2 - Гидропресс

Экспериментальное исследование процесса
трения в единичном контакте, образованном
оболочкой твэла и пуклевкой
дистанционирующей решетки
Авторы
В.В. Макаров,
А.В. Афанасьев,
И.В. Матвиенко,
Г.В. Моторнов,
В.В. Ляшенко,
М.А. Леонов
ФГУП ОКБ
«Гидропресс»,
Подольск,
Дроздов Ю.Н.,
Савинова Т.М.
ИМАШ РАН,
Москва
1
Цель и задачи работы
Исследование процессов трения между образцами
оболочек твэлов и ячеек ДР при поступательном и
колебательном видах движения.
Задачи:
- определение коэффициентов трения между образцами
оболочек твэлов и пуклевок ячеек ДР и его зависимости от
технологических, конструктивных и эксплуатационных
параметров;
- изучение механизма трения и параметров, влияющих на
него.
- определение
влияния
поверхностной
обработки
оболочек твэлов (анодирование, травление, шлифование)
и геометрии контактной зоны пуклевок на процессы
2
трения.
Схема испытаний
N
1
V
2
N
N
1 – подвижный образец оболочки твэл, 2 – контробразцы, фрагменты ячейки
3
ДР
Установка
для испытаний
образцов на трение
при поступательном
движении
устройство для поджатия
контробразцов
рычаг
груз
оболочка твэла
динамометр
траверса разрывной
машины
4
Зависимость коэффициента трения в паре
«анодированная оболочка – ячейка ДР» с
длиной линии контакта 6 мм, нормальной
силой в контакте 24 Н от времени
свежая оболочка, свежая пукля
свежая оболочка, потертая пукля
потертая оболочка, потертая пукля
5
Зависимость коэффициента трения в паре
«шлифованная оболочка – ячейка ДР»
с длиной линии контакта 6 мм, нормальной
силой в контакте 24 Н от времени
свежая оболочка, свежая пукля
свежая оболочка, потертая пукля
потертая оболочка, потертая пукля
6
Коэффициент трения в паре «травленая
оболочка – ячейка» с длиной линии контакта
12 мм, нормальной силой в контакте 24 Н
l/м
l/м
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
k
k
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,8
0,2
0,2
0
0
0
10
20 30
40 50 60
70 80
90 100
t/c
t/c
свежая оболочка, потертая пукля
свежая оболочка, свежая пукля
l/м
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,8
k
0,6
0,4
0,2
0
t/c
7
потертая оболочка, потертая пукля
Коэффициенты трения при
контактной нагрузке 24 Н
Коэффициенты трения (kср/kмах) при различных вариантах пар
трения
Оболоч
потертая
L, мм
свежая
свежая
потертая
ка
оболочка/потер
оболочка/све оболочка/потер оболочка/свеж
тая ячейка (1-й
жая ячейка
тая ячейка
ая ячейка
ход)
Анодир
4
0,14/0,20
0,25/0,34
0,26/0,37
0,26/0,38
о6
0,17/0,25
0,25/0,36
0,26/0,36
0,27/0,48
ванная
12
0,19/0,27
0,20/0,30
0,27/0,39
0,31/0,42
4
0,37/0,45
0,32/0,46
0,38/0,48
0,35/0,47
Травлен
6
0,34/0,43
0,34/0,43
0,38/0,47
0,40/0,48
ая
12
0,39/0,47
0,37/0,47
0,43/0,54
0,45/0,55
4
0,34/0,40
0,30/0,44
0,40/0,49
0,38/0,52
Шлифо6
0,37/0,45
0,34/0,42
0,34/0,42
0,41/0,59
ванная
12
0,31/0,37
0,33/0,38
0,36/0,43
0,38/0,47
kср— среднее значение коэффициента трения в интервале испытаний;
kмах – максимальное значение коэффициента трения в интервале испытаний
8
Коэффициенты трения при
суммарной контактной
нагрузке 38 Н
Коэффициенты трения (kср/kмах) при различных вариантах пар трения
Оболочк
свежая
свежая
потертая
потертая
L, мм
а
оболочка/свеж оболочка/потерт оболочка/свеж оболочка/потерта
ая ячейка
ая ячейка
ая ячейка
я ячейка (1-й ход)
4
0,33/0,45
0,27/0,38
0,33/0,45
0,38/0,52
Анодиро
6
0,32/0,46
0,35/0,46
0,37/0,46
0,45/0,57
-ванная
12
0,23/0,33
0,27/0,36
0,29/0,38
0,43/0,54
4
0,38/0,46
0,38/0,45
0,46/0,55
0,43/0,53
Травлен
6
0,53/0,63
0,49/0,57
0,53/0,63
0,57/0,67
ая
12
0,38/0,47
0,38/0,48
0,42/0,52
0,44/0,54
4
0,40/0,47
0,42/0,48
0,39/0,48
0,43/0,56
Шлифо6
0,41/0,50
0,36/0,43
0,42/0,50
0,45/0,55
ванная
12
0,34/0,40
0,34/0,43
0,41/0,48
0,44/0,52
kср— среднее значение коэффициента трения в интервале испытаний;
kмах – максимальное значение коэффициента трения в интервале испытаний
9
Образцы для испытаний на трение при
возвратно-поступательном движении
3
образцов 1
2
1 – в состоянии поставки (вверху – анодированная оболочка)
2 – автоклавированные в течение 3 ч (третья
сверху - анодированная оболочка)
