Титулованное покрытие Timken ES302 для нужд потребителя

Товары

Титулованное покрытие Timken ES302 для нужд потребителя

В конце 2000-х ветровые электростанции в США столкнулись с проблемой. Ветровые турбины, установленные на исходе 1990-х или в начале 2000-х гг., которые были рассчитаны на 20 лет работы, нуждались в неотложном капитальном ремонте.

Роликовые подшипники главных валов и редукторов турбины были изношены намного раньше, чем было заложено в проекте. Для решения этих проблем требовался серьезный ремонт стоимостью до 300 000 долларов США при каждом отказе оборудования, что в пересчете на весь жизненный цикл турбины составило 1,2 млн долларов США.

В это же время специалисты подразделения исследований и разработок Timken дошли до этапа производства плазменного покрытия для роликовых подшипников, работы над которым велись с конца 90-х гг. «Когда мы только начали изучать, как покрытия могут влиять на трибологические свойства элементов качения подшипников, мы были настоящими пионерами», — сказал Ryan Evans, начальник подразделения исследований и разработок Timken, который пришел в проект еще студентом химико-технологической специальности.

«Стальные поверхности элементов подшипников никогда не должны соприкасаться», — отметил он. Это жесткое требование, потому что, если взглянуть на роликовый подшипник, ролики в нем двигаются в ограниченном пространстве. По этой причине требуется смазка, чтобы между роликом и внутренней поверхностью качения всегда был смазочный слой.

К сожалению, равномерный слой очень сложно поддерживать. В ранних конструкциях ветряных турбин, например, на главных валах использовались двухрядные сферические роликовые подшипники, которые должны были выдерживать радиальную нагрузку и осевую, действующую только на один ряд роликов с подветренной стороны. Износ подшипников главного вала из-за неравномерного распределения нагрузки увеличивал величину осевых нагрузок подшипников редуктора. Компании, обслуживающие ветряные электростанции, столкнулись с трудностями при обеспечении надлежащей смазки подшипников во избежание повреждений в таких сложных условиях нагружения конструкции.

В конце 2000-х годов многие предприятия столкнулись с серьезной проблемой: роликовые подшипники основных валов и редукторов турбин изнашивались намного раньше проектного срока службы, что требовало проведения капитального ремонта, стоимость которого могла достигать 300 000 долларов США.

Решение проблемы контакта металл-металл

Во многих отраслях тяжелой промышленности остро стоит проблема контакта металл-металл внутри подшипников. Для ее решения специалисты компании Timken применили новаторский подход, уменьшив стальные свойства ролика по сравнению с кольцами подшипника. «Мы покрыли их сверхтонким (измеряемым в долях от толщины человеческого волоса) слоем композитного материала, — сказал Evans. — Это разработанное сочетание керамики и полимера или, другими словами, тонкий слой пластикового материала с мельчайшими керамическими частицами».

По сути дела, покрытие, разработанное компанией Timken и получившее название ES302, было одновременно твердым и устойчивым к износу, как буровое сверло, и, тем не менее, гладким и нелипким, как ваша любимая сковородка. Компания выбрала отличную стратегию послепродажного обслуживания, заменив подшипники ветряных турбин на более износостойкие сферические подшипники с роликами, покрытыми ES302.

Сельское хозяйство также стало одной из первых отраслей, в которой стали применяться устойчивые к износу подшипники, а именно на тракторах и комбайнах. Эти подшипники нашли свое применение и в аэрокосмической промышленности, а также на бумажных фабриках, в нефтегазовых, добывающих и др. сферах.

В настоящее время покрытия Timken являются премиальной продукцией, предоставляемой по заказу. «Покрытие может наноситься на любые подшипники Timken, — утверждает Evans. — Если вы приобретали определенный типоразмер подшипников, и они вам нравятся, но вы хотите, чтобы они служили дольше в условиях недостаточной по каким-либо причинам смазки, мы можем нанести покрытие, не меняя конструкцию всего подшипника».

Предпринимательское мышление разработчиков

Evans тепло вспоминает годы разработки покрытия ES302. В тесной команде разработчиков также работали Gary Doll, теперь профессор технологии поверхности в компании Timken и директор лаборатории проектируемых поверхностей Timken в Университете Акрона, Jim Gnagy, специалист по разработке продуктов, и Tim Springer, руководитель программы.  Еще до начала проекта ES302 другие инженеры по разработке и аналитики Timken также внесли значительный вклад в развитие технологий Timken по износостойкости.

