Przewód hydrauliczny

Wąż hydrauliczny to elastyczny element układów hydraulicznych, który służy do transportu płynu hydraulicznego pod wysokim ciśnieniem między poszczególnymi elementami. Składa się z wielowarstwowego węża z zaciskanymi na obu końcach złączkami. Jego elastyczność pozwala na ruch, wytrzymywanie drgań oraz kompensację zmian długości między sztywnymi elementami, co zasadniczo odróżnia go od rurociągów.

Budowa zespołu węża hydraulicznego

Każdy wąż hydrauliczny opiera się na zasadzie konstrukcji wielowarstwowej, która wytrzymuje różne obciążenia mechaniczne i chemiczne. Struktura dzieli się na trzy warstwy funkcjonalne, z których każda pełni określone zadanie.

Warstwa wewnętrzna

Warstwa wewnętrzna ma bezpośredni kontakt z płynem hydraulicznym, zazwyczaj olejem mineralnym, ale także płynami specjalnymi, takimi jak płyny HFC lub HFD. Składa się z odpornych na oleje kauczuków syntetycznych, takich jak NBR (kauczuk nitrylowy) lub, w przypadku wyższych wymagań temperaturowych, FKM (kauczuk fluorowany). Warstwa wewnętrzna musi być chemicznie odporna na pompowane medium, a jednocześnie posiadać gładką powierzchnię, aby zminimalizować opór przepływu.

Warstwa wzmacniająca (warstwa przenosząca ciśnienie)

Warstwa wzmacniająca przejmuje rzeczywiste obciążenie ciśnieniowe. Składa się z drutu stalowego owiniętego wokół warstwy wewnętrznej w postaci oplotu lub spirali. Liczba warstw określa ciśnienie znamionowe węża hydraulicznego. Pomiędzy poszczególnymi warstwami drutu umieszczone są gumowe warstwy pośrednie, które zmniejszają tarcie między drutami i zapewniają wzmocnienie między warstwami. Alternatywnie, w przypadku niższych ciśnień znamionowych stosuje się włókna tekstylne lub aramidowe.

Warstwa zewnętrzna (powłoka)

Warstwa zewnętrzna chroni elementy przenoszące ciśnienie przed czynnikami środowiskowymi, takimi jak ozon, promieniowanie UV, ścieranie mechaniczne i substancje chemiczne. Składa się z odpornej na warunki atmosferyczne gumy syntetycznej, często CR (guma chloroprenowa). W środowiskach o szczególnie wysokim stopniu ścieralności na wężu można zamontować dodatkowe węże ochronne lub spiralne sprężyny ochronne.

Typy konstrukcyjne i normy

Węże hydrauliczne klasyfikuje się według rodzaju wzmocnienia i odpowiednich norm produktowych. Normy te określają wymagania dotyczące ciśnienia znamionowego, zakresów temperatur oraz prób impulsowych.

Węże w plecionce drucianej zgodnie z normą DIN EN 853

Węże z jedną lub dwiema warstwami plecionki z drutu stalowego są objęte normą DIN EN 853. Typy 1SN i 2SN obejmują ciśnienia robocze do około 225 barów, w zależności od zakresu średnic nominalnych. Charakteryzują się dobrą elastycznością i są stosowane w zastosowaniach o umiarkowanym ciśnieniu roboczym, np. w maszynach rolniczych lub w przewodach powrotnych instalacji przemysłowych.

Węże ze spiralnie owiniętym drutem stalowym zgodnie z normą DIN EN 856

W przypadku wysokich ciśnień roboczych do 420 barów i powyżej stosuje się węże z czterema lub sześcioma spiralnie zwijanymi warstwami drutu stalowego, zgodnie z normą DIN EN 856. Typy 4SP, 4SH i 6SP są przeznaczone do układów narażonych na silne impulsy ciśnienia, takich jak prasy, wtryskarki i sprzęt budowlany. Konstrukcja spiralna zapewnia wyższą odporność na ciśnienie niż węże plecione, ale wiąże się z większym minimalnym promieniem zgięcia i mniejszą elastycznością.

