Sistema hidraulikoetan, ekipamendu superkritikoetan eta energia sortzeko instalazioetan, estrusioaren aurkako eraztuna osagai gakoa da, zigilatze-elementu nagusiak (adibidez, O-eraztunak eta ezpain-junturak) presio handiko estrusio-akatsen aurka babesten dituena. Euskarri zurruna, hutsuneak betetzea eta tentsio-sakabanaketa eskaintzean, zigilatze-sistemaren presio-ahalmena 5-10 aldiz handitzen du. Artikulu honek sistematikoki azaltzen ditu estrusioaren aurkako eraztunen printzipio teknikoak eta ingeniaritza-praktikak lau dimentsio nagusitatik: mekanika estrukturala, materialen berrikuntza, diseinu-kalkulua eta industria-aplikazioak.
I. Misio nagusia: Presio handiko zigilu-akatsak konpontzea
Presio handiko zigiluen akatsen mekanismoak:
Sistemaren presioak zigilu nagusiaren estrusio-erresistentzia gainditzen duenean:
Zigilu-materialaren mugimendua: Kautxua/PTFEa presiopean tarteetan isurtzen da (adibidez, O-ring-aren estrusioa >5 MPa-tik gora hasten da).
Kalte Iraunkorrak: Zigilu-elementuaren ebakidurak ihes-bideak sortzen ditu.
Ohiko hutsegite-eszenatokiak:
NBR O-ring-a: % 30eko bolumen-estrusioa 0,1 mm-ko tarte batetik 15 MPa-tan.
PTFE V-Ring: Ezpainen urradura 0,05 mm-ko tartearekin gertatzen da 10 MPa-tan.
Estrusioaren aurkako eraztunen esku-hartze mekanikoa:
Euskarri zurruna: Modulu handiko materialek (PEEK/metala) deformazioari aurre egiten diote, presioaren transferentzia zigilu nagusira blokeatuz.
Hutsuneak betetzea: Zigilu-barrunbearen tartearen (0,01~0,2 mm) zehaztasun-parekatzeak euskarrien intrusio-bideak ezabatzen ditu.
Tentsioaren sakabanaketa: Diseinu angeluarrek puntuko kargak karga banatu bihurtzen dituzte, kontaktu-tentsioa % 50-% 70 murriztuz.
II. Materialen bilakaera: plastiko konbentzionaletatik konpositezko indargarrietara
Material nagusien errendimendu-neurriak:
PTFE: 25 MPa konpresio-erresistentzia, -200 °C eta 260 °C arteko tenperatura-tartea, 0,05 ~ 0,10 marruskadura-koefizientea. Presio baxuko ingurune korrosiboetarako egokia (<35 MPa).
PTFE betea: 40~60 MPa konpresio-erresistentzia, -200°C eta 260°C arteko tenperatura-tartea, 0,08~0,15 marruskadura-koefizientea. Partikulak dituzten materialetarako aproposa (adibidez, zulatzeko lokatza).
PEEK: Konpresio-erresistentzia 120 MPa, tenperatura-tartea -60 °C eta 250 °C artean, marruskadura-koefizientea 0,15 ~ 0,25. Presio handiko sistema hidraulikoetan aplikatzen da (≤70 MPa).
Kobrezko aleazioa: 300 MPa-ko konpresio-erresistentzia, -200 °C eta 400 °C arteko tenperatura-tartea, 0,10 ~ 0,20 marruskadura-koefizientea. Ultra-presio handiko balbuletan erabiltzen da (> 100 MPa).
Poliimida (PI): 150 MPa-ko konpresio-erresistentzia, -269 °C eta 350 °C arteko tenperatura-tartea, 0,20 ~ 0,30 marruskadura-koefizientea. Muturreko ingurune aeroespazialetarako diseinatua.
Nanokonpositeak: Konpresio-erresistentzia ~180 MPa* (Grafenoz indartutako PEEK, % 15eko betegarria, % 50eko erresistentzia-igoera), tenperatura-tartea -50 °C eta 300 °C artean, marruskadura-koefizientea ~0,05~0,10 (% 60ko murrizketa). Erreaktore nuklearren lehen mailako begiztetarako gaitua (erradiazioarekiko erresistentea).
Gainazalaren funtzionalizazioa:
Lubrifikazio geruza solidoak:
MoS₂ ihinztadura bidezko estaldura (2~5μm): Marruskadura-koefizientea 0,03ra murrizten du oliorik gabeko inguruneetarako.
DLC (Diamante Itxurako Karbonoa) Estaldura: HV 3000 gogortasunak zerbitzu-bizitza 10 aldiz handitzen du partikulen higaduraren aurka.
Itsastearen aurkako tratamendua: Nano-silize aldaketak (kontaktu angelua >150°) kautxua eraztunari itsastea eragozten du.
III. Egitura-diseinua: zigiluen fidagarritasuna hobetzen duen geometria
Egitura mota klasikoen konparaketa:
Horma zuzen mota: Sekzio angeluzuzena. Presio-karga: Noranzko bakarrekoa. Estrusio-erresistentzia: Moderatua (≤40 MPa). Aplikazioak: O-ring zigilu estatikoak.
