1 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 Экспериментальное исследование процесса трения в единичном контакте, образованном оболочкой твэла и пуклевкой дистанционирующей решетки

2 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 трения.

3 Схема испытаний 1 2 N N N V 1 – подвижный образец оболочки твэл, 2 – контробразцы, фрагменты ячейки ДР

4 Установка для испытаний образцов на трение при поступательном движении устройство для поджатия контробразцов рычаг груз оболочка твэла динамометр траверса разрывной машины

5 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 пуклясвежая оболочка, потертая пукля потертая оболочка, потертая пукля

6 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 пуклясвежая оболочка, потертая пукля потертая оболочка, потертая пукля

7 Коэффициент трения в паре «травленая оболочка – ячейка» с длиной линии контакта 12 мм, нормальной силой в контакте 24 Н свежая оболочка, свежая пукля свежая оболочка, потертая пукля потертая оболочка, потертая пукля

8 Коэффициенты трения при контактной нагрузке 24 Н

9 Коэффициенты трения при суммарной контактной нагрузке 38 Н

10 Образцы для испытаний на трение при возвратно-поступательном движении образцов – в состоянии поставки (вверху – анодированная оболочка) 2 – автоклавированные в течение 3 ч (третья сверху анодированная оболочка) 3 – автоклавированные в течение 35 ч

11 Установка для исследования процесса трения при возвратно-поступательном движении образца оболочки твэла

12 Изменение коэффициентов трения в паре «оболочка твэла – ячейка ДР» с течением времени: f=3 Гц; Р=2,4 Н

13 Поверхности оболочек твэлов со следами фрикционного взаимодействия с ячейками ДР шлифованная оболочка, автоклавированная в течение 3 ч травленая оболочка, автоклавированная в течение 3 ч

14 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

15 Зависимость максимальных коэффициентов трения при нормальной силе 2,4 Н от частоты

16 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

17 Максимальные коэффициенты трения в паре «оболочка твэла – ячейка ДР» в зависимости от нормальной контактной нагрузки (f=3 Гц) L=4 +2 мм L=12 мм

18 Сравнение коэффициентов трения при двух типах относительного движения (анодированная оболочка, Р=24-24,8 Н)

19 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.

20 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 выявлено.