Moderní průmyslové aplikace vyžadují spolehlivé řízení kapalin a plynů. Klíčovou roli hrají dvoucestné, dvoupolohové ventily (2/2 ventily). Jde o ventily, které mají jeden vstup a výstup a mohou být otevřené nebo zavřené. Správná volba těchto ventilů zásadně ovlivňuje spolehlivost a energetickou účinnost celého zařízení.
Při výběru 2/2 ventilů je nezbytné zohlednit provozní podmínky, jako je typ média, tlak a teplota, a podle toho zvolit vhodný materiál a konstrukční provedení. Neméně důležitá je provozní spolehlivost a těsnost — kvalitní ventil vydrží miliony spínacích cyklů bez poklesu výkonu a v uzavřené poloze bezpečně zadržuje médium, čímž předchází ztrátám tlaku i zbytečnému plýtvání. Významnou roli hraje také energetická účinnost. Optimálně navržený ventil s dostatečnou světlostí průtoku nevytváří zbytečné tlakové ztráty a snižuje tak nároky na čerpadla nebo kompresory. Moderní elektromagnetické ventily navíc využívají cívky s minimálním příkonem a rychlou odezvou, takže ke změně polohy spotřebují jen zanedbatelné množství energie. Tyto faktory jsou klíčové zejména v automatizovaných provozech, kde desítky až stovky ventilů pracují nepřetržitě — úsporná konstrukce ventilů zde může znamenat významné snížení celkové spotřeby elektrické energie.
Až třicet otázek při výběru vhodného ventilu
Při výběru 2/2 ventilu, například pro automatické ovládání přívodu vody, se často kladou pouze dvě základní otázky: Jaký má mít ventil připojovací závit? Jaké napětí je požadováno pro jeho ovládání v případě elektromagnetické varianty? To je však nedostatečné. K základním parametrům, které je nezbytné doplnit, patří i provozní tlak a teplota média. Tento výchozí soubor údajů nás může dovést k základnímu typu ventilu. Pokud ale chceme zvolit komponentu, která bude dlouhodobě fungovat spolehlivě, bez ztrát, úniků a zbytečné energetické náročnosti, je nutné položit si otázek mnohem více. Ve specifických případech to může znamenat až třicet různých parametrů, které je třeba systematicky vyhodnotit, zejména pokud navrhujeme celý systém od základu. Dobrou zprávou je, že i v této oblasti existují pokročilé online nástroje, které celý proces výběru výrazně usnadňují — například online konfigurátory dostupné na webových stránkách společnosti SMC. Konfiguraci lze zahájit buď popisem aplikace, pro kterou ventil vybíráme, nebo výběrem podle konkrétních technických parametrů, jež následně postupně zadáváme. Prvním z nich je pochopitelně výběr média, které bude ventilem protékat. V průmyslových aplikacích pro všeobecné použití není kontakt mezi vnitřními pohyblivými částmi ventilu a médiem obvykle kritický, avšak odolnost vůči okolnímu prostředí hraje zásadní roli — zejména tam, kde jsou ventily instalovány v prostředí s vysokou vlhkostí. V takových případech se jako ideální řešení osvědčují například ventily řady JSX od společnosti SMC, které díky tělesu i cívce z korozivzdorné oceli vykazují vysokou odolnost vůči korozi a vlