Situ Yüksek basınçlı hidrojen hidrojen teslim altyapısında kullanılan ortak Polimer malzemelerin test Tribolojik

Hidrojen gazı, sıfıra yakın emisyonlu araçlarda kullanım için umut verici bir potansiyel yakıttır. Hidrojen ekonomisini gerçekleştirmek için bir yakıt ikmali altyapısına ihtiyaç vardır. Altyapıdaki tipik bileşenler arasında kompresörler, aktüatörler, valfler, regülatörler ve hortumlar bulunur.

Birçoğu metal ve polimer malzemelerin bir kombinasyonunu içerir. Bu bileşenlerde kullanılan metallerin çoğu, uyumlulukları ve yüksek basınçlı hidrojen ortamları için yoğun bir şekilde çalışılmış olsa da, yüksek basınçlı hidrojenin polimer uyumluluğu üzerindeki etkisini inceleyen nispeten az çalışma yapılmıştır. Polimerlerin yüksek basınçlı hidrojen altındaki sürtünme ve aşınma özellikleri, dinamik contalar ve bileşenler tasarlanırken anlaşılması potansiyel olarak çok önemlidir.

Hidrojenin etkileri, bir polimerin daha düşük yoğunluğu ve küçük molekül difüzyonuna duyarlılığı nedeniyle metallerdekinden daha büyük olabilir. Bu videoda, 4000 psi'ye kadar yüksek basınçlı hidrojen gazı ortamında polimerlerin aşınma ve sürtünme özelliklerini ölçmek için geliştirdiğimiz bir yerinde test metodolojisini anlatacağız. Bir uyarı notu.

Bu deney, yüksek basınçlar altında hidrojen gazının kullanılmasını gerektirir ve son derece dikkatli olunmasını gerektirir. Hidrojen gazı kokusuz, renksizdir ve bu nedenle insan duyuları tarafından tespit edilemez. Hidrojen son derece yanıcıdır ve neredeyse görünmez mavi bir alevle yanar ve oksijen varlığında patlayıcı karışımlar oluşturabilir.

1.000 psi'yi aşan yüksek basınçlar, herhangi bir teste hazırlanırken uygun şekilde planlanması gereken ek patlama tehlikeleri ekler. Depolanan bu enerji miktarı ciddi bir güvenlik tehlikesi oluşturur. Bu nedenle, bu tehlikelerin azaltılmasını sağlamak için böyle bir deneye başlamadan önce durum tespiti, planlama ve güvenlik değerlendirmesi yapılmalıdır.

Burada sunulan deney, uygun havalandırma ile 5.000 psi'ye ayarlanmış bir patlama diskine sahip ASME sertifikalı bir basınçlı kapta uygun güvenlik önlemlerine uygun olarak gerçekleştirilir. Elastomerlerin yüksek basınçlı bir hidrojen ortamında sürtünmesini ve aşınmasını analiz etmek için, 4.000 psi'de sızdırmaz bir basınçlı kapta çalıştırılabilen benzersiz bir yerinde tribometre tasarladık. Tribometre, elastomer numuneyi, numune ile temas halinde olan dikey olarak yüklenmiş bir çelik pime karşı doğrusal ileri geri hareket ettirmek için gereken yerinde sürtünme kuvvetini ölçer.

Ek olarak, bir doğrusal değişken diferansiyel transformatör veya LVDT, test sırasında çelik bilyenin polimer yüzeyine yerinde girintisinin derecesini ölçer. Elastomer numunelerini hazırlamak için, üretim sürecinde uygulanan yağları ve talk tozunu çıkararak stok polimer tabakasını temizliyoruz. Ardından polimer tabakayı aşındırıcı olmayan bir sünger kullanarak sabun ve suyla yıkayın.

Yıkama işleminden kalan suyu çıkarmak için, polimer şeridi yaklaşık 72 saat boyunca malzemenin maksimum çalışma sıcaklığının yaklaşık %85'ine ayarlanmış bir kurutma fırınında kurutun. Ardından numunenin oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Yıkanmış ve kurutulmuş polimer şeritleri, tribolojik testlerden önce %25 bağıl neme yakın, nem kontrollü bir ortamda saklayın.

