростях вращения изделия. Специалисты фирмы «С.П.Б.» разработали технологию для заливки из полиуретанов аналогичного изделия диаметром 1300 мм. Следует подчеркнуть, что гидроциклоны имеют сложную внутреннюю поверхность с рифлями, отформованными отверстиями и закладными элементами, которую практически невозможно получить в других материалах. Переработка свободной заливкой определила и применение Дуотана QA 965 для изготовления эластичных обойм винтовых насосов давления. Низкая вязкость заливаемого материала гарантирует точное повторение формы закладного шнека и, соответственно, отличные характеристики насоса.

В случае высоких нагрузок покрытия на сдвиг, срез и сжатие целесообразно использовать более прочные марки Дуотана с твердостью 80, 85 и 90 ед. Лопасти импеллера оттирочной машины, эксплуатируемые в водно-песчаной смеси, футеровали Дуотаном QA 980 для защиты от коррозии и абразивного износа. В результате эксплуатации лопастей показано, что срок службы изделия увеличился как минимум в 12–15 раз. Из Дуотана QA 990 и QA 980 изготавливаются также покрытия колес технологического транспорта и различного оборудования.

Высокое качество изделий из полиуретанов Дуотан, в совокупности с простым технологическим процессом, компактным и недорогим оборудованием производства «С.П.Б» позволяет организовать участки по переработке этих материалов в непосредственной близости от потребителей или на их производственной базе. По этому пути пошли производственные фирмы «Центр Ремонтных Технологий» (Владивосток), Devcon (Рига) и «Комбипласт» (Новокузнецк). Специалисты фирмы «Комбипласт» освоили выпуск сит грохотов, классификаторов и сепараторов из материалов Дуотан.

Таким образом, применение футеровочных смесей на основе полиуретанов Дуотан позволяет повысить ресурс отдельных узлов и долговечность использования оборудования в целом. В случае большой потребности в изделиях из полиуретанов, целесообразна организация участка по их переработке непосредственно на производственной базе потребителя.  

Журнал "Горная Промышленность" №2 2002