Zaměřte se na pravděpodobná místa netěsností již při navrhování hydraulických ventilů

Zaměřte se na pravděpodobná místa netěsností již při navrhování hydraulických ventilů

Porozumět problematice tolerance rizika je velmi důležité pro navrhování maximálně účinného hydraulického systému.

Manažerům podniků, kteří dohlížejí na chod výrobních závodů, kde se nacházejí hydraulické systémy, bylo s největší pravděpodobností řečeno, že netěsnosti a úniky provozních kapalin v těchto systémech jsou nevyhnutelnou realitou. Přesnější by však bylo říci, že hlavní příčinou úniků u hydraulických ventilů je jejich konstrukční provedení a způsob provádění údržby.

Netěsnosti a doprovodné úniky okrádají hydraulické systémy o jejich účinnost, způsobují zvyšování nákladů a vystavují pracovníky i životní prostředí potenciálně škodlivým vlivům. 

Objasnění příčiny netěsností a úniků u hydraulických ventilů

V hydraulických systémech existují dva typy netěsností, tj. vnitřní a vnější. Úkapy a tvorba olejových kaluží na podlahách nebo na samotném zařízení jsou důkazem externích úniků. V závislosti na protékajícím médiu mohou být tyto defekty nebezpečné pro pracovníky, širokou veřejnost i životní prostředí. Přestože protékající médium neobsahuje látky, které představují riziko exploze, hrozí zde nebezpečí pádu, které podle Agentury pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (OSHA) patří mezi pět nejčastějších příčin pracovních úrazů na pracovišti.

Navíc ztráta průtočného média v systému uzavřené smyčky má negativní dopad na celkovou účinnost systému. Například má-li hydraulický lis pracovní dobu cyklu jednu minutu, ale netěsnost způsobila, že doba cyklu klesla na dvě minuty, pak účinnost tohoto lisu byla snížena na polovinu. A můžeme si být zcela jisti dalšími škodlivými účinky spojenými s provozováním všech komponent systému za ne zcela optimálních provozních podmínek.

Vnější netěsnosti mohou mít za následek snížení provozního tlaku, což může způsobovat nadměrné vibrace a vede k nadměrnému namáhání součástí daného systému.

Na druhou stranu vnitřní netěsnost je někdy úmyslně zakomponována do konstrukčního provedení ventilu, čímž je zajištěno promazávání různých součástí ventilů, jako jsou těsnění, vřetena nebo písty. Bez tohoto mazání by kvůli nadměrnému tření docházelo k předčasnému poškozování a stárnutí těchto komponent. Kromě toho způsob záměrné netěsnosti udržuje tlak v systému na bezpečné úrovni.

S tím se můžeme setkat u některých typů redukčních ventilů, které mohou mít navržen vypouštěcí otvor tak, aby bylo možno odvést nadměrný tlak do sběrné nádrže v rámci vlastní schopnosti regulování tlaku v obvodu.

Nechtěná a neplánovaná vnitřní netěsnost však může být stejně problematická jako vnější netěsnost. Kvůli vnitřní netěsnosti ventilu pracuje systém neúčinně a tím dochází k ovlivnění tlaku, teploty, proudění, rychlosti průtoku a dalších parametrů. Tento typ netěsnosti bude s největší pravděpodobností mít za následek neefektivní provozování zařízení, což vede k odchylkám v procesech, které závisejí na správném fungování hydraulického okruhu. Nezamýšlená variace v procesu vede ke špatné kvalitě, což je příčinou produkce zmetků a vzniku finančních ztrát.

Existuje obecný předpoklad, že pokud stroj běží, běží na optimální výkon. Nezamýšlená vnitřní netěsnost je skrytým viníkem, který zpochybňuje tento způsob uvažování. 


Kdy je úniků a netěsností přespříliš?

