В Перми разработали методы для повышения виброизоляции трубопроводов.
Статья опубликована в журнале INGENIERIA UC. Исследование было проведено при поддержке Российского Научного Фонда.
В трубопроводах, используемых в авиации, ракетостроении, судостроении и других отраслях промышленности, применяются тонкослойные резино-металлические элементы, такие как гибкие вставки, компенсаторы, прокладки и опоры. Эти компоненты состоят из тонкого слоя резины, соединенного с металлическими частями. Таким образом, они объединяют свойства двух материалов: резина обеспечивает высокую виброизоляцию и герметичность соединений, предотвращая утечки, в то время как металл придает элементам прочность и жесткость. Это необходимо для надежной работы оборудования в энергетическом и транспортном машиностроении, судостроении, а также в нефтегазовой отрасли.
Вибрация, передаваемая через трубопроводы во время эксплуатации, может приводить к отказам, просадкам грунта и даже авариям, поэтому виброизоляция является критически важным свойством резино-металлических элементов. Эффективная и стабильная защита оборудования зависит от качества их производства.
Специалисты Пермского Политеха провели анализ различных технологий изготовления тонкослойных резино-металлических элементов и определили наиболее оптимальные материалы с наилучшими свойствами для этих целей.
В структуре таких деталей ключевыми компонентами являются три элемента: резина, металл и клеевая смесь, соединяющая их. Поэтому надежность работы изделий в первую очередь зависит от характеристик этих материалов. Основной причиной отказа оборудования является потеря герметичности из-за нарушения склеивания и появления отслоений, поэтому политехники уделили особое внимание изучению эластичных резин в сочетании с клеевыми композициями.
«Мы провели серию испытаний различных образцов резино-металлических элементов на специальном стенде, который имитирует вибрации в диапазоне от 20 до 200 Гц. Результаты экспериментов показали, что резина из полиизопрена (как синтетического, так и натурального) обладает наилучшими упругими и прочностными свойствами. Кроме высокой прочности, она имеет и превосходные технологические характеристики: при обработке деталей сразу образуется плотная гладкая заготовка, а также быстро превращается в резину», – делится информацией Александр Шайдуров, аспирант кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ.
«Подготовка металлической поверхности – следующий этап для обеспечения надежного соединения резины и металла. По результатам проведенных исследований, пескоструйная обработка демонстрирует лучшие результаты. Этот процесс включает в себя выброс мелких твердых частиц песка или стального порошка на металлическую поверхность с помощью сжатого воздуха под высоким давлением. Ударяясь о поверхность, они создают шероховатость, что влияет на прочность сцепления», – объясняет Галина Шайдурова, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ, доктор технических наук.
Клеевая система должна надежно соединять резину и металл. Финальные этапы экспериментов показали, что наилучшее сцепление обеспечивается системой клея по схеме «праймер + покровный слой», а также поддержанием заданной температуры на этапе совулканизации клея и эластомера, что помогает сохранить стабильность его свойств.
Общие результаты исследований ученых Пермского Политеха позволяют повысить прочность адгезионного соединения резины и металла в резино-металлических элементах в 2-2,5 раза с использованием других резин на основе этилен-пропиленовых, бутадиен-нитрильных и смешанных каучуков. Выводы основаны на осевых испытаниях и проверке на растяжение по ГОСТу. Это значительно снижает передачу вибрации по трубопроводам и обеспечивает их надежную работу в условиях высоких нагрузок. Комбинация каучуков со смолами приводит к улучшению вибрационных параметров. Эти исследования важны для реализации новых проектов для МЧС и машиностроителей.