FRIALOC uzavírací armatura z PE

08.02.2019 Autor: Ing. Patrik Tůma Firma: Aliaxis Česká republika s.r.o.

Nový konstrukční přístup řeší staré problémy v uzavírací technice.

Klasické uzavírací armatury pro pitnou vodu jsou po desítky let založeny na stejném konstrukčním řešení – na principu šoupěte.

DVGW (Německá asociace pro plyn a vodu) dokládá ve své statistice škod, že hlavními faktory ovlivňujícím funkčnost uzavíracích armatur jsou stále funkční selhání, koroze a netěsnosti (Obr. 1). Novou PE-armaturou FRIALOC jsou tyto problémy v uzavírací technice vyřešeny.

Obr. 1 •

Požadavky na montáž a provoz uzavírací armatury jsou náročné. Stejně tak i problémy spojené s korozí, hygienou, inkrustací, funkčností, životností atd.

Zatížení vnitřním tlakem a silami, které působí při ovládání klasických typů armatur, nenabízí mnoho jiných alternativ nežli použití litinového těla. Z toho důvodu dochází i při dnes používaných PE- potrubních systémech k nežádoucímu střídání či kombinaci materiálů. Kovová armatura s šoupětem je zpravidla připojována na systém PE- potrubí pomocí přírub nebo vevařovaných PE-HD koncovek. Požadavky uživatele na materiálově homogenní potrubní systém tím zůstávají nesplněny.

Vhodné konstrukční řešení uzavírací armatury z plastu

Konstruktér tradičně přemýšlí „v oceli“. Specifické chování moderních plastů vyžaduje komplexní pohled, právě s ohledem na omezeně lineární chování a možné deformace plastů vystavených pnutí. Kopie mechaniky kovového šoupěte by plastovou konstrukci i s ohledem na pevnost a deformace plastů za studena přetěžovala. Bylo vypracováno a posuzováno mnoho nejrůznějších základních metod přerušení toku média v potrubních systémech s ohledem na funkci, technickou proveditelnost a spolehlivost.

Princip dvojité uzavírací klapky se s výraznou převahou jeví jako nejvhodnější mechanika. Kombinuje výhody uzavírací klapky a šoupěte a vyhýbá se jejich nevýhodám. Základní myšlenkou bylo využít přímo prvky potrubí jako uzavírací klapky (Obr. 2), s cílem dosáhnout maximálního možného průtoku a kompaktní konstrukce. Uzavírací armatura FRIALOC má nízkou stavební výšku a uložení klapek umožňuje volný průchod armaturou srovnatelný s maximálním průtokem potrubí. Oproti běžnému centrickému uložení disku u klapek nehrozí u FRIALOCu zvýšení odporu proudění vody ani žádná omezení s ohledem na kamerový průzkum potrubí.

Obr. 2 •

Komfortní ovládání

Ovládací síly armatury redukuje jedna konstrukční zvláštnost. Zdvojené provedení klapek způsobuje v prostoru mezi klapkami tlumení tlakových rozdílů. Dynamický tlak proudění média během uzavírání a otevírání armatury, resp. náporový tlak, je v meziprostoru akumulován. Maximální nutný krouticí moment pro ovládání armatury je tak výrazně snížen. Lehký chod pohonu přispívá nejen k vyššímu komfortu pro uživatele, ale také zvyšuje trvanlivost a životnost mechaniky, jelikož nižší nároky na ovládací sílu současně snižují mechanické opotřebení.

Kavitace

U armatur obávaná kavitace se může vyskytnout během nestálých podmínek provozu, např. při nízkém stupni otevření armatury a s tím spojenou extrémní rychlostí proudění. Při implozi vzduchových bublin v médiu dochází k extrémním tlakovým rázům, které časem způsobují oddělování i větších částí povrchu uvnitř armatury. To může vést k úplnému zničení součástí armatury. Díky použití „energii absorbujícího“ plastu a výše uvedené akumulaci tlaku mezi klapkami je riziko kavitace minimalizováno.

Těsnění

Speciální technologie umožňuje spojit spolehlivě a neoddělitelně uzavírací klapku z polyamidu s obvodovým těsněním z EPDM. Namísto toho, aby se klapka – analogicky k srdci šoupěte kompletně obalila těsnícím povlakem, je těsněním opatřena pouze její těsnící funkční část. S ohledem na hygienu a prevenci mikrobiologického růstu na elastomerových těsněních v pitné vodě je to výrazná výhoda. Plocha, která je k dispozici pro růst mikrobů, je redukována na minimum.