Węże kompaktowe zgodne z normą DIN EN 857

Norma DIN EN 857 określa węże z wysoce elastycznymi oplotami drucianymi (typy 1SC i 2SC). Osiągają one ciśnienie robocze do 400 barów, zachowując jednocześnie kompaktową budowę i mały promień zgięcia. Ta cecha sprawia, że są one szczególnie atrakcyjne w zastosowaniach hydrauliki mobilnej, gdzie wymagane są ograniczone przestrzenie montażowe i częste ruchy obrotowe.

Klasyfikacja wydajnościowa zgodnie z normą ISO 18752

Norma ISO 18752 klasyfikuje węże hydrauliczne według klas wydajności (od klasy A do D), a nie według konstrukcji. To podejście oparte na wydajności uwzględnia ciśnienie, pulsacje i temperaturę w ramach jednego systemu klasyfikacji i w coraz większym stopniu zastępuje klasyfikację opartą na konstrukcji. Inżynierowie projektanci wybierają odpowiednią klasę na podstawie rzeczywistych warunków pracy, a nie układu drutu.

Zespoły węży hydraulicznych a rurociągi

W praktyce przewody elastyczne i rurociągi wzajemnie się uzupełniają w układzie hydraulicznym. Wybór zależy od wymagań dotyczących elastyczności, trwałości i stabilności ciśnienia.

Rurociągi są zazwyczaj stosowane w głównych przewodach ciśnieniowych i powrotnych w instalacjach stacjonarnych, w których nie występuje ruch względny między punktami połączeń. Z kolei przewody hydrauliczne łączą elementy ruchome, takie jak cylindry, siłowniki obrotowe lub wysięgniki obracające się na maszynach. W wielu instalacjach oba rodzaje przewodów tworzą jeden zintegrowany system.

Montaż i złączki

Termin „zespół” opisuje proces wytwarzania gotowego do użycia zespołu węża hydraulicznego z poszczególnych elementów — węża i złączek. Wąż jest przycinany do wymaganej długości, a na obu końcach zaciskane są złączki.

Zaciskanie jako proces łączenia

Prawidłowe zaciskanie jest najważniejszym etapem montażu. Podczas tego procesu złączka jest odkształcana za pomocą prasy hydraulicznej, tak aby utworzyła pewne, szczelne połączenie z wężem. Ciśnienie zaciskania, głębokość zaciskania oraz dobór narzędzi muszą ściśle odpowiadać specyfikacjom producenta złączek. Nieprawidłowe zaciskanie może spowodować wycieki lub wyrwanie złączki pod wpływem ciśnienia.

Wybór złączek

Złączki muszą być kompatybilne z wężem i typem połączenia. Ciśnienie znamionowe złączki musi być co najmniej równe ciśnieniu znamionowemu węża. Ciśnienie robocze gotowego zespołu węża hydraulicznego jest określane przez najsłabszy element — czyli przez niższe ciśnienie znamionowe węża lub złączki. Jest to wyraźnie określone w przepisie DGUV 113-020.

Minimalny promień zgięcia i montaż

Minimalny promień zgięcia jest jednym z najważniejszych parametrów projektowych węża hydraulicznego. Jeśli promień ten nie zostanie zachowany, warstwa wewnętrzna po zewnętrznej stronie zgięcia zostanie nadmiernie rozciągnięta, podczas gdy warstwy przenoszące ciśnienie po wewnętrznej stronie zostaną ściśnięte. Powoduje to pęknięcia w rdzeniu, zmniejszenie odporności na ciśnienie i przedwczesną awarię.

Minimalny promień zgięcia zależy od typu węża i zakresu średnic nominalnych. Węże spiralne mają większe minimalne promienie zgięcia niż węże plecione o tej samej średnicy nominalnej. Podczas montażu węża obowiązuje następująca zasada: rzeczywisty promień zgięcia powinien znacznie przekraczać wartość minimalną, aby zachować margines bezpieczeństwa. Ponadto na obszar połączenia między wężem a złączką nie może działać żadne naprężenie rozciągające.

