Elastyczny przewód przemysłowy nie powinien być dobierany wyłącznie na podstawie średnicy wewnętrznej i informacji o maksymalnym ciśnieniu. W instalacjach paliwowych, pneumatycznych, wodnych i chemicznych o trwałości przewodu decyduje cały układ konstrukcyjny: materiał warstwy wewnętrznej, typ zbrojenia, odporność warstwy zewnętrznej, temperatura medium, ciśnienie robocze oraz sposób prowadzenia węża.
W praktyce serwisowej częstą przyczyną przedwczesnych awarii jest zastosowanie przewodu, który pozornie pasuje wymiarowo, ale jego elastomer nie jest odporny na transportowane medium albo konstrukcja nie wytrzymuje cyklicznych zmian ciśnienia. Problemem może być również zbyt mały promień gięcia, skręcanie przewodu podczas montażu lub niewłaściwe magazynowanie.
Prawidłowo dobrany wąż powinien więc być analizowany jako kompletny element instalacji, a nie jedynie elastyczna rura łącząca dwa punkty.
Jak zbudowany jest przemysłowy wąż gumowy?
Typowy przewód elastyczny stosowany w przemyśle składa się z kilku warstw. Każda z nich pełni inną funkcję i odpowiada na inne obciążenia.
Warstwa wewnętrzna – rdzeń odpowiada za bezpośredni kontakt z przesyłanym medium. W zależności od zastosowania może być wykonana między innymi z NBR, EPDM, CR, PVC lub innych elastomerów.
Zbrojenie odpowiada za przenoszenie ciśnienia i obciążeń mechanicznych. Może mieć postać oplotu tekstylnego, kordu, drutu stalowego lub spirali stalowej.
Warstwa zewnętrzna chroni konstrukcję przewodu przed ścieraniem, olejami, promieniowaniem UV, ozonem, wilgocią i innymi czynnikami środowiskowymi.
Dobór każdej z tych części powinien wynikać z rzeczywistych warunków pracy przewodu.
Warstwa wewnętrzna – najważniejszy kontakt z medium
Rdzeń przewodu ma bezpośredni kontakt z transportowaną substancją. Jeżeli materiał tej warstwy nie jest kompatybilny z medium, wąż może pęcznieć, twardnieć, mięknąć, rozwarstwiać się albo tracić szczelność.
Nie wystarczy więc określenie „wąż gumowy”. Trzeba wiedzieć, jaka mieszanka elastomerowa została zastosowana po stronie medium.
Przykładowo przewód przeznaczony do wody nie powinien automatycznie być używany do benzyny, oleju napędowego czy rozpuszczalników tylko dlatego, że jego ciśnienie robocze jest wystarczające.
Zbrojenie tekstylne – elastyczność przy umiarkowanym ciśnieniu
Jednym z najczęściej spotykanych rozwiązań jest zbrojenie tekstylne.
Może występować jako oplot, kord, przekładki tekstylne lub wielowarstwowe wzmocnienie włóknami syntetycznymi.
Takie przewody zachowują stosunkowo dużą elastyczność i są wykorzystywane między innymi w instalacjach sprężonego powietrza, wody, lekkiej chemii oraz w wielu zastosowaniach warsztatowych.
Liczba warstw zbrojenia i sposób ich ułożenia wpływają na dopuszczalne ciśnienie robocze.
Więcej zbrojenia nie oznacza jednak automatycznie lepszego przewodu. Może ono zwiększyć sztywność i wymagany minimalny promień gięcia.
Zbrojenie z drutu stalowego lub mosiądzowanego
W przewodach pracujących przy większych ciśnieniach stosuje się zbrojenia metalowe.
Drut stalowy, często mosiądzowany w celu poprawy przyczepności do gumy, może tworzyć pojedynczy lub wielowarstwowy oplot.
Takie rozwiązania spotyka się szczególnie w przewodach hydraulicznych oraz tam, gdzie wymagane jest przenoszenie znacznych obciążeń ciśnieniowych.
