Оценка адекватности конструкции антифрикционного антисхватывающего покрытия болтовых соединений модулей бланкета ИТЭР со самостопорящейся резьбой системы Spiralock

Изложены основные положения экспериментально-расчетного метода прогнозирования крутящего момента затягивания высоконагруженных самостопорящихся болтовых соединений модулей бланкета ИТЭР (М24?3 — LK24?3, М52?4 — LK52?4, М64?4 — LK64?4), выполненных по технологии Spiralock, в условиях упругопластического деформирования вершин витков резьбы болта. Приведены результаты триботехнических испытаний твердосмазочного покрытия ВНИИ НП-212 по схеме шарик — диск в вакууме при температуре 20 ?C и скорости скольжения 0,1?10–3 м/с. Получены зависимости коэффициента трения скольжения твердосмазочного покрытия ВНИИ НП-212 от физико-механических свойств пар трения (М24?3, М52?4, М64?4) и среднего контактного давления на витках резьбы. Установлены диапазоны варьирования крутящего момента затяжки трех болтовых соединений модулей бланкета в диапазоне усилия затяжки 90…1200 кН. Показано, что крутящий момент затяжки самостопорящихся болтовых соединений по технологии Spiralock без смазки, рассчитанный по стандартной методике для крепежных резьбовых соединений в условиях упругого фрикционного взаимодействия, значительно выше, чем у аналогичных болтовых соединений с твердосмазочным покрытием ВНИИНП-212 с учетом пластического деформирования вершин витков резьбы болта.
EDN: AGYDPX, https://elibrary/agydpx

Литература

[1] Thompson V., Eaton R., Raffray R. et al. Properties of low friction anti-seize coatings for fusion applications. Fusion Eng. Des., 2019, vol. 146-A, pp. 345–348, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2018.12.064

[2] Tomilov S., Sviridenko M., Leshukov A. et al. EHF FW panel for ITER BM with mechanical attachment of the plasma-facing components. Fusion Eng. Des., 2019, vol. 146-B, pp. 2407–2411, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2019.04.002

[3] Sviridenko M., Leshukov A., Tomilov S. et al. Analysis of enhanced heat flux first wall behavior under ITER pulsed loads. Fusion Eng. Des., 2020, vol. 158, art. 111897, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2020.111897

[4] Hirai T., Bao L., Barabash V. et al. Hypervapotron heat sinks in ITER plasma-facing components—process qualifications and production control toward series production. Fusion Eng. Des., 2023, vol. 189, art. 113454, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113454

[5] Pitts R.A., Gribov Y., Coburn J. et al. First wall power flux management during plasma current ramp-up on ITER. Nucl. Fusion, 2022, vol. 62, no. 9, art. 096022, doi: https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac8062

[6] Kim S.W., Jang J.S., Chung S.K. et al. A parametric study of low friction coating by PVD method on the spiralock female thread for ITER application. Fusion Eng. Des., 2023, vol. 192, art. 113836, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113836

[7] Tremsin A.S., Yau T.Y., Kockelmann W. Non-destructive examination of loads in regular and self-locking Spiralock® threads through energy-resolved neutron imaging. Strain, 2016, vol. 52, no. 6, pp. 548–558, doi: https://doi.org/10.1111/str.12201

[8] Зайцев А.Н. Определение предельно допустимого коэффициента трения в болтовых соединениях модулей бланкета ИТЭР. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 1, с. 3–20. EDN: MIRROY

[9] Салова О.С. Конструкторско-технологические решения при модернизации станочных приспособлений, работающих в условиях повышенной вибрационной нагрузки. Студенческий, 2020, № 38–1, c. 77–82.

[10] Croccolo D., De Agostinis M., Vincenzi N. Influence of tightening procedures and lubrication conditions on titanium screw joints for lightweight applications. Trib. Int., 2012, vol. 55, pp. 68–76, doi: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2012.05.010

[11] Морозов А.В. Экспериментальная оценка триботехнических характеристик эпиломированных материалов, работающих в резьбовых соединениях в условиях сухого трения. Трение и износ, 2014, т. 35, № 3, с. 236–243.