Przyczyny uszkodzeń i konserwacja

Przewody hydrauliczne ulegają naturalnemu starzeniu, ponieważ właściwości elastomerów zmieniają się z upływem czasu. Czynniki zewnętrzne również przyspieszają zużycie. Najczęstsze przyczyny awarii można podzielić na kilka kategorii.

Przyczyny mechaniczne

Zewnętrzne ścieranie spowodowane kontaktem z sąsiednimi elementami lub innymi wężami jest jedną z najczęstszych przyczyn awarii. Nieprzestrzeganie minimalnego promienia zgięcia oraz załamania również prowadzą do przedwczesnej awarii. Naprężenia rozciągające w miejscu połączenia z złączką osłabiają połączenie zaciskane.

Przyczyny termiczne

Temperatury robocze powyżej dopuszczalnego limitu znacznie przyspieszają starzenie się elastomerów. Nawet przekroczenie granicznej temperatury ciągłej pracy o zaledwie kilka stopni może znacznie skrócić żywotność. Z kolei niskie temperatury powodują kruchość gumy.

Przyczyny chemiczne

Niekompatybilny płyn hydrauliczny może atakować warstwę wewnętrzną, powodując jej pęcznienie lub kurczenie się, a tym samym zmniejszając jej wytrzymałość na ściskanie. Agresywne czynniki środowiskowe, takie jak oleje, rozpuszczalniki lub kwasy, mogą również uszkodzić warstwę zewnętrzną.

Starzenie

Elastomery starzeją się nawet w optymalnych warunkach eksploatacyjnych. Ozon i promieniowanie UV niszczą warstwę zewnętrzną, nawet gdy zespół węża hydraulicznego nie jest używany. Z tego powodu producenci określają maksymalny czas przechowywania, którego nie wolno przekroczyć w momencie oddania do użytku.

Wymagania dotyczące kontroli zgodnie z przepisem DGUV 113-020

Przepis DGUV 113-020 reguluje bezpieczne stosowanie węży hydraulicznych i płynów hydraulicznych w Niemczech. Zastępuje on poprzednie przepisy BGR 237 i BGR 137 i opiera się na rozporządzeniu w sprawie bezpieczeństwa pracy (BetrSichV).

Ocena zagrożeń

Operatorzy muszą przeprowadzić ocenę ryzyka uwzględniającą wszystkie obciążenia występujące w zespole węża hydraulicznego: ciśnienie robocze, natężenie przepływu, płyn, temperaturę, czynniki środowiskowe oraz obciążenia dynamiczne. Na podstawie tej oceny dokonuje się wyboru odpowiedniego typu węża i jego ciśnieniowej klasy znamionowej.

Regularne kontrole

Zgodnie z przepisem DGUV 113-020 wymagane są regularne kontrole wzrokowe i funkcjonalne. Widoczne uszkodzenia, takie jak pęknięcia, wybrzuszenia, przetarcia lub nieszczelności na złączkach, wymagają natychmiastowej wymiany. Częstotliwość przeglądów określa się na podstawie oceny ryzyka. Ogólną zasadą jest przeprowadzanie przeglądu wzrokowego co sześć do dwunastu miesięcy; w przypadku szczególnie krytycznych zastosowań wymagane są częstsze przeglądy.

Okresy wymiany

Przepisy zalecają wymianę przewodów hydraulicznych najpóźniej po upływie sześciu lat, chyba że wcześniejsze uszkodzenia wymagają wcześniejszej wymiany. Data produkcji jest nadrukowana na przewodzie i należy ją uwzględnić podczas uruchamiania. Przewody, które w momencie montażu mają już ponad cztery lata, nie powinny być już używane.

Wnioski

Węże hydrauliczne są nieodzownym elementem każdego układu hydraulicznego, kompensującym ruchy i drgania między elementami. Ich niezawodne działanie zależy od prawidłowego doboru w oparciu o ciśnienie znamionowe i normy, profesjonalnego montażu, przestrzegania minimalnego promienia zgięcia oraz regularnych przeglądów. Przestrzeganie tych zasad minimalizuje ryzyko awarii i zapewnia bezpieczną oraz wydajną pracę układu.