Γιατί ορισμένα σχέδια υποστήριξης δημιουργούν κρυφό άγχος;

Σε πολλά συστήματα φούρνων, οι δομές στήριξης σχεδιάζονται κυρίως για:

• τοποθέτηση,
• φορτίο,
• και μηχανική σταθερότητα.

Ωστόσο, η ανάλυση πεδίου δείχνει ότι:

ορισμένα σχέδια στήριξης μπορούν να δημιουργήσουν ακούσια κρυμμένη εσωτερική πίεση μέσα σε κυλίνδρους SiC.

Οι εν λόγω πιέσεις ενδέχεται να μην είναι ορατές κατά την εγκατάσταση ή την κανονική λειτουργία,
αλλά μπορεί να μειώσει σημαντικά τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία.

Πολλά συστήματα υποστήριξης εμφανίζονται:

• άκαμπτο,
• σταθερό,
• και μηχανικά ασφαλείς.

Σε θερμοκρασία δωματίου:

• ο ρόλος μπορεί να περιστρέφεται κανονικά,
• η ευθυγράμμιση μπορεί να φαίνεται αποδεκτή,
• και δεν εντοπίζεται κανένα προφανές πρόβλημα.

Εντούτοις, σε:

• 1200-1700 °C,

αλλαγές θερμικής διαστολής:

• συνθήκες επαφής,
• κατανομή φορτίου,
• και διαρθρωτικούς περιορισμούς.

Ως αποτέλεσμα:

• Η εσωτερική συσσωρευμένη πίεση μπορεί να γίνει πολύ μεγαλύτερη από την αναμενόμενη.

Ένα κοινό πρόβλημα είναι:

• υπερβολική δομική πίεση.

Παραδείγματα:

• άκαμπτα δοκάρια στήριξης,
• στενή γεωμετρία επαφής,
• δομές σταθερού τερματισμού
• ανισόμορφη προφόρτωση υποστήριξης,
• ή υπερβολική δύναμη συμπίεσης.

Αυτές οι συνθήκες εμποδίζουν:

• ελεύθερη θερμική κίνηση.

Αντί να επεκτείνεται φυσικά,
ο κυλίνδρος γίνεται:

• εν μέρει κλειδωμένο,
  που παράγει:
• εσωτερική πίεση συμπίεσης κατά την θέρμανση,
• και ελαστική πίεση κατά τη διάρκεια της ψύξης.

Το άγχος σπάνια κατανέμεται ομοιόμορφα.

Στις περισσότερες περιπτώσεις:

• Οι τοπικές περιοχές επαφής παρουσιάζουν πολύ υψηλότερο στρες.

Οι ιδιαίτερα κρίσιμες τοποθεσίες περιλαμβάνουν:

• άκρες στήριξης,
• διεπαφές άξονα,
• περιοχές επαφής γωνίας,
• και τοπικά σημεία στήριξης.

Αυτοί οι τομείς γίνονται:

• ζώνες συγκέντρωσης στρες,
  ακόμη και όταν το συνολικό φορτίο φαίνεται φυσιολογικό.

Μικρές αποκλίσεις στήριξης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά:

• πίεση επαφής,
• συμπεριφορά κάμψης,
• και θερμική παραμόρφωση.

Παραδείγματα:

• ελαφρά διαφορά ύψους,
• γωνιακή κλίση,
• μη ομοιόμορφη δύναμη ελατηρίου,
• ή τοπική φθορά των υποστηρικτών.

Αυτές οι καταστάσεις προκαλούν:

• ανισόμορφη μεταφορά φορτίου,
• δευτερεύουσες στιγμές κάμψης,
• και ασύμμετρη κατανομή των πιέσεων.

Κατά τη διάρκεια επαναλαμβανόμενων θερμικών κύκλων:

• Η τοπική βλάβη συσσωρεύεται σταδιακά.

Πολλές αστοχίες κρυμμένου στρες δεν εμφανίζονται κατά τη διάρκεια:

• σταθερή λειτουργία.

Αντίθετα:

• Οι αποτυχίες εμφανίζονται συχνά κατά τη διάρκεια της διακοπής λειτουργίας.