Artık polimer şerit hazırlandığına göre, pudrasız eldiven giyerken polimer şeridin bir ucunu tek taraflı bir okla işaretleyin. İlk işaretten yaklaşık bir inç uzakta bir alanda, birinciyle aynı yönde ikinci bir ok yapın. Bu işaretler, montaj işlemi sırasında tutarlı numune oryantasyonu sağlayacaktır.

Şimdi ikinci okun etrafına 7/8 inçlik dairesel bir boya yerleştirin ve boyayı polimer şeritten bir numune kuponu kesmek için kullanın. Altıgen kapaklı vidaları gevşetin, s'yi sabitleyinamp yerinde tribometrede. S'nin yakın köşesinden vidayı ve hassas yayı çıkarın.amp.

Numune kuponu üzerinde işaretli okun yerinde tribometrenin arkasını gösterdiğinden emin olun, numune kuponunu s'ye kaydırın.amp. Hassas yayı ve altıgen başlı vidayı yakın köşedeki yuvaya yeniden takın. Numune kelepçesinin üst ve alt kısmı arasındaki boşluğa 0.113 inçlik bir ölçü bloğu yerleştirin ve cl olana kadar altıgen kapaklı vidaları sıkınamp gösterge bloğunun etrafında sıkılın, böylece numunenin gösterge bloğu ile %10 sıkıştırılmasını sağlayın.

Tribometreye giden gücün kapalı olduğundan emin olduktan sonra, s'nin başlangıç konumunu ayarlamak içinample, yerinde tribometrenin duvarı boyunca tahrik vidasının altına 0.95 inçlik bir gösterge bloğu yerleştirin. Tahrik zincirini kullanarak, s'yi geri kaydırınamptage tabla gösterge bloğu ile tam oturana kadar tahrik vidası boyunca. Deney için yerinde tribometreyi hazırlamak için, önce çelik bilyenin yüzeyini yumuşak bir bez ve uygun ve uygun bir çözücü, bu durumda asetonla temizleyin ve bilyeden herhangi bir potansiyel polimer transfer filmini çıkarın.

Bronz bilye taşıyıcıyı, numune kızağına dik olan ray üzerine kaydırın ve karşı bilyenin anahtar deliğine kaymasına ve polimer numunesi üzerinde durmasına izin verin. Bakır sabit ağırlığı bronz taşıyıcının üzerine yerleştirin. Bir altıgen anahtar ve iki bronz vida kullanarak, LVDT ölçüm kolunu, LVDT'nin serbestçe yüzen silindiri kolun üzerine dayanacak şekilde bronz taşıyıcıya yeniden takın.

cl'yi cl'yi yerinde tutan kelepçeyi, LVDT sıfır noktasına yakın ölçüm yapacak şekilde ayarlayın. Tribometre tertibatını basınçlı kabın içine indirin, kabın üst flanşındaki termal kuyunun tribometre ile kabın duvarı arasındaki boşluğa inmesini sağlayın. Hastelloy o-ringini iki buçuk kat PTFE bantla sarın ve o-ringi basınçlı kabın dudağındaki oluğa yerleştirin.

Tribometre motoru için beş güç kablosunu, yük hücresi için dört veri kablosunu ve LVDT için beş veri kablosunu yeniden bağlayın. Şimdi, basınçlı kabı kapatmak için, basınçlı kabın üst flanşını kapatmak için indirin ve üst kısmı PTFE sarılı o-ringin üzerine nazikçe indirmeye dikkat edin. İndirirken, veri ve güç kablolarının konumuna, kapak ile lens halkası arasına sıkışmayacak şekilde dikkat edin.

Cıvataları, parmak sıkılığına gelene kadar artan sırada üst flanş üzerindeki numaralı deliklere yerleştirin. Altıgen anahtar kullanarak, flanş cıvatalarını artan sırayla elle sıkılaştırın ve cıvatalar artık sıkılamayacak duruma gelene kadar tekrarlayın. 90 fit pound'dan başlayarak ve otuz fit pound'luk artışlarla artırarak, flanş cıvatalarını 200 fit pound'a kadar torklanana kadar artan sırada torklamak için bir tork anahtarı kullanın.