Jak velké množství netěsností by mělo být přijímáno ještě jako nevyhnutelné? Tato otázka bude subjekty, kde jsou používány systémy vysokotlaké hydrauliky, zodpovězena odlišně. Přijatelné množství vnější netěsnosti na pracovišti v kovárně bude s největší pravděpodobností nepřijatelné v potravinářském podniku. Vnitřní netěsnost ventilů v hydraulickém systému, který je používán pro výrobu velmi nákladných dílů, bude tolerována určitě méně než vnitřní netěsnosti v systému, kde se vyrábí běžné spotřební zboží.

Za účelem kvantifikace přijatelného množství netěsností pro různé aplikace byly vytvořeny průmyslové standardy. Ústavy a instituty, jako jsou např. Americký národní standardizační institut (ANSI), Fluid Controls Institute (FCI), Americký ústav pro ropu (API) a Manufacturers Standard Society (MSS), sestavily standardy netěsnosti pro různé typy ventilů:

  • API Standard 527: Vypracovaný speciálně pro oblast přetlakových ventilů; API 527 specifikuje metody pro měření těsnosti sedla a definuje přijatelné míry netěsnosti.
  • API Standard 598: Přijatelné míry netěsnosti ve škrticích, kulových, šoupátkových, uzavíracích a kuželových ventilech jsou stanoveny standardem API 598.
  • MSS Standard SP-61: Standard je určen pro stanovení přípustné netěsnosti ventilů, které v systému fungují jako oddělovací nebo zpětné ventily.
  • ANSI 70-2: Vypracovaný speciálně pro oblast regulačních ventilů; standard ANSI 70-2 stanovuje různé klasifikace netěsnosti v rozmezí od třídy I, která umožňuje nespecifikované množství netěsností, až po třídu V, jež v zásadě připouští pouze nulovou netěsnost. 

Výše uvedené standardy byly vyvinuty s cílem vypracovat směrnice, kterými se budou řídit konstruktéři a výrobci ventilů. Standardy používají při měření netěsností soubor specifických provozních parametrů, jako je viskozita, tlak a teplota. Tyto pokyny mohou být užitečné při výběru ventilu, ale neposkytují žádné záruky ohledně toho, jak se bude konkrétní ventil chovat v provozních podmínkách, kde aktuální provozní parametry mohou převyšovat parametry, které jsou uvedeny v protokolu o provedené zkoušce těsnosti podle určitého standardu. Ventil bude muset být odzkoušen za skutečných provozních podmínek, aby se ověřilo, zda poskytuje požadovanou úroveň netěsnosti. 


Správný výběr hydraulického ventilu

Je velmi důležité, abyste si udělali čas na výběr správně dimenzovaného hydraulického ventilu pro daný proces a snížili tak pravděpodobnost netěsnosti ventilu. Předimenzovaný ventil je jednou z nejčastějších příčin netěsností ventilu. Rychlost proudění, která je neslučitelná s předimenzovaným ventilem, bude mít za následek případné netěsnosti.

Je důležité uvědomit si potenciální neslučitelnosti mezi přepravovanými médii a materiály použitými pro konstrukci ventilu, zejména u smáčených ploch. Navíc aditiva přidávaná do přepravovaného média mohou způsobit závažná poškození na součástech ventilu. Například je-li pro zvýšení požární odolnosti přidán do hydraulického systému na vodní bázi glykol, dojde v krátké době k degradaci polyuretanového nebo polyesterového těsnění, což bude mít za následek tvorbu průsaků přes těsnění. Výrobci ventilů, ucpávek a těsnění obvykle zveřejňují tabulky vzájemné inkompatibility materiálů, což patří mezi nepostradatelné nástroje pro techniky a slouží k výběru vhodných typů hydraulických ventilů. 