Mota angeluarra: Sekzio trapezoidala aurpegi angeludunarekin. Presio-karga: Bi norabidekoa. Estrusio-erresistentzia: Handia (≤100 MPa). Aplikazioak: Zilindro hidraulikoen zigilu alternatiboak.
Mailakatua Mota: Etapa anitzeko erlaitz-profila. Presio-karga: Norabide anitzekoa. Estrusio-erresistentzia: Muturrekoa (>150 MPa). Aplikazioak: Presio ultra-altuko balbulak.
Segmentatutako Mota: Eraztun zatituaren egitura. Presio-karga: Ertaina-Altua (≤80 MPa). Aplikazioak: Desmuntatu gabe brida handien mantentze-lanak.
IV. Industriako aplikazioak eta errendimenduaren aurrerapenak
Ultra-presio handiko sistema hidraulikoak (eraikuntzako makineria):
Erronka: 70 MPa-ko presio jarraitua, 0,1 mm-ko tartea, partikula gogorren kutsadura.
Irtenbidea: Grafeno-PEEK konpositezko eraztuna (180 MPa-ko konpresio-erresistentzia) U formako poliuretanozko zigiluarekin + angeludun eraztunarekin parekatuta.
Emaitza: Zerbitzu-bizitza 500 ordutik 5000 ordura luzatu da.
CO₂ turbina superkritikoak (potentzia ekipoak):
Erronka: 100 MPa / 200°C egoera superkritikoa, CO₂ molekulen iragazkortasun handia.
Irtenbidea: C zigilu metalikoa eusten duen kobrezko aleaziozko eraztun mailakatua (MoS₂ estalitakoa).
Emaitza: Ihes-tasa <1×10⁻⁶ mbar·L/s.
Aeroespazioko suzirien erregai-balbulak:
Erronka: LOX (-183 °C) / LH2 (-253 °C), 20 g-rainoko bibrazio-kargak.
Irtenbidea: Segmentudun poliimida eraztuna (metalarekin bat datorren CTE), helioz betetako metalezko O-ring-a eusten duena.
Baliozkotzea: NASA-STD-5012 ziklo kriogenikoen probak gainditu ditu.
V. Instalazio Prozedurak eta Akatsen Prebentzioa
Instalazio urrats kritikoak:
Hutsuneen neurketa: Egiaztatu 3D barrunbeen neurriak/tolerantziak aire-neurgailua erabiliz (±0,001 mm-ko zehaztasuna).
Gainazaleko akabera: Diamantezko gurpilen leuntzea + pasibazio elektrolitikoa erabiliz eraztunaren muntaketa-gainazaleko zimurtasuna Ra≤0.4μm lortzea.
Muntaketa Termikoa: Hoztu eraztuna LN2-rekin (-196 °C) eta prentsa bidez egokitua (0,02 mm-ko interferentzia-doikuntza).
Tentsioaren monitorizazioa: Erabili aluminiozko tentsio-neurgailuak haririk gabeko DAQ-arekin (adibidez, HBM sistemak) muntaketa-tentsioa detektatzeko.
Ohiko hutsegite moduak eta irtenbideak:
Eraztunaren haustura: Kausa: Materialaren gogortasun nahikoa ez edo inpaktu-kargak. Irtenbidea: PI/PEEK konpositeetara aldatu.
Zigilu Nagusiaren zizailadura-kaltea: Kausa: Eraztunaren ertz zorrotza txanflatu gabe (erradioa <0,1 mm). Irtenbidea: Gehitu R0,3 mm-ko erradioa + leuntzea.
Gehiegizko higadura: Kausa: Marruskadura bidezko bero-pilaketak hedapen termikoaren blokeoa eragiten du. Irtenbidea: Gehitu hozte-zirrikituak + nano-lubrifikazio-estaldura.
VI. Teknologiaren Mugak: Berrikuntza Adimentsu eta Jasangarriak
Funtzio-integratutako eraztunak:
Kontaktu-presioaren denbora errealeko monitorizaziorako txertatutako sentsoreak (adibidez, TE Connectivity MS serieko piezofilma).
SMA (Forma Memoriako Aleazioa) bidezko egitura autoerregulatzaileak, tenperaturaren araberako tarteen kontrola lortzeko.
Gehigarrizko Fabrikazioaren Aurrerapenak:
Topologia optimizatuko sare-egitura (% 40ko pisu murrizketa, zurruntasuna mantenduz).
Gradiente materialaren inprimaketa: Gogortasun handia (zeramika) kontaktu-eremuan, gogortasun handia (polimeroa) euskarri-eremuan.
Teknologia Zirkular Berdeak:
Bio-oinarritutako polimeroak (adibidez, rizino-oliotik eratorritako PEEK - Covestro APEC® seriea).
CO₂ superkritikoa erabiliz despolimerizazio kimikoaren birziklapena: Monomeroen berreskurapen-tasa %95 baino handiagoa PEEK eraztunentzat.
Ondorioa: Presio handiko zigilatzearen “zaindari ikusezina”
Estrusioaren aurkako eraztunaren balioa bere birmoldaketa mekanikoan datza: polimerozko zigilu zaurgarriak ehunka megapascal jasateko gai diren gotorleku zurrunetan eraldatzea.
Argitaratze data: 2025eko ekainak 9