Хотя бутадиен-нитрильный каучук (NBR) на протяжении десятилетий является основным материалом для уплотнений ветряных турбин, достижения в разработке, производстве и проектировании полиуретановых уплотнений стремительно подрывают позиции NBR в отрасли. Оказывается, наиболее ценными свойствами NBR являются износостойкость, совместимость с жидкостями, озоностойкость, механическая прочность и способность сохранять все эти свойства при низких температурах.
Полиуретан стал идеальным материалом для герметизации коренных подшипников/генераторов, продольных и поперечных подшипников. Однако простой замены материалов в существующей конструкции часто недостаточно. Уплотнения должны быть разработаны с учётом особенностей полиуретана.
Одним из способов оценки износостойкости полиуретанов является стандартизированное испытание на износ в барабане, например, по стандарту ASTM D5963. Этот метод обычно используется для оценки резины, но он применим и к полиуретанам, особенно при сравнении скорости износа. Ниже приведены значения индекса износа для различных материалов, испытанных компанией System Seals в Кливленде. Обратите внимание, что индекс износа (ARI) бутадиен-нитрильного каучука (NBR) и гидрированного бутадиен-нитрильного каучука (HNBR) составляет около 1,5, а у полиуретанов — от 4 до 8. Это улучшение до шести раз.
Полиуретан сохраняет свои значения ARI с течением времени и после воздействия различных жидкостей, особенно жидкостей на масляной основе. Один из способов определить это — выдержать образцы износа ASTM D5963 в жидкостях при температуре 100 °C в течение 90 дней (80 °C для жидкостей на водной основе) и повторять испытание каждые 30 дней. Ниже приведены типичные результаты, но рекомендуется подтверждение для каждой жидкости.
Рисунок 3. Сохранение ARI в NBR и устойчивом к гидролизу полиуретане после старения в дистиллированном минеральном масле при 100 °C.
Хотя спецификации указывают на совместимость с готовыми жидкостями, испытания на ускоренное старение (или годы эксплуатации) должны определить долгосрочную эффективность и стабильность материалов, подвергающихся воздействию конкретных жидкостей. System Seals проводит испытания на совместимость с жидкостями в течение 90 дней вместо стандартного 168-часового испытания, поскольку System Seals стабильно обнаруживает значительные изменения ключевых свойств материалов после 168 часов воздействия жидкости.
Специализированный полиуретан демонстрирует улучшенную стойкость к воздействию жидкостей по сравнению с NBR, используемым в большинстве смазочных материалов в ветроэнергетике. Ниже представлена таблица совместимости этих популярных смазочных материалов.
Известно, что NBR подвержен озонолизу, при котором молекулы озона разрушают химические связи в ненасыщенном NBR. Озонное растрескивание часто встречается при малейшей деформации бутадиен-нитрильного каучука (NBR). Одним из решений является введение в NBR воска, создающего противоозоновый барьер, защищающий NBR. К сожалению, воск не изменяет химические связи NBR. Если NBR подвергается воздействию окружающей среды, в которой воск удаляется, он снова становится подверженным деградации. Некоторые специальные полиуретаны, используемые в уплотнениях для ветроэнергетики, обладают естественной озоностойкостью.
Модуль упругости, прочность и относительное удлинение полиуретана в два-три раза выше, чем у большинства бутадиен-нитрильных каучуков (NBR). Благодаря этому полиуретановые уплотнители способны выдерживать более значительные механические деформации и нагрузки.
Типичный бутадиен-нитрильный каучук (NBR) имеет модуль упругости 10–15 МПа и предел прочности на разрыв 20 МПа. Большинство полиуретанов имеют модуль упругости 45–60 МПа и предел прочности на разрыв 50–60 МПа. Это означает, что материал менее твёрдый, чем NBR, а значит, лучше сохраняет форму и более устойчив к сжатию.
Для ветровых турбин высокие температуры обычно не представляют проблемы. Однако, в зависимости от местоположения и высоты над уровнем моря, минимальная температура -40 °C не является редкостью. Стандартный бутадиен-нитрильный каучук (NBR) имеет минимальную рабочую температуру -20 °C, а динамический механический анализ показал, что многие полиуретаны для ветроэнергетики нечувствительны к температурам до -40 °C.
Полиуретан – естественный выбор для уплотнений ветроэнергетических установок благодаря своим превосходным механическим свойствам, повышенной озоностойкости, пониженному износу и более низким рабочим температурам. Ниже представлены два семейства применений, для которых полиуретан хорошо подходит. На изображении слева показаны смоделированные деформационные и контактные характеристики полиуретанового уплотнения подшипника. На изображении справа показано вихревое уплотнение System Seals – основное уплотнение подшипника, которое непрерывно перекачивает смазку обратно в резервуар по мере вращения подшипника.
Если вы хотите внести свой вклад в развитие ветроэнергетики, свяжитесь с нами: https://www.bdseals.com или www.bodiseals.com. Компания NINGBO BODI SEALS CO., LTD производит все виды высококачественных резиновых уплотнений.,кольца ,Прокладки .
Время публикации: 24 декабря 2023 г.