Metalowe zbrojenie zwiększa odporność mechaniczną przewodu, ale jednocześnie wpływa na jego masę, sztywność oraz wymagany promień gięcia.
Spirala stalowa – ochrona przed zapadaniem przewodu
Spiralę stalową stosuje się przede wszystkim tam, gdzie przewód powinien zachować przekrój również podczas pracy pod podciśnieniem.
Dotyczy to między innymi przewodów ssawnych, transportu cieczy, substancji półpłynnych czy niektórych zastosowań chemicznych.
Spirala przeciwdziała zapadaniu się ścianek przewodu.
Wąż przeznaczony wyłącznie do pracy pod ciśnieniem dodatnim nie musi być jednocześnie odpowiedni do pracy ssawnej. Jeżeli instalacja może generować podciśnienie, należy zweryfikować ten parametr osobno.
Warstwa zewnętrzna – ochrona przewodu przed otoczeniem
Zewnętrzny płaszcz węża chroni jego konstrukcję przed czynnikami działającymi od strony środowiska.
Może być narażony na oleje, paliwa, ozon, promieniowanie UV, wodę, ścieranie, kontakt z podłożem, wysoką lub niską temperaturę, iskry, odpryski oraz kontakt z chemikaliami.
Przewód pracujący wewnątrz czystej hali ma inne wymagania niż wąż prowadzony na zewnątrz, po posadzce warsztatu albo w sąsiedztwie stanowiska spawalniczego.
Dlatego odporność warstwy wewnętrznej i zewnętrznej należy analizować oddzielnie.
Wąż do paliw i olejów – dlaczego stosuje się NBR?
Do transportu paliw i olejów często stosowany jest kauczuk nitrylowy NBR.
NBR charakteryzuje się dobrą odpornością na wiele olejów mineralnych oraz węglowodorów, dlatego jest powszechnie wykorzystywany w przemyśle motoryzacyjnym, maszynowym i paliwowym.
Wąż do paliw: https://pol-gum.eu/p/produkt/21/rury-i-waly-metalowogumowe powinien być jednak dobrany nie tylko pod kątem określenia „benzyna” lub „olej napędowy”.
Należy sprawdzić rodzaj paliwa, zawartość dodatków, temperaturę pracy, ciśnienie, prędkość przepływu oraz to, czy przewód pracuje statycznie, czy jest regularnie zginany.
Szczególną uwagę trzeba zachować w przypadku współczesnych paliw zawierających biokomponenty. Nie należy zakładać, że każdy
tradycyjny przewód NBR będzie automatycznie właściwy do każdej mieszanki paliwowej. Konieczna jest weryfikacja specyfikacji producenta.
Węże do sprężonego powietrza
W instalacjach pneumatycznych wymagania są inne niż w układach paliwowych.
Przewód musi być odporny przede wszystkim na cykliczne zmiany ciśnienia, zmęczenie mechaniczne, częste zginanie, załamania, drgania instalacji, ścieranie płaszcza oraz ewentualną obecność mgły olejowej.
Wąż używany przy narzędziu pneumatycznym może każdego dnia wykonywać setki lub tysiące cykli zgięcia. W takim zastosowaniu sama odporność statyczna na ciśnienie jest niewystarczającym kryterium.
Istotna jest również elastyczność przewodu oraz minimalny promień gięcia.
Węże do wody
Przewody do wody występują zarówno w wersjach lekkich, jak i mocno zbrojonych.
Przy doborze trzeba uwzględnić temperaturę wody, ciśnienie, możliwość występowania impulsów ciśnieniowych, warunki atmosferyczne, częstotliwość zwijania oraz kontakt z olejem lub substancjami chemicznymi z otoczenia.
Inny przewód będzie odpowiedni do okresowego zasilania wodą stanowiska roboczego, a inny do całodobowej instalacji przemysłowej.
Węże PCV i igielitowe – kiedy warto je stosować?