Náležité umístění hydraulického ventilu

Jakmile dojde k výběru správného hydraulického ventilu a jeho k instalaci do provozního systému, netěsnost může být minimalizována tím, že ventil bude provozován v rámci svých konstrukčních parametrů. To se pravděpodobně snadněji řekne, než udělá, jenže to dá rozum, že vřetenový ventil, který je určen pro provozování v určitém rozmezí teplot, tlaků a rychlostí proudění, nebude fungovat efektivně, pokud je provozován mimo toto rozmezí. Když budete provádět inspekci netěsnosti ventilu, je důležité, abyste měli na paměti, že ventil možná nebyl provozován způsobem, jak bylo původně navrženo a zamýšleno.

Problémem může být rovněž skutečnost, že systém sám o sobě může prezentovat podmínky, které netěsnost ventilu samy způsobují.

Jednou z okolností, jež vede k netěsnostem, je kontaminace průtočného média. Nečistoty nebo nežádoucí částice v médiích mohou vyvolat netěsnosti ventilu hned z několika důvodů. Zaprvé tyto částice vedou k předčasnému opotřebení, tím jak se pohybují vysokou rychlostí v tlakovém okruhu. Zadruhé mohou tyto částice zabránit dosednutí dosedacích ploch ventilu do uzavíracího bodu, čímž vznikne mezera, jež následně způsobí netěsnost. Takto dochází ke kontaminaci, což je stav, kdy je průtočné médium schopno netěsnostmi uniknout ze systému a nečistoty pak mohou do systému vstoupit prostřednictvím stejného místa. Tyče válců jsou hlavními pachateli vnikání nečistot do systému, jelikož se vysouvají a zasouvají většinou ve znečištěném prostředí. Stírací kroužky na tyčích válců tomu mohou pomoci zabránit. Kontaminace může být řízena filtrováním průtočného média a důsledným monitorováním jeho čistoty.

Další příčinou netěsnosti často bývá vyosení hřídele (vřetena) ventilu vůči hřídeli pohonu. V případě, že jsou hřídele vyoseny, dochází k působení nerovnoměrných sil na uzavírací plochy ventilu a tím k tvorbě úniků právě v tomto bodě. Jakákoli nerovnoměrná síla působící na hřídel ventilu bude rovněž vytvářet problémy s ucpávkou hřídele. Pohon ventilu je také zapotřebí pravidelně kontrolovat a ověřovat jeho správnou funkci. Jestliže dosedací plochy k sobě nedosedají s požadovaným zatížením, dochází k úniku.

Dodržování pravidelného programu preventivní údržby může minimalizovat výskyt většiny netěsností. Avšak tyto programy jsou typicky předepisovány podle úrovně tolerance daného podniku vůči netěsnostem či případné poruše ventilu. Každý podnik si organizuje údržbu po svém. Nicméně stále více společností se snaží zavádět celkový prediktivní program údržby a nezaměřovat se pouze na reaktivní způsob údržby. Průmyslové studie totiž ukazují, že prediktivní údržba bývá nákladově efektivnější než reaktivní způsob údržby.

Vnitřní a vnější netěsnost ventilů lze minimalizovat, pokud se podnik bude snažit nezapadnout do starých vyježděných kolejí s přesvědčením, že výskyt netěsností je stejně nevyhnutelný. Všechno to, o čem tady píšeme, začíná dimenzováním a výběrem správného ventilu pro daný proces.

Jakmile je ventil nainstalován do systému, je zapotřebí zajistit jeho správné provozování na základě konzistentního souboru provozních parametrů a pravidelně provádět jeho údržbu, aby se zabránilo případným netěsnostem. Zachováme-li si disciplinovaný přístup ve všech těchto oblastech, získáme tím na oplátku ventily, které budou plnit svou funkci bezpečným a efektivním způsobem s minimálním výskytem netěsností.

Mickey Heestand je viceprezident a vedoucí strojní inženýr ve společnosti Hunt Valve Inc. V rámci svých pracovních úkolů zajišťuje dohled nad procesy svařování a postupy nedestruktivního zkoušení, stará se o řádné přezkušování svářečů a tvorbu technické výrobní dokumentace.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz