Articulacions rotatives, com a components bàsics per aconseguir un segellat dinàmic i estàtic en sistemes de transmissió de fluids, s'utilitzen àmpliament en aplicacions de mitjans d'-alta temperatura, com ara el vapor i l'oli calent. La fractura per estrès tèrmic és un dels seus modes de fallada típics, que pot provocar fuites de mitjans, temps d'inactivitat de l'equip i fins i tot accidents de seguretat. Per tant, entendre les seves causes i les mesures de prevenció és crucial per a la producció industrial.
L'essència de la fractura d'estrès tèrmic és la formació d'estrès no alliberat dins de l'articulació giratòria a causa de l'expansió tèrmica diferencial i la contracció dels seus components causada pels canvis de temperatura. Quan aquesta tensió supera el límit elàstic del material, es produeix una fractura fràgil o dúctil.
Les causes principals inclouen tres aspectes:
En primer lloc, les fluctuacions dràstiques de temperatura: la introducció ràpida de mitjans d'alta-temperatura o el refredament ràpid durant l'apagada provoquen canvis sobtats de temperatura en components com ara la carcassa de la junta i la funda de l'eix. Els canvis instantanis resultants en l'expansió tèrmica estan restringits per l'estructura, evitant l'expansió i la contracció lliures, acumulant així una tensió tèrmica significativa;
En segon lloc, els defectes de disseny estructural: el gruix desigual de la paret, els radis de transició excessivament petits i la rigidesa insuficient de la connexió entre la superfície de segellat i la carcassa poden crear punts de concentració d'estrès, donant lloc a esquerdes durant el cicle tèrmic;
En tercer lloc, la selecció incorrecta del material: no seleccionar materials amb resistència a alta temperatura i baixos coeficients d'expansió tèrmica en funció de les condicions de treball, com ara l'ús d'acer al carboni normal en comptes d'acer d'aliatge resistent a la calor-, o la presència de defectes de colada al material, redueix la seva resistència a l'estrès tèrmic.
La prevenció de fractures per tensió tèrmica requereix un enfocament -de múltiples facetes, que inclou l'adaptació a les condicions de treball, l'optimització del disseny estructural, l'actualització dels materials i la millora de la gestió de l'operació i el manteniment.
A nivell de condicions de treball, cal controlar la taxa de fluctuació de la temperatura del medi i evitar l'impacte directe del medi d'alta-temperatura a la junta. Es poden afegir dispositius de preescalfament o amortiment;
Pel que fa al disseny estructural, utilitzar carcasses d'igu-gruix, augmentar els radis de transició i incorporar estructures de compensació elàstica a la cavitat de segellat pot alliberar la tensió generada per l'expansió i la contracció tèrmica;
La selecció del material ha de coincidir amb la temperatura de treball. Per a aplicacions d'alta-temperatura, s'han de prioritzar els materials-resistents a la calor, com ara l'acer inoxidable 316L i els aliatges Inconel, i els recobriments ceràmics es poden utilitzar en àrees crítiques per millorar la resistència a la calor;
Pel que fa a l'operació i el manteniment, comproveu regularment la distribució de la temperatura i l'estat de segellat de la junta, eviteu la fricció seca que generi altes temperatures localitzades i implementeu mesures de refredament gradual durant l'aturada per reduir el xoc de temperatura.
En resum, la fractura d'estrès tèrmic a les juntes rotatives és el resultat dels efectes combinats dels canvis de temperatura, el disseny estructural i les propietats del material. En combinar científicament les condicions d'operació, optimitzar el disseny estructural, seleccionar materials d'alta-qualitat i reforçar la gestió de l'operació i el manteniment, es pot reduir de manera efectiva el risc de fractura per tensió tèrmica, garantint el funcionament estable-a llarg termini de l'articulació giratòria.