Węże wykonane z PVC, popularnie określane również jako igielitowe, są często stosowane tam, gdzie liczy się niska masa, prostota oraz możliwość obserwowania przepływającego medium.
Największą zaletą przezroczystych przewodów jest możliwość wizualnej kontroli przepływu.
Operator może szybko zauważyć obecność pęcherzyków powietrza, zmianę koloru medium, osad, brak przepływu lub zanieczyszczenie przewodu.
PVC jest również stosunkowo lekkie i łatwe w prowadzeniu.
Ma jednak swoje ograniczenia.
Jego elastyczność silnie zależy od temperatury i zastosowanego plastyfikatora. Przy niższych temperaturach przewód może stawać się wyraźnie sztywniejszy, natomiast odporność na wysoką temperaturę jest ograniczona w porównaniu z wieloma specjalistycznymi elastomerami.
Odporność chemiczna PVC również zależy od konkretnego medium.
W przypadku wysokiej temperatury, agresywnej chemii albo wymagającego środowiska przemysłowego konieczne może być zastosowanie innego materiału.
Medium chemiczne – sama nazwa substancji nie wystarczy
W przypadku chemikaliów dobór przewodu powinien być szczególnie ostrożny.
Odporność materiałowa zależy nie tylko od nazwy substancji, ale również od jej stężenia, temperatury, czasu kontaktu, ciśnienia, obecności innych substancji oraz częstotliwości płukania instalacji.
Przykładowo elastomer odporny na rozcieńczony roztwór danego związku w temperaturze pokojowej nie musi zachowywać swoich właściwości przy wysokim stężeniu i temperaturze 70°C.
W instalacjach chemicznych należy korzystać z tabel odporności chemicznej producenta konkretnego przewodu.
Ciśnienie robocze a ciśnienie rozrywające
Jednym z najważniejszych błędów podczas doboru przewodu jest utożsamianie maksymalnego ciśnienia roboczego z ciśnieniem, przy którym wąż fizycznie pęka.
Są to dwa różne parametry.
Ciśnienie robocze, określane często jako WP – Working Pressure, to ciśnienie, przy którym przewód może pracować zgodnie z deklaracją producenta.
Ciśnienie rozrywające, BP – Burst Pressure, oznacza wartość, przy której podczas odpowiedniego badania dochodzi do zniszczenia przewodu.
Pomiędzy nimi stosowany jest współczynnik bezpieczeństwa.
Przykład: jeżeli ciśnienie robocze przewodu wynosi 10 bar, a współczynnik bezpieczeństwa 3:1, minimalne ciśnienie rozrywające powinno wynosić 30 bar.
Przy współczynniku 4:1 i ciśnieniu roboczym 10 bar minimalne ciśnienie rozrywające wynosi 40 bar.
Nie oznacza to, że przewód o ciśnieniu rozrywającym 40 bar może być eksploatowany przy 30 bar.
Ciśnienie rozrywające nie jest dopuszczalnym ciśnieniem użytkowym.
Współczynnik bezpieczeństwa wynika z konstrukcji przewodu, odpowiednich norm produktowych i wymagań producenta. Nie należy samodzielnie obniżać wymaganego współczynnika tylko dlatego, że instalacja zwykle pracuje przy niższym ciśnieniu.
Trzeba uwzględniać również skoki ciśnienia
Manometr pokazujący 8 bar nie oznacza, że instalacja nigdy nie przekracza tej wartości.
Podczas zamykania zaworów, rozruchu pomp, zmiany przepływu, pulsacyjnej pracy urządzeń lub awarii regulatorów mogą występować chwilowe skoki ciśnienia.
W niektórych układach właśnie impulsy ciśnieniowe, a nie średnie ciśnienie robocze, powodują zmęczeniowe niszczenie przewodu.
Minimalny promień gięcia – parametr, którego nie wolno ignorować
Każdy przewód ma określony minimalny promień gięcia.
Jest to najmniejszy promień, przy którym wąż może być zgięty bez niedopuszczalnego odkształcenia jego konstrukcji.