[12] Hosoya N., Niikura T., Hashimura S. et al. Axial force measurement of the bolt/nut assemblies based on the bending mode shape frequency of the protruding thread part using ultrasonic modal analysis. Measurement, 2020, vol. 162, art. 107914, doi: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107914

[13] Евтихин В.А., Люблинский И.Е., Вертник А.В. и др. Разработка экспериментального модуля литиевого бланкета для испытания в реакторе ИТЭР и его внешние жидкометаллические системы. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2003, № 4, с. 3?35.

[14] Lyytinen J., Tikka P., Määttä T. et al. Development of the remote handling connector for ITER divertor diagnostic system. Fusion Eng. Des., 2021, vol. 165, art. 112243, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2021.112243

[15] Martínez-Albertos P., Sauvan P., Catalán J.P. et al. Dust contamination of Divertor Remote Handling System in ITER Hot Cell: a novel approach to model complex superficial radiation sources. Fusion Eng. Des., 2024, vol. 199, art. 114157, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2024.114157

[16] Yuto N., Kentaro N., Tomoyuki I. et al. Design updates of ITER Blanket Remote Handling System to accommodate in-vessel environment. Fusion Eng. Des., 2023, vol. 194, art. 113918, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2023.113918

[17] Merola M., Escourbiac F., Raffray A.R. et al. Engineering challenges and development of the ITER Blanket System and Divertor. Fusion Eng. Des., 2015, vol. 96–97, pp. 34–41, doi: https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.06.045

[18] Добычин М.Н., Сачек Б.Я. Метод прогнозирования ресурса подшипникового узла сухого трения с твердосмазочным покрытием. Трение и износ, 2008, т. 29, № 3, с. 246–250.

[19] WS2 Coatings Ltd: веб-сайт. URL: https://www.ws2.co.uk/ (дата обращения: 06.05.2024).

[20] Титов В.В. Испытания конструкционных и смазочных материалов для узлов трения самолетов. Вестник машиностроения, 2008, № 1, с. 26–33.

[21] Wani M.F., Степанов Ф.И., Торская Е.В. и др. Упругие и фрикционные свойства наноразмерных покрытий на основе дисульфида молибдена на микро и нано уровне. Трение и износ, 2023, т. 44, № 5, с. 435–445, doi: https://doi.org/10.32864/0202-4977-2023-44-5-435-445

[22] Сутягин О.В., Болотов А.Н., Рачишкин А.А. Триботехнические испытания твердосмазочных покрытий при повышенных температурах и нагрузках. Известия МГТУ МАМИ, 2015, т. 4, № 1, с. 88–91.

[23] Takahashi A., Hashimoto K. Evaluation of frictional properties of tungsten disulfide bonded films at high temperature in vacuum environments. J. Jpn. I. Met. Mater., 2016, vol. 80, no. 4, pp. 289–296, doi: https://doi.org/10.2320/jinstmet.JBW201502

[24] Сутягин О.В. Трение модели единичной неровности при условии упругопластического контакта. Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования, 2013, № 6, с. 50–57.

[25] Lu X., Sui X., Zhang X. et al. Influence of V doping on the microstructure, chemical stability, mechanical and tribological properties of MoS2 coatings. Ind. Lubr. Tribol., 2023, vol. 76, pp. 29–40, doi: https://doi.org/10.1108/ILT-09-2023-0306

[26] Spiralock® load distribution. stanleyengineeredfastening.com: веб-сайт. URL: https://www.stanleyengineeredfastening.com/en/brands/Optia/Spiralock/Load-Distribution (дата обращения: 12.05.2024).

[27] Babuska T.F., Curry J.F., Dugger M.T. et al. et al. Quality control metrics to assess MoS2 sputtered films for tribological applications. Tribol. Lett., 2022, vol. 70, art. 103, doi: https://doi.org/10.1007/s11249-022-01642-y