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Aufgrund ihrer einfachen und zuverlässigen Anwendung werden Elastomere für viele Dichtungsaufgaben eingesetzt. In vielen Anwendungsbereichen, wie z.B. Verkehr, Luftfahrt und Verfahrenstechnik, können während des Einsatzes tiefe Temperaturen auftreten, bei denen die Funktionsfähigkeit der Dichtung erhalten bleiben muss. Daher ist die Untersuchung des Verhaltens von Elastomerdichtungen bei tiefen Temperaturen wichtig, um ihren Temperatureinsatzbereich nach unten abzugrenzen und dadurch einen verlässlichen Betrieb zu sichern. Ziel dieser Arbeit ist es, den sicheren Einschluss von gefährlichen Gütern unter verschiedenen Umgebungsbedingungen und über lange Zeiten zu ermöglichen bzw. die Materialauswahl entsprechend zu steuern.
Langzeituntersuchungen an Metalldichtungen mit innen liegendem Federkern und doppelter Ummantelung
(2013)
In Deutschland werden in Transport- und Lagerbehältern (TLB) wärmeentwickelnde radioaktive Abfälle gegenwärtig über einen Zeitraum von bis zu 40 Jahren zwischengelagert. Aufgrund der Situation der noch nicht abgeschlossenen Endlagersuche werden hier möglicherweise Verlängerungen in Betracht zu ziehen sein. Im Deckeldichtsystem der TLB werden in der Regel Metalldichtungen vom Typ Helicoflex® eines französischen Herstellers verwendet, die aus einem innen liegenden Spiralfederkern und zwei Ummantelungen bestehen. Die Ermittlung der Fliess- und Relaxationseigenschaften der Dichtungskomponenten über den vorgesehenen langen Betriebseitraum sind vor dem Hintergrund des Erhalte eines geforderten hohen Dichtniveaus ein wichtiger Untersuchungsgegenstand.
It is important to evaluate the effect of thermal ageing on the sealing performance of metal gaskets under high temperature for long-term usage. Therefore, in order to gain representative data for this kind of metal-sealed lid System, BAM is currently performing laboratory tests of different gasket types with aluminum and silver jackets at three different temperatures under static conditions up to four years so far, using test flanges for gaskets with full scale cross section diameter but much smaller outer diameter. On the other hand, in order to investigate the applicability of the numerical methodology to evaluate the long-term behavior of the metal gaskets, such as a correlation between seal pressure force and holding time, CRIEPI is developing a modeling method including material tests (tensile and creep tests) at high temperature. In this paper, the applicability of the finite element method (ABAQUS) to predict the recovery displacement and residual seal pressure force of the gasket complex was verified by comparing the calculated values with BAM’s laboratory test results under the joint research agreement between BAM and CRIEPI.
Dual purpose casks for the transportation and storage of spent nuclear fuel and other radioactive materials require very high leak-tightness of lid closure Systems under accident conditions as well as in the long-term to prevent activity release. For that purpose metal seals of specific types with an inner helical spring and outer metal liners are widely used and have shown their excellent performance if certain quality assurance requirements for fabrication and assembling are satisfied. Well defined surface roughness, clean and dry inert conditions are therefore essential. No seal failure in a loaded cask happened under these conditions until today.
Nevertheless, the considered and licensed Operation period is limited and all safety assessments have been performed and approved for this period of time which is 40 years in Germany so far. But in the meantime longer storage periods might be necessary for the future and therefore additional material data will be required. BAM is involved in the qualification and evaluation procedures of those seals from the early beginning. Because long-term tests are always time consuming BAM has early decided to perform additional tests with specific test seal configurations to gain a better understanding of the long-term behavior with regard to seal pressure force, leakage rate and useable resilience which is safety relevant mainly in case of accidental mechanical loads inside a storage facility or during a subsequent transport. Main test parameters are the material of the outer seal jacket (silver or aluminum) and the temperature. This paper presents the BAM test program including an innovative test mock-up and most recent test results. Based on these data extrapolation models to extended time periods are discussed, and also future plans to continue tests and to investigate seal behavior for additional test parameters are explained.