Zbyt ciasne zagięcie może powodować spłaszczenie przekroju, ograniczenie przepływu, lokalne naprężenie zbrojenia, pękanie warstwy zewnętrznej, odspajanie warstw, zmęczenie oplotu oraz miejscowy wzrost prędkości przepływu.
Najbardziej charakterystycznym skutkiem przekroczenia minimalnego promienia gięcia jest załamanie przewodu, określane jako kinking.
Avoid Kinking – jak prowadzić przewód?
Najważniejsza zasada brzmi: wąż powinien pracować w naturalnym łuku, a nie na ostrym załamaniu.
Szczególnie niebezpieczne jest wykonanie ciasnego łuku bezpośrednio przy końcówce.
Połączenie przewodu ze złączem jest jednym z najbardziej obciążonych mechanicznie miejsc całego zespołu. Jeżeli wąż od razu po wyjściu z końcówki jest mocno zgięty, siły działają zarówno na przewód, jak i na jego mocowanie.
W takich przypadkach warto zastosować odpowiednio dłuższy przewód, kolanko, prowadnicę, podporę lub inne ustawienie przyłącza.
Nie wolno skręcać przewodu podczas montażu
Wąż nie powinien pracować jednocześnie na zginanie i skręcanie.
Skręcenie osiowe powoduje dodatkowe naprężenia w oplocie i może znacząco skrócić żywotność przewodu.
Przed dokręceniem końcówek należy sprawdzić, czy przewód układa się swobodnie i nie jest naprężony.
Jeżeli podczas ruchu maszyny przewód przemieszcza się, jego długość i punkty prowadzenia powinny umożliwiać ruch bez rozciągania i skręcania.
Jak magazynować węże gumowe?
Nawet nieużywany przewód starzeje się podczas magazynowania.
Na elastomery wpływają między innymi wysoka temperatura, promieniowanie UV, ozon, wilgotność, kontakt z olejami i chemikaliami oraz trwałe odkształcenie.
Węże powinny być przechowywane w suchym, chłodnym i możliwie ciemnym miejscu, z dala od bezpośredniego światła słonecznego.
Nie powinny znajdować się bezpośrednio przy urządzeniach, które mogą generować ozon.
Należy również unikać długotrwałego zgniatania przewodów ciężkimi przedmiotami.
Węże zwijane powinny być przechowywane w łagodnych kręgach, bez wymuszania promienia mniejszego od dopuszczalnego.
Co sprawdzić przed ponownym użyciem przewodu?
Wąż długo magazynowany lub eksploatowany należy poddać kontroli wzrokowej.
Należy szukać pęknięć, przetarć, wybrzuszeń, spłaszczeń, widocznego zbrojenia, korozji drutu, rozwarstwienia, stwardnienia powierzchni, nienaturalnego zmiękczenia materiału oraz uszkodzeń przy końcówkach.
Wybrzuszenie ściany jest szczególnie niebezpieczne, ponieważ może wskazywać na uszkodzenie zbrojenia.
Takiego przewodu nie powinno się dalej eksploatować wyłącznie dlatego, że jeszcze nie przecieka.
EN ISO 1307 – wymiary i tolerancje przewodów
EN ISO 1307 dotyczy gumowych i tworzywowych przewodów elastycznych oraz określa między innymi wymagania dotyczące wymiarów i tolerancji przewodów.
Z punktu widzenia zamawiającego jest to istotne, ponieważ nominalna średnica przewodu nie powinna być interpretowana jako dowolny wymiar bez tolerancji.
W układach, w których ważne są przepływ, dopasowanie króćców oraz montaż opasek lub końcówek, różnice wymiarowe mają praktyczne znaczenie.
EN ISO 1825 – ważne doprecyzowanie dla przewodów paliwowych
EN ISO 1825 nie jest ogólną normą dla wszystkich węży paliwowych.
Norma dotyczy gumowych węży i zespołów przewodów przeznaczonych do naziemnego tankowania i opróżniania paliwa lotniczego.
