Пластины из графитопласта АМС-3 для компрессоров

Графитопласт АМС-3: общая характеристика материала

Графитопласт АМС-3 — антифрикционный композиционный материал на основе углеграфитового наполнителя и полимерного связующего. Графитопласты относятся к классу конструкционных пластмасс, в которых мелкодисперсный графит (натуральный или искусственный) равномерно распределён в полимерной матрице. Связующим компонентом в графитопластах могут выступать фенолоальдегидные, эпоксидные, фурановые смолы, фторопласты, полиамиды и другие полимеры.

Благодаря углеграфитовой основе графитопласт АМС-3 обладает комплексом свойств, делающих его пригодным для работы в узлах трения без подвода внешней смазки. Частицы графита, входящие в состав материала, создают на поверхности трения тонкую самосмазывающую плёнку, что обеспечивает низкий коэффициент трения и минимальный износ контактирующих деталей.

Физико-механические свойства графитопласта АМС-3

Графитопласты на основе термореактивных связующих, к которым относится и АМС-3, характеризуются высокой химической стойкостью и удовлетворительными прочностными показателями. По данным справочной литературы, типичные значения для графитопластов данного класса находятся в следующих диапазонах:

Параметр	Типичные значения
Плотность	1150–2100 кг/м³
Предел прочности при сжатии	80–150 МПа
Предел прочности при изгибе	18–50 МПа
Предел прочности при растяжении	20–150 МПа
Коэффициент трения (без смазки)	0,05–0,20
Коэффициент теплопроводности	8–195 Вт/(м·К)
ТКЛР	(2,2–8,5)·10⁻⁶ °С⁻¹

Для пластин АМС-3 типичная прочность при изгибе составляет порядка 35 МПа. Рабочий температурный интервал ограничен теплостойкостью полимерного связующего и в общем случае находится в пределах от −60 до +200 °С. При этом следует учитывать, что при отрицательных температурах в среде сухих газов самосмазывающие свойства графитопласта могут снижаться.

Самосмазывающие и антифрикционные свойства

Основное преимущество графитопласта АМС-3 перед чисто металлическими материалами — способность работать без подвода внешней смазки. Механизм самосмазывания реализуется за счёт слоистой кристаллической структуры графита: при трении тонкие графитовые чешуйки переносятся на поверхность контртела и формируют плёнку, снижающую коэффициент трения до значений 0,05–0,20.

Пластины компрессоров из графитопласта АМС-3, работающие в рабочей камере пластинчато-роторного агрегата, не нуждаются в дополнительной смазке. Это принципиально важно для вакуумных насосов и компрессоров, где наличие масляной плёнки в перекачиваемой среде недопустимо.

Рекомендуемые материалы контртел

Наиболее эффективно графитопласт АМС-3 работает в паре трения со следующими материалами контртел: чугун, стали всех марок и твёрдостей, хромовое покрытие, нержавеющие стали. По этим контртелам коэффициент трения графитопластов минимален, а интенсивность износа при допустимых удельных давлениях и скоростях не превышает 50 мкм за 100 часов непрерывной работы.

Преимущества перед конструкционным графитом

По сравнению с чистым конструкционным графитом графитопласт АМС-3 имеет существенные преимущества при работе в качестве лопаток (пластин) компрессоров:

Графитопластовые пластины выдерживают в несколько раз более высокие ударные и статические нагрузки, чем антифрикционные графитовые материалы. Это подтверждается справочными данными и обусловлено тем, что полимерное связующее придаёт композиту вязкость и стойкость к хрупкому разрушению, которой лишён чистый графит.

Повышенная прочность позволяет проектировать лопатки большего сечения, чем это возможно из чистого графита. За счёт этого рабочие камеры пластинчато-роторных компрессоров с деталями из АМС-3 могут иметь увеличенную площадь проходного сечения, что повышает производительность агрегата.

Однако предельная температура эксплуатации графитопласта ниже, чем у чистого графита, в 1,5–3 раза — она ограничена теплостойкостью полимерного связующего.

Пластины из графитопласта АМС-3 для пластинчато-роторных компрессоров

Основная область применения пластин из графитопласта АМС-3 — пластинчато-роторные (шиберные) компрессоры и вакуумные насосы. В этих агрегатах плоские пластины (лопатки) установлены в пазах ротора и при его вращении прижимаются к внутренней поверхности цилиндра, образуя подвижные рабочие камеры переменного объёма.

