Машиностроительное применение

Уникальные свойства углеродного нанокомпозита представляют интерес для предприятий энергомашиностроения.

Практический интерес для технической реализации в конструкциях перспективных изделий новой техники представляют антифрикционные свойства углеродного нанокомпозита.

Рисунок 1. По коэффициенту трения в жидких средах в условиях торцевого уплотнения воды углеродный нанокомпозит в 5 раз превосходит углеродные материалы антифрикционного назначения традиционной технологии.

1 – углеродный нанокомпозит,
2 – углеродные материалы традиционной технологии.

Низкий коэффициент трения углеродного нанокомпозита в сочетании с химической инертностью и непроницаемостью для жидких сред обеспечивает работоспособность торцевых уплотнений агрессивных сред.

Высокие физико-механические характеристики и газонепроницаемость углеродного нанокомпозита, которые сохраняются до температур 2000oС, обеспечивают работоспособность высокотемпературных торцевых уплотнений энергонасыщенных узлов трения тепловых машин.

Рисунок 2. В режиме сухого трения углеродный нанокомпозит не имеет следов износа и после 2000 циклов пуск–останов в жестких условиях разгона до критической скорости вала газодинамического подшипника и аварийного торможения. При этом он сохраняет минимальное среди традиционных антифрикционных материалов значение пускового момента трения.

^ – бронза,
+ – антифрикционный сплав,
v – корундовая керамика,
O – антифрикционный графит, пропитанный антифрикционным сплавом,
• – углеродный нанокомпозит.

Углеродный нанокомпозит обеспечивает работоспособность газодинамических подшипников. Он хорошо работает практически с любым контртелом. Рекомендуемой парой является углеродный нанокомпозит-сталь ШХ15.

Рисунок 3. Углеродный нанокомпозит заменил сплав вольфрам-рений при изготовлении диафрагм термоядерного реактора. Диафрагма из углеродного нанокомпозита в течение многих лет эксплуатации термоядерных реакторов типа Токамак серии Т-4, Т-3М и Т-7 успешно ограничивала рабочее тело реактора из водородной плазмы с температурой около 100 млн. град. Она успешно выдержала 8000 рабочих циклов термоядерного реактора без следов разрушений.

Замена диафрагмы из сплава вольфрам-рений на диафрагму из углеродного нанокомпозита обеспечила уменьшение потери мощности на излучение плазмы в 3 раза, увеличение количества полезных имульсов в 5 раз и снижение интенсивности рентгеновского излучения в 20 раз. В пересчете на применение углеродного нанокомпозита в качестве материала первой стенки термоядерного реактора электростанции тепловой мощностью 5 тыс. Мвт это означает выработку дополнительного количества электрической энергии в объеме 10 млрд. квт.ч/год.

Рисунок 4. В данном проекте реализован весь комплекс уникальных свойств углеродного нанокомпозита. Определяющим преимуществом, обеспечившим принципиальную возможность применения углеродного нанокомпозита в столь жестких условиях, являются его низкие эмиссионные свойства. По коэффициенту катодного распыления он в 15 раз превосходит лучшие углеродные материалы традиционной технологии.

1 – углеродный нанокомпозит,
2 – современные углеродные материалы.

Производственной опыт эксплуатации термоядерных реакторов типа Токомак дает представление о потенциальных возможностях улучшения технико-экономических показателей современных тепловых машин за счет реализации высокотемпературных свойств углеродного нанокомпозита.