Określa wymagania dotyczące konstrukcji, wymiarów oraz parametrów eksploatacyjnych tego typu przewodów.
Oznacza to, że EN ISO 1825 może stanowić ważny punkt odniesienia w specjalistycznych zastosowaniach paliwowych, ale nie należy traktować jej jako uniwersalnej normy kwalifikującej każdy przewód do benzyny, oleju napędowego czy innych paliw.
Dla każdego zastosowania należy zweryfikować właściwą normę produktową oraz deklarację producenta przewodu.
Jak dobrać wąż przemysłowy krok po kroku?
W praktyce inżynieryjnej dobór można sprowadzić do kilku podstawowych pytań.
Co płynie przez przewód? Należy określić dokładne medium i jego skład.
W jakiej temperaturze? Trzeba ustalić temperaturę minimalną, maksymalną oraz ewentualne temperatury chwilowe.
Pod jakim ciśnieniem? Należy uwzględnić ciśnienie robocze, szczytowe oraz ewentualne podciśnienie.
Jaki jest wymagany przepływ? Od tego zależy między innymi właściwa średnica wewnętrzna.
Czy przewód się porusza? Trzeba określić częstotliwość zginania, występowanie drgań oraz zakres ruchu.
Jaki jest promień prowadzenia? Powinien być większy od minimalnego promienia gięcia przewodu.
Co działa na przewód od zewnątrz? Należy uwzględnić olej, UV, ozon, ścieranie, temperaturę i chemikalia.
Jakie końcówki będą zastosowane? Przewód i armatura muszą być ze sobą kompatybilne.
Dopiero po zebraniu tych informacji należy wybierać konkretną konstrukcję.
Wąż gumowy nie jest elementem uniwersalnym
Najczęstszy błąd eksploatacyjny polega na stosowaniu jednego rodzaju przewodu do kilku różnych mediów tylko dlatego, że ma właściwą średnicę.
Wąż do sprężonego powietrza może nie być odporny na paliwo.
Wąż do wody może nie wytrzymać kontaktu z olejem.
Przewód paliwowy nie musi być właściwy do agresywnego rozpuszczalnika.
Wąż ciśnieniowy nie musi być odporny na podciśnienie.
Przewód do pracy statycznej może bardzo szybko zużyć się w układzie wykonującym tysiące cykli ruchu.
Dlatego dobór powinien obejmować jednocześnie kompatybilność chemiczną, temperaturę, ciśnienie, zbrojenie, promień gięcia i środowisko pracy.
Podsumowanie – najważniejsze zasady dla mechanika i działu UR
Przy wyborze przemysłowego przewodu elastycznego najpierw należy ustalić medium, a dopiero później dobierać materiał warstwy wewnętrznej.
NBR jest często stosowany w przewodach przeznaczonych do olejów i paliw, natomiast konstrukcje do powietrza i wody powinny być szczególnie odporne na obciążenia dynamiczne oraz zginanie.
Oplot tekstylny sprawdza się w wielu zastosowaniach o umiarkowanym ciśnieniu. Zbrojenia stalowe stosuje się przy większych obciążeniach, a spirala stalowa ma szczególne znaczenie w przewodach narażonych na podciśnienie.
Ciśnienia roboczego nie wolno utożsamiać z ciśnieniem rozrywającym. Wartość burst pressure jest elementem współczynnika bezpieczeństwa, a nie dopuszczalnym zakresem normalnej eksploatacji.
Równie istotne są sposób montażu i prowadzenia przewodu. Przekraczanie minimalnego promienia gięcia, skręcanie osiowe czy ciągłe zginanie bezpośrednio przy końcówce mogą zniszczyć nawet prawidłowo dobrany wąż.
W praktyce utrzymania ruchu najlepszą zasadą jest więc traktowanie przewodu, końcówek i warunków instalacji jako jednego układu. Dopiero wtedy można właściwie ocenić bezpieczeństwo i przewidywaną trwałość całego połączenia.