Deneyin bu kısmı, yüksek basınçlı hidrojenin kullanılmasını gerektirir. Yanıcı ve yüksek basınçlı gaz kullanılırken tam güvenlik değerlendirmesinin ve uygun güvenlik faktörlerinin dikkate alınması çok önemlidir. Swagelok gaz bağlantı parçalarını otoklav kapağına bağlayın ve basınçlı kabı, kabın oksijen içeriği 80 ppm'nin altına düşene kadar yaklaşık bir saat boyunca yaklaşık 10 psi Argon gazı civarında düşük basınçla yıkayın.

Oksijen seviyeleri güvenli hale geldiğinde, yavaşça, saniyede 40 psi'den daha azda, kabı 1000 psi'ye kadar %99,995 saflıkta hidrojen gazı ile yıkayın, ardından gazı yavaşça boşaltın. Yıkama işlemini iki kez daha tekrarlayın. Basınçlı kabı yıkadıktan sonra, basınçlı kabı yavaşça 2.000 psi'ye kadar hidrojen gazı ile doldurun ve kap içindeki gazın sıcaklığı oda sıcaklığına dengelenecek şekilde kabın 10 dakika dinlenmesine izin verin.

Kabı yüksek basınçlı hidrojen gazı ile doldurmaya devam edin, bu sefer 3.000 psi'ye kadar ve ardından 10 dakika daha bekleyin. Son olarak, kabı hidrojen gazı ile hedef 4.000 psi'ye getirin ve tüm valfleri kapatın. Deneye başlamadan önce polimer numunesinin hidrojen gazı içinde yaklaşık 12 saat bekletilmesine izin verin.

Deney, bir saatlik doğrusal hareket için gerçekleştirilir, bu da numune aşamasının 120 doğrusal ileri geri döngüsüne karşılık gelir. Deney sırasında yük hücresi, elastomer numune kuponunun yüzeyini yüklü çelik bilye boyunca kaydırmak için gereken kuvvet miktarını ölçer. Ek olarak, LVDT, zamanın bir fonksiyonu olarak çelik bilyenin elastomer numuneye penetrasyon derinliğini ölçer.

Deney tamamlandıktan sonra, olası patlayıcı dekompresyonunu ve dolayısıyla herhangi bir sürtünme veya aşınma mekanizmasını temsil etmeyen polimer numune yüzeyine zarar vermesini önlemek için sistemin basıncını saniyede 50 psi'nin altında bir hızda yavaşça boşaltın. K'nin F'si olarak adlandırılan yük hücresi tarafından ölçülen sürtünme kuvvetinden ve n'nin F'si olarak adlandırılan çelik bilyenin uyguladığı normal kuvvetten, mu kinetik sürtünme katsayısı hesaplanabilir. LVDT penetrasyon derinliği verileri x ve basınç, hacim ve zaman, aşınma faktörü, malzemenin aşınmaya karşı direnci kullanılarak hesaplanabilir.

Bu grafikler, EPDM kauçuğu ve yüksek basınçlı hidrojen gazı, mavi veriler ve ortam basıncı havası, siyah veriler test edilirken, bu videoda açıklanan test metodolojisi kullanılarak toplanan temsili verileri içerir. Burada gösterilen veri setinde, EPDM polimer numunesi üzerindeki çelik bilye için sürtünme katsayısı, ortam havasına kıyasla yüksek basınçlı hidrojen gazında arttırılmıştır. Bununla birlikte, EPDM numunesinin aşınma direnci, yüksek basınçlı hidrojende, ortam basınçlı havaya göre daha düşüktü.

Bu, büyük olasılıkla basınçlı numunelerin artan yoğunluğundan kaynaklanmaktadır. Hidrojen yakıt dağıtım altyapısı, yeni alternatif yakıtlı araçların ihtiyaçlarını karşılamak için hızla genişliyor. Bu altyapının güvenliği ve güvenilirliği, yumuşak malzemenin yüksek basınçlı hidrojenle uyumluluğunun anlaşılmasına bağlı olacaktır.

Burada, benzersiz bir yerinde tribometre kullanarak yüksek basınçlı bir hidrojen ortamında polimer malzemelerin tribolojik özelliklerini ölçmek için bir test metodolojisi gösterdik. Bu test metodolojisi, polimer malzemelerin hidrojen altyapısında hizmete uygunluğunu değerlendirmek için kullanılabilir.