Условия работы лопаток в компрессоре

Пластины компрессоров подвергаются комплексу нагрузок: циклическому изгибу при входе в зону минимального зазора, контактному трению о статор, воздействию перекачиваемой среды (воздух, инертные газы, технологические среды). Графитопласт АМС-3 выдерживает эти нагрузки за счёт оптимального сочетания прочности, упругости и антифрикционных свойств.

Область применения пластин АМС-3

Пластины из графитопласта АМС-3 применяются в следующих типах оборудования:

• пластинчато-роторные вакуумные насосы;
• безмасляные компрессоры;
• пластинчатые компрессоры доильных установок;
• роторно-пластинчатые нагнетатели в системах пневмотранспорта.

Везде, где требуется перекачивание газов без загрязнения среды маслом, графитопластовые пластины предпочтительнее металлических аналогов.

Другие изделия из графитопласта АМС-3

Помимо компрессорных пластин, из графитопласта АМС-3 и родственных марок изготавливают широкий спектр деталей для работы в условиях сухого трения, агрессивных сред и вакуума:

• торцевые уплотнения валов гидравлических турбин;
• подшипники скольжения;
• уплотнительные кольца для воздушных и газовых трубопроводов;
• лопатки вакуумных насосов;
• втулки и вкладыши для узлов трения химического оборудования.

Применение графитопласта в этих узлах обусловлено его химической стойкостью, самосмазывающими свойствами и способностью сохранять работоспособность в отсутствие жидкой смазки.

Сравнение графитопласта с другими антифрикционными материалами

При выборе материала для компрессорных пластин и узлов трения инженер сталкивается с несколькими альтернативами. В таблице ниже приведено качественное сравнение графитопласта с основными конкурирующими материалами.

Критерий	Графитопласт АМС-3	Конструкционный графит	Антифрикционная бронза
Работа без смазки	Да	Да	Ограниченно
Стойкость к ударным нагрузкам	Высокая	Низкая (хрупкость)	Высокая
Химическая стойкость	Высокая	Высокая	Средняя
Предельная рабочая температура	До +200 °С	До 400–450 °С (на воздухе)	До 250–300 °С
Загрязнение перекачиваемой среды	Минимальное	Минимальное	Возможно (частицы металла)
Допустимые габариты пластин	Большие	Ограничены хрупкостью	Большие

Графитопласт АМС-3 занимает промежуточную нишу: он прочнее и менее хрупок, чем чистый графит, и при этом обеспечивает безмасляную работу, недоступную большинству металлических антифрикционных материалов.

Формы поставки графитопластовых пластин

Пластины из графитопласта АМС-3 поставляются в виде готовых изделий и заготовок для последующей механической обработки:

• пластины (лопатки) стандартных типоразмеров под конкретные модели компрессоров и вакуумных насосов;
• заготовки в виде плит и брусков для изготовления деталей по чертежам заказчика;
• кольца и втулки для торцевых уплотнений.

Графитопласт хорошо поддаётся механической обработке стандартным твёрдосплавным инструментом: точению, фрезерованию, шлифованию.

Условия эксплуатации и ограничения

При проектировании узлов с деталями из графитопласта АМС-3 следует учитывать ряд ограничений:

Рабочая температура не должна превышать предела теплостойкости полимерного связующего. Для большинства графитопластов на феноло-альдегидных и эпоксидных связующих это значение составляет +170…+200 °С на воздухе.

В условиях сухих газов при отрицательных температурах самосмазывающие свойства графитопласта могут снижаться, так как для формирования устойчивой графитовой плёнки на контртеле требуется определённая влажность среды.

Оптимальный режим нагружения — всестороннее сжатие. При преобладании растягивающих нагрузок графитопласт уступает металлическим материалам.

Шероховатость поверхности контртела влияет на интенсивность износа. Рекомендуемая шероховатость — не грубее Ra 0,32.

Хранение и транспортировка графитопластовых изделий

Графитопластовые пластины хранятся в сухих закрытых помещениях при температуре от +5 до +35 °С, вдали от прямых солнечных лучей и источников тепла. Материал не гигроскопичен, однако длительное воздействие ультрафиолета может вызвать деградацию полимерного связующего на поверхности. При транспортировке пластины упаковывают в картонную или полимерную тару, исключающую механические повреждения кромок.