Těla avpohon armatury

Kompletní tělo FRIALOC uzavírací armatury je vyrobeno z PE 100. Zesílené stěny zajišťují potřebnou stabilitu a odolnost vůči mechanickému namáhání zvenčí dle situací montáže, ale i zevnitř působením provozního tlaku a vyplývajících ovládacích momentů. Funkční části pohonu armatury jsou z materiálů odolných korozi. Speciální konstrukce vřetenového pohonu šroubovicí zajišťuje lehký chod a umožňuje současně kompletní uzavření/otevření – armatury d 100 mm pouhými 9-ti otáčkami šroubu. Celá armatura je bezúdržbová. Použití polyetylenu má za následek výraznou redukci hmotnosti v porovnání s běžnými kovovými šoupátkovými armaturami. Lehká armatura redukuje pracovní zátěž během transportu a montáže.

Zkoušky a provozní zkušenosti

Pro zkoušky namáhání v ohybu byla vyvinuta vlastní zkušební aparatura, která má simulovat vlivy sedání zeminy po instalaci. Současně se sleduje armatura a její ovládání pod tlakem. Netěsnost se neobjevila ani navenek, ani co se týče uzavření. V zemi uložené armatury musí dle normy DIN EN 1074-1, -2 prokázat bezchybnost po dobu 250 zkušebních cyklů. Tato zkouška probíhá za jednostranného statického tlaku na uzavřenou armaturu a její následné otevření, tzn. odtlakování. Pro uzavírací armatury FRIALOC bylo prokázáno 2500 cyklů. Tím byla oproti požadavkům normy pro v zemi zabudované armatury prokázána 10-ti násobně vyšší odolnost.

Aby bylo možno simulovat i extrémní provozní podmínky, bylo vyvinuto jedinečné zkušební zařízení pro armatury (Obr. 3). Toto zařízení umožňuje vedle běžných statických zkoušek především dynamické dlouhodobé zkoušky za maximálního provozního tlaku 16 bar při průtoku do 250 m³/hod. Dlouhodobou odolnost proti opotřebení ovládání tak lze simulovat po dobu tisíců cyklů za nejtvrdších podmínek v praxi.

Obr. 3 •

Obzvláště drsné provozní podmínky byly simulovány u firmy Gelsenwasser AG ve vodárně Haltern. Před instalaci byly FRIALOC armatury laboratorně podrobeny různým zkouškám pevnosti a těsnosti. Po pozitivním posouzení následovala provozní zkouška zvláštního charakteru: Uzavírací armatury jsou konstruovány pro provozní stav „otevřeno“ nebo „uzavřeno“. K provozování v pozicích mezi těmito stavy nejsou armatury konstruovány. V praxi ovšem nelze vyloučit, že armatura nebude „zneužita“ k regulaci. Armatura byla tedy záměrně ponechána na testování 2 týdny v částečně otevřené pozici, otevřená jen na 1 cm, za provozního tlaku 8 barů. Odtok z armatury byl do volné atmosféry do vsakovací jímky (Obr. 4). Enormní síly, které se v této situaci vyskytovaly, způsobovaly značné vibrace okolní zeminy.

Obr. 4 •

Během vizuální prohlídky po odstavení přívodu vody nebyly na armatuře shledány žádné zjevné poruchy a opotřebení. Ani klapky, těsnění, ani tělo armatury a ovládací mechanismus nebyly poškozeny. Stejně tak následná zkouška těsnosti a stability v laboratoři (30 bar/15 min) dopadla pozitivně. Měření krouticího momentu ovládání „týraných“ armatur přineslo další překvapení: původní hodnota 19 Nm pro uzavírání a otevírání armatury zůstala beze změny.

Obr. 5 •

Shrnutí

FRIALOC uzavírací armatura z PE představuje pro materiálově homogenní PE potrubní síť poslední chybějící článek. Mechanické spoje nebo příruby jsou zde přebytečné, stejně tak jako nákladná opatření proti korozi. Nízká hmotnost, nízký počet otáček a malá ovládací síla potřebná k uzavření či otevření armatury za každých provozních podmínek zjednodušují manipulaci při montáži i provozu. Inovativní uzavírací dvouklapkový mechanismus je optimálně sladěn se specifiky PE-tělesa armatury. Pohon armatury je velmi odolný vůči opotřebení a namáhání. 2500 cyklů střídavé zátěže snese bez zhoršení funkčnosti, a to i při xtrémních dlouhodobých dynamických zkouškách při maximálním rozdílu vnitřních tlaků za maximálního průtoku.

Z pohledu hygienických požadavků byly PE-armatury FRIALOC zkonstruovány bez mrtvých zón s nebezpečím stagnace vody. Možný mikrobiologický růst je silně redukován zmenšením plochy těsnění.

PE-armatura FRIALOC se vyznačuje výjimečně robustním pohonem, prokazatelně vysokou spolehlivostí uzavření a možností připojení armatury na síť PE-potrubí v souladu s požadavkem na homogenitu materiálů.