Stand pentru Testarea Elementelor de Siguranță și Comandă din Sistemele cu Fluide sub Presiune

Capitolul 1. Introducere

Sistemele cu fluide sub presiune constituie un domeniu cu o extrem de largă extindere şi complexitate la care se impun pretenţii ridicate de fiabilitate şi siguranţă asigurate şi prin utilizarea unor dispozitive de siguranţă speciale în care se manifestă fenomene tribologice.

În relaţie cu clasificările din literatură se dezvoltă şi cerinţele şi caracteristicile de fiabilitate generală, cu următoarele aspecte:

- fiabilitate – aptitudinea unui sistem de a funcţiona un timp dat fără defectare;

- mentenabilitate – aptitudinea unui sistem de a fi reparat la un timp dat de funcţionare;

- disponibilitate – aptitudinea de a funcţiona corect la un timp dat;

- securitate – aptitudinea de funcţionare fără evenimente grave pentru instalaţia în ansamblu sau local sau pentru om sau mediu;

- testabilitate – aptitudinea unui sistem de a permite detectarea defectelor.

Analiza de fiabilitate cu concluziile relevante pentru proiectare şi execuţie implică, în primul rând, o analiză funcţională, pe plan calitativ pentru stabilirea relaţiilor de tip cauză – efect şi cantitativ pentru cuantificarea probabilităţii de defectare. Analiza funcţională poate prezenta următoarele:

- aspecte externe: definirea sistemului, a funcţiilor şi fazelor de lucru;

- aspecte interne: descompunerea constructivă şi funcţională, identificarea fluxului funcţional.

În acest context clasificarea configuraţiilor de lucru se va face cu considerarea elementelor variabile şi a condiţiilor de mediu.

Descompunerile trebuie să meargă până la nivel de elemente interschimbabile şi vor fi de tip arborescent.

De asemeni se poate recurge la simulări de defectare şi testări de laborator specifice în vederea evaluării consecinţelor.

În legătură cu aceste aspecte se propune realizarea unui stand pentru testarea şi evaluarea performanţelor elementelor de siguranţă şi comandă frecvent întâlnite în sistemele cu fluide sub presiune.

Criteriul principal în conceperea standului este crearea unor condiţii cât mai apropiate de cele în care vor evolua elementele de siguranţă şi comandă, existenţa unor opţiuni de realizare a testării accelerate printr-un program adecvat elaborat de o unitate de calcul şi facilităţi privind achiziţia şi prelucrarea parametrilor de lucru.

Funcţionarea corectă a elementelor de siguranţă şi comandă este influenţată hotărâtor de starea suprafeţelor active şi de fenomenele tribologice specifice ce apar în timpul funcţionării. De exemplu la o supapă cu acţiune directă principalele suprafeţe active sunt cele de contact dintre scaun şi obturator şi cele de ghidare a tijei supapei.

Datorită contactului prelungit dintre cele două elemente pe suprafaţa de contact pot apărea fenomene de difuzie atomică, moleculară sau adsorbţie care generează creşterea presiunii de deschidere a supapei cu consecinţe negative asupra siguranţei de funcţionare a sistemului.

Suprafeţele de contact dintre scaun şi obturator sunt supuse şi unor procese de uzură sau modificării geometrice datorate prezenţei unor impurităţi dure în fluidul de lucru, a depunerilor de microparticule, a coroziunii şi altor influenţe.

Suprafeţele de ghidare pentru tija supapei sunt supuse în special la uzura de coroziune datorită prezenţei oxigenului, a apei sau a altor substanţe agresive din mediu în care sunt amplasate supapele.

Elementele de siguranţă şi comandă sunt supuse unor regimuri de lucru cu parametri variabili în limite foarte largi, cu variaţii de temperatură şi vâscozitate ale fluidului de lucru, cu şocuri mecanice, electrice şi magnetice, cu impurificări ale fluidului de lucru. Toţi aceşti factori conduc la modificarea caracteristicilor de reglaj, la decalibrări, la blocări şi chiar distrugeri ale armăturilor de siguranţă.

Capitolul 2. Soluţii constructive si funcţionale de armături de siguranţă

În scopul identificării principalelor sisteme tribologice din structura elementelor de siguranţă şi comandă ce lucrează cu fluide sub presiune se prezintă soluţii constructive şi funcţionale pentru aceste elemente.

2.1. Elemente tipice de siguranţă şi comandă pentru sisteme cu fluide sub presiune

O analiză a sistemelor cu fluide sub presiune pune în evidenţă că printre cele mai utilizate elemente de siguranţă sunt ventilele (supapele) de siguranţă, cu acţiune directă sau indirectă şi elementele de comandă de tipul ventile de purjare, de descărcare şi de comandă a debitelor de fluid.

Acţiunea acestor elemente se face direct de către fluidul a cărui presiune este controlată sau printr-o comandă adecvată pneumatică, hidraulică sau electrică.

În fig. 2.1 este prezentată schematic o supapă de siguranţă de tipul cu acţiune directă, funcţionând pe principiul echilibrului de forţe.