3 – автоклавированные в течение 35 ч
10
Установка для исследования процесса
трения при возвратно-поступательном
движении образца оболочки твэла
11
Изменение коэффициентов трения
в паре «оболочка твэла – ячейка ДР»
с течением времени: f=3 Гц; Р=2,4 Н
12
Поверхности оболочек твэлов со следами
фрикционного взаимодействия
с ячейками ДР
травленая оболочка,
автоклавированная в
течение 3 ч
шлифованная оболочка,
автоклавированная в
течение 3 ч
13
Изменение коэффициентов трения в паре
«оболочка твэл – ячейка ДР» с течением
времени при различной длине линии контакта
(частота 3 Гц; нормальная сила 2,4 Н)
анодированная оболочка
шлифованная оболочка
14
Зависимость максимальных
коэффициентов трения при
нормальной силе 2,4 Н от частоты
15
1 – анодированная оболочка в паре с пуклей 6 мм в состоянии поставки
2 – травленая оболочка в паре с пуклей 6 мм в состоянии поставки
3 - шлифованная оболочка в паре с пуклей 6 мм в состоянии поставки
4 – анодированная оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в
воде при 320 С в течение 3 ч
5 - травленая оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в воде
при 320 С в течение 3 ч
6 - шлифованная оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в
воде при 320 С в течение 3 ч
7 - анодированная оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в
воде при 320 С в течение 35 ч
8 – травленая оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в
воде при 320 С в течение 35 ч
9 - шлифованная оболочка в паре с пуклей 6 мм, автоклавированные в
воде при 320 С в течение 35 ч
10 - шлифованная оболочка в паре с пуклей 6 мм, окисленные на
воздухе при 320 С в течение 3 ч
11 - шлифованная оболочка в паре с пуклей 4 мм, окисленные на
воздухе при 320 С в течение 15 ч
16
Максимальные коэффициенты трения в паре
«оболочка твэла – ячейка ДР» в зависимости
от нормальной контактной нагрузки (f=3 Гц)
L=12 мм
L=4+2 мм
17
Сравнение коэффициентов трения при
двух типах относительного движения
(анодированная оболочка, Р=24-24,8 Н)
L=4 мм
L=12 мм
Поступательн Колебательно Поступательн Колебательно
ое движение
е движение
ое движение
е движение
Минимальный
0,15
0,24
0,19
0,26
Средний
0,35
0,35
0,32
0,30
Максимальны
0,56
0,35
0,45
0,36
й
Коэффициент
трения
18
выводы
 Основным процессом, определяющим механизм внешнего трения
испытанных образцов является износ поверхностных пленок.
После изнашивания защитных пленок и обнажения ювенильных
поверхностей металла возникают явления адгезии, схватывания и
коэффициент трения значительно возрастает. Факторами,
вызывающими разрушение защитных пленок, являются
контактное давление, путь и скорость взаимного перемещения
образцов. При этом коэффициенты трения меняются в пределах
от 0,15 до 0,8
 По динамике изменения коэффициента трения образцы могут
быть разделены на три группы :
 1-я группа: пары трения с травлеными и шлифованными
оболочками и ячейками в состоянии поставки с завода с полным
либо частичным контактом металлических поверхностей во всем
диапазоне скоростей и нормальных сил в контакте, коэффициент
трения может достигать 0,8.
19
выводы
 2-я группа:
пары трения с анодированными оболочками и
ячейками в состоянии поставки с завода; пары трения,
прошедшие автоклавирование в воде или оксидирование на
воздухе при 320 С в течение 3 ч. В начале процесса имеют
коэффициент трения 0,1-0,2 , а после разрушения защитных
пленок коэффициент трения увеличивается до 0,8.
 3-я группа:
пары трения с оболочками и ячейками,
прошедшие автоклавирование в воде при 320 С в течение 35 ч
или оксидирование (выдержку в термостате) на воздухе при
320 С в течение 15 ч. Коэффициенты трения в испытанном
диапазоне нормальных сил и скоростей перемещения находятся
на уровне 0,1-0,2, что свидетельствует о достаточно высокой
прочности защитных пленок на поверхности.
 Фактическая длина линии контакта пуклевки с твэлом
приблизительно одинакова для всех типов ячеек ДР и не
превышает 4 мм. Статистически значимой корреляции между
коэффициентом трения пары «оболочка твэл – ячейка ДР» и
проектной длиной линии контакта пуклевки с твэлом не
20
выявлено.