«Мы путешествовали по миру и беседовали с заказчиками о прогрессивной технологии покрытий в подшипниках, устойчивых к износу», — говорит Evans. Очень важно было общаться с заказчиками напрямую. Значительную долю успеха продукта он связывает с тем, что у команды разработчиков была возможность узнать о реальных проблемах, установить взаимоотношения с заказчиками, провести испытания и получить отзывы о решениях с мест использования.

«В тот начальный период разработчики очень много общались напрямую с заказчиками и быстро воплощали в реальность их пожелания, — говорит он. — Мы отправляли им прототипы деталей и ждали отзыва». Всегда было радостно получить сообщение по электронной почте, в котором заказчик писал, например: «Перешли порог в 2000 часов!». И это об узле, который раньше никогда не служил более 200 часов.

Tom Springer, Jim Gnagy и Ryan Evans получают награду Engineering Materials Achievement Award от общества ASM International за разработку покрытия ES302, которое позволило увеличить срок службы подшипников, повысить их эффективность и предотвратить преждевременный износ подшипников и редукторов.

Международное признание

Возможно, подшипники это не те детали, которые первыми приходят на ум, когда мы думаем о технологиях, помогающих современной цивилизации, хотя они требуются в любой машине, где есть вращающиеся детали. В конечном счете покрытия Timken завоевали успех, так как они помогают подшипникам надежно выполнять их невидимую работу.

«Мы устанавливаем устойчивые к износу подшипники с покрытиями на оборудование, и редко бывает, что после этого заказчики обращаются к нам, — сказал Evans, — только если с заказами новых подшипников на следующий год и далее».

«Покрытие ES302 открыло нам двери в отрасль промышленных подшипников для тяжелых условий эксплуатации и позволило развиваться в этом направлении», — добавил он.

В 2017 г. ASM International, известное информационное общество по материалам, отметило компанию Timken своей престижной наградой Engineering Materials Achievement Award за «значительный вклад ES302 в науку о материалах и очевидное влияние для промышленности». Среди других обладателей этой награды, установленной в 1969 г. ранее были такие компании, как GE, Northrup Grumman, IBM, Boeing и GM.

JulyAugust_AMP_Digital

Статья использовалась с разрешения журнала ASM International’s Advanced Materials & Processes.

Для команды разработчиков это было моментом особой гордости. «Каждая продажа устойчивой к износу продукции Timken для нас является коммерческим признанием ее пригодности», — сказал Evans. Получив эту награду, специалисты компании Timken узнали, как заказчики и другие технологические компании в этой отрасли оценили работу, результатом которой стала разработка покрытия ES302.

Ориентация на заказчиков

В настоящее время исследователи Timken ищут способы снизить стоимость производства покрытий и сделать их доступными для большего числа областей применения. «Сейчас стоимость покрытий может быть высокой относительно стоимости большинства промышленных и автомобильных подшипников. Мы стремимся сделать покрытие более дешевым, сохранив его таким же устойчивым к износу», — отметил Evans.

«Компания Timken сотрудничает с центрами передовых технологий по всему миру для решения этой проблемы», — сказал он. К таким центрам относятся и региональные исследовательские учреждения, например Университет Акрона, в котором над следующим поколением покрытий работает Doll.

Материалы и процессы со временем могут меняться, но за годы работы после появления покрытия ES302 Evans пришел к выводу о том, как важно сотрудничество с заказчиками для производства этой линии продукции Timken.

«В нашей компании можно приобрести тысячи уникальных деталей, — сказал он. — Это благодаря тому, что инженеры Timken работают вместе с заказчиками, чтобы решить имеющиеся проблемы».

«Мы вкладываем средства в научные разработки для выявления фундаментальных проблем в тех областях применения, в которых работают наши заказчики, и применяем для их решения новейшие технологические и научные знания, а затем используем полученные решения в различных отраслях», — пояснил он. — Устойчивые к износу покрытия являются отличным примером нашего долговременного сотрудничества, начиная с работы в лаборатории вплоть до установки продукции на оборудование заказчика».