Co je třeba vědět při návrhu přírubového spoje podle TA-Luft a VDI 2440

Jiří Lukavský, ČVUT v Praze

Požadavky na velikost netěsností dle nových zákonů ČR, TA-Luft, VDI 2440

při přetlaku 1 bar helia, utahovacím tlaku 30 MPa, teplotě 200°nebo 250° C a za dále uvedených podmínek nemá překročit množství netěsností

1.10-4 mbar.l /s.m 1.10-5 kPa.l / s.m zákon o ochraně ovzduší č. 86/2002 Sb. + nařízení vlády

č 350 až 354/2002 Sb. pro emisní limity + vyhlášky MŽP č.355 a 356/2002 Sb. i se seznamem znečišťujících látek

TA-Luft (Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft) – stav 24.7.2002

VDI 2440, 200-11:Emmisionsminderung…..

Certifikát TÜV

splňuje podmínky TA Luft na množství netěsností

splňuje podmínky pro bezpečnost proti vystřelení

Docílené utahovací tlaky v normalizovaných přírubových spojích podle DN a PN – 80% ní

využití meze kluzu

Utahovací tlaky pro normalizované potrubní příruby DN 10 až 500, šrouby 5.6

0

20

40

60

80

100

10 25 50 80 100 200 300 400 500

jmenovité průměry DN

uta

hovací tlaky q

[M

Pa]

PN 6

PN 16

PN 40

PN 64

Přehled utahovacích tlaků pro VP, GR a TF těsnění

0 50 100 150 200 250 300 350

Qmax [MPa]

1,5 mm

3mm

1,5 mm

3 mm

1,5 mm

3 mm

1,5 mm

3 mm

1,5 mm

3 mm

1,5 mm

3 mm

1,5 mm

3 mm

IT-4

00V

P-A

VP

-SK

GR

-1,0

GR

-1,3

TF

-KK

TF

-S

Maximální utahovací tlaky při montáži a v provozu (180° C)

Dosahované netěsnosti u měkkých materiálů

vláknitopryžové: aramid 0,1-0,6 mg/s.m vlákna: sklo, keramika, uhlík 0,1 mg/s.m a nižší s vysokým obsahem uhlíku jako plniva-méně než 0,1

mg/s.m expandovaný grafit: čistota 98% C: 0,1 mg/s.m

čistota 99,75%: až 0,001 mg/s.m PTFE: čistý: 0,01 mg/s.m a nižší

expandovaný: 0,01 mg/s.m plněný: 0,01 mg/s.m a nižší

lepších hodnot dosahují kombinované materiály a kovová těsnění

Měření netěsností

dle DIN 3535 je směrná hodnota V/t=1 cm3/min dusíku na 90/50 mm při pi = 40 bar a q = 30 MPa

hmotnostní vyjádření dle DIN 28090 pro stejný rozměr a N2 (N2=1,25mg/cm3) – přetlaková zkouška

L = 1,25/(60..0,07)=0,0947 ~0,1 mg/(s.m) a tuto hodnotu lze přepočítat na jiný DN (střední těsnicí

průměr), příp. na jinou těsněnou látku (viskozitu) jednotky ve vakuové technice – (vakuová zkouška)

lusec/m (mbar.l/s.m) – dle VDI 2440 10-4 mbar.l/s.m – viz poznámka dále – měření = hmotový spektrometr

těkavé emise – koncentrace ppm - > 104 ppm (koncentrace 0.01) =netěsný zdroj; 104 až 103 ppm = emitující zdroj; < 103 těsný zdroj – dle EPA 21 – pro měření plamenové ionizační detektory

Přepočet netěsností z dusíku na jiný plyn

Proč nelze jednoduše srovnat výsledky tlakové a vakuové zkoušky ?

tlaková zkouška umožňuje měřit pouze v oblasti laminárního proudění netěsnosti (model: kapiláry, kde L/d je menší než 1)

množství netěsnosti m=[M..n.r4/(R.T.16..L)].(pi2-pe

2)

vakuová zkouška je většinou zaměřena na oblast vyšší těsnosti – oblast difúzního proudění (zde je L/d mnohem větší než 1)

množství netěsností m = [(4.n.r3/3.L).(2..M/R.T)].p

výsledky obou zkoušek lze jen obtížně srovnat ! !

Postup měření podle VDI 2440

tisícinovéhodinky

měrný šroub

vnitřní prostor

tlakový snímač

těsnění

výplň

vytápění

Postup měření dle VDI 2440/VDI 2220

po utažení spoje na 30 MPa zahřát spoj na 200° příp. 250° C a držet na teplotě 16 h

ochladit na teplotu okolí zatížit vnitřním přetlakem 1 bar (40 bar) a naplnit heliem měřit netěsnosti hmotovým spektrometrem v závislosti

na čase (různý průběh podle materiálu těsnění) – min. 48 h

Vliv různých veličin pro nalezení nejvhodnějšího těsnění pro dané podmínky

materiál těsnění (pro daný pi a T) 1) v rámci PN 40 2) nad PN 40

vliv čistoty materiálu těsnění (GR) nebo u (VP) množství vláken, pojiv a plniv)

vliv poměru b/h – vliv tloušťky těsnění teplotní roztažnost, tepelná vodivost tlaková stálost (relaxace napětí: 50 MPa, 300°

C, 16 h )

Těsnicí materiály

vláknitopryžové materiály – FA expandovaný grafit – GR teflon PTFE – TF

a) virginální – čistý TF b) expandovaný eTF c) plněný pTF

slída – SL kombinované materiály - MK kovové materiály - K

Složení VP- materiálů

VLÁKNA: POJIVA: PLNIVA:

celulóza NBR (100° C) křída

aramid SBR (110° C) mastek

uhlík EPDM (140° C) grafit aj.

sklo FPM (250° C) POMOCNÉ PROSTŘEDKY

minerály aj. vulkanizátory

azbest(chrysotil,krokydolit)

urychlovače

Složení azbestových a bezazbestových vláknitopryžových materiálů

AT: vlákna: 70 – 90% pojiva: 10 – 15% plniva: 5 – 15% pomocné

prostředky: 1 – 5% AZBEST

BAT:vlákna: 5 – 50%pojiva: 10 – 30%plniva: 40 – 80%

pomocné prostředky: 1 – 7%

BEZAZBEST

Vliv azbestu:

NEBEZPEČÍ (zejména u anorganických vláken = azbest aj.)-zákony, zákoník práce

KARCINOGENNÍ jsou: délky vláken l > 5 µm průměry vláken d < 3 m a l/d > 3 : 1 Index karcinogenity =

odolnost vlákna v plicní kapalině =

= biorozpusnost

Poznámky k výběrovým řízením každé těsnění by mělo mít certifikát TÜV nebo Lloyd,

potvrzující, že parametry uváděné v prospektech firmy skutečně odpovídají – jde především o max. provozní tlak a teplotu

cena těsnění není rozhodující – nižší cena může ukazovat, že materiál použitý pro těsnění není kvalitní a nemá potřebné složení např. vláken, pryže a plniv; u expandovaného grafitu to bývá nižší hustota, než je proklamovaná v dodávce

zásadně nelze očekávat stejnou bezpečnost, provozní spolehlivost a komfort u Trabanta a např. u Mercedesa:

to je notoricky známé a přesto u těsnění se otázka bezpečnosti, životnosti a provozní spolehlivosti zanedbává – zásadně se neprovádí kalkulace nákladů !