- Γιατί; - Γιατί;

Γιατί;

• η επιφάνεια ψύχεται πιο γρήγορα,
• η εσωτερική θερμοκρασία παραμένει υψηλότερη,
• και η θερμική συστολή περιορίζεται.

Αυτό δημιουργεί:

• ελαστική πίεση κοντά σε επιφάνειες και ζώνες στήριξης.

Για εύθραυστες κεραμικές ύλες:

• Η τεντωτική πίεση είναι πολύ επικίνδυνη.

Ως αποτέλεσμα:

• Οι ρωγμές αρχίζουν συχνά στις περιοχές συγκέντρωσης των πιέσεων που σχετίζονται με τη στήριξη.

Η κρυφή πίεση που προκαλείται από την υποστήριξη συνήθως παράγει:

• σπασμός άκρων,
• κάταγμα της ζώνης υποστήριξης,
• τοποθετημένη θραύση,
• ασύμμετρη φθορά,
• ή ξαφνική θερμική-σοκ-όπως αποτυχία.

Σε πολλές περιπτώσεις:

• το ίδιο το υλικό δεν είναι ελαττωματικό.

Η πραγματική αιτία είναι:

στρες που παράγονται από περιορισμούς στήριξης και άνιση μεταφορά φορτίου.

Τα συστήματα στήριξης δεν πρέπει μόνο να:

• φορτίο μεταφοράς,
  αλλά και:
• να διευκολύνει τη θερμική κίνηση.

Οι δομές που υποστηρίζονται από ελατήριο ή πλωτές δομές βοηθούν:

• αναδιανομή της δύναμης επαφής,
• απορροφούν τις διαστασιακές μεταβολές,
• μείωση των τοπικών περιορισμών,
• και ελαχιστοποιεί την συγκέντρωση του στρες.

Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για:

• μεγάλους φούρνους,
• ταχύ θερμικό κύκλο,
• και συστήματα κυλίνδρων μεγάλου εύρους.

Το κρυμμένο άγχος είναι επικίνδυνο επειδή:

• δεν πρέπει να εμφανίζεται ορατή παραμόρφωση,
• οι κυλίνδροι μπορούν να παραμένουν ευθείοι,
• και η λειτουργία μπορεί αρχικά να φαίνεται σταθερή.

Ωστόσο:

• Η εσωτερική πίεση συνεχίζει να συσσωρεύεται κατά τη διάρκεια των θερμικών κύκλων.

Τελικά:

• μικρές μικροτρύπες διαδίδονται,
  που οδηγεί σε:
• απροσδόκητη βλάβη μετά από μακρά λειτουργία.

Η αξιόπιστη λειτουργία των κυλίνδρων εξαρτάται όχι μόνο από:

• αντοχή του υλικού,
  αλλά και για:
• ευελιξία υποστήριξης,
• θερμική επέκταση,
• γεωμετρία επαφής,
• και συμπεριφορά κατανομής φορτίου.

Σε συστήματα κεραμικής υψηλής θερμοκρασίας:

Ο σχεδιασμός υποστήριξης είναι μέρος του ίδιου του συστήματος άγχους.

Ορισμένες δομές υποστήριξης δημιουργούν κρυμμένο στρες επειδή περιορίζουν τη θερμική επέκταση και δημιουργούν άνιση τοπική συγκράτηση.

Για αξιόπιστα συστήματα κυλίνδρων SiC:

• τα στηρίγματα πρέπει να επιτρέπουν ελεγχόμενη κίνηση,
• κατανέμονται ομοιόμορφα τα φορτία,
• και ελαχιστοποιεί την τοπική συγκέντρωση στρες κατά τη διάρκεια του θερμικού κύκλου.

Για κλιβάνους θερμοκρασίας υψηλής θερμοκρασίας με κυλίνδρουςκυλίνδροι χωρίς πίεση από καρβίδιο του πυριτίου (SSiC)χρησιμοποιούνται ευρέως λόγω της εξαιρετικής θερμικής τους σταθερότητας, της αντοχής τους στην οξείδωση και της μακροχρόνιας αξιοπιστίας των διαστάσεων.

Shaanxi Kegu New Material Technology Co., Ltd.