A sigillo statico per grandi impianti nell'industria o Energy Technology spesso devono durare ben venti anni. Gli strumenti di calcolo utilizzati in precedenza indicavano che i componenti erano spesso più grandi del necessario. Freudenberg Sealing Technologies ha ora sviluppato un metodo che tiene conto dei cambiamenti materiali a livello molecolare. Ciò aumenta l'affidabilità con meno materiale.
Le tenute statiche devono avere una vita utile molto lunga nella costruzione di impianti. Dovrebbe essere sigillato un ancoraggio della torre Wind Turbine Se questo deve essere protetto dall'ingresso di acqua salata in alto mare, il sigillo deve funzionare correttamente per più di vent'anni. La vita utile di una guarnizione è limitata dalla regolazione o dallo stiramento, ovvero dal rilassamento fisico. D'altra parte, il materiale perde la sua elasticità nel tempo a causa dei cambiamenti chimici.
Sotto l'influenza dell'ossigeno atmosferico o dell'ozono, il Invecchiamento delle foche due effetti. Le catene polimeriche e le reti polimeriche si rompono sotto stress meccanico e nella rete vengono creati ponti di ossigeno aggiuntivi attraverso processi di ossidazione. Entrambi gli effetti influenzano le proprietà rilevanti per la tenuta, come le pressioni di contatto delle superfici di tenuta, la rigidità o la capacità di recuperare il contorno originale dopo la deformazione (deformazione residua).
Test di conservazione con il metodo Arrhenius
Di norma, gli ingegneri determinano se un materiale soddisfa i requisiti per un'applicazione specifica utilizzando i cosiddetti test di stoccaggio. Un campione di prova viene esposto a temperature significativamente superiori a 1000 ° C per un periodo di tempo più lungo, in genere 100 h.
Per prevedere l'invecchiamento dipendente dalla temperatura, gli ingegneri hanno finora estrapolato i valori misurati utilizzando un metodo basato su Svante August Arrhenius, un chimico svedese e vincitore del Premio Nobel. La regola pratica per questi è: un aumento della temperatura di 10 ° C porta a un raddoppio della velocità di reazione. Ciò consente di eseguire test di invecchiamento accelerato a temperature elevate.
Questo metodo funziona in modo affidabile se si assumono i parametri di test corretti. Se questo non è il caso, la previsione della vita utile può essere molto sbagliata. La prognosi può essere verificata solo mediante misurazioni. Procedura non soddisfacente, soprattutto quando si parla di tempi di prova molto lunghi. Era quindi imperativo migliorare la metodologia.
Migliora il modello di durata della vita
Gli esperti di FST hanno perseguito due punti di partenza principali: in primo luogo, hanno migliorato in modo significativo il modello di vita utile utilizzando il Attacco di ossigeno correlare l'elastomero con il comportamento meccanico strutturale del materiale e impostare un'equazione di ossidazione chimica. Il modello è stato implementato numericamente e implementato in un programma commerciale agli elementi finiti (FEM) per poter calcolare qualsiasi geometria. Il FEM può ora calcolare i processi di ossidazione locale e il loro effetto sul comportamento meccanico del materiale.
Ricerca centrale di Freudenberg a bordo
Allo stesso tempo, gli ingegneri volevano sviluppare ulteriormente i metodi di misurazione con cui vengono determinati i parametri per il modello di materiale. Ciò dovrebbe, ad esempio, ridurre la quantità di guarnizioni statiche utilizzate durante il processo di invecchiamento Quantità di ossigeno lasciate determinare. L'entità dell'attacco chimico può essere stimata in base alla quantità di ossigeno. "Grazie al miglioramento dei metodi di misurazione, del modello di materiale e dell'applicabilità a componenti tridimensionali, si è ottenuta una procedura precisa per l'aspettativa di vita", spiega il dott. Boris Traber, responsabile dello sviluppo dell'avanzamento dei materiali in tutto il mondo presso FST.
Il processo, che è stato sviluppato in collaborazione con il dipartimento di ricerca centrale Freudenberg Technology Innovation, è stato verificato per la prima volta su campioni di materiale con diametri diversi. Ora è utilizzato nelle applicazioni iniziali nella costruzione di turbine eoliche offshore.
Traber vede questo solo come Inizio di una nuova era della simulazione per la tecnologia di tenuta: "In futuro, saremo in grado di fornire ai nostri clienti nell'impiantistica una data di scadenza affidabile, anche per periodi di tempo molto lunghi." Una libreria con i modelli per le varie geometrie dei componenti e Materiale è attualmente in costruzione. Allo stesso tempo, la simulazione viene ampliata in modo da poter calcolare cicli specifici dell'applicazione con temperature e carichi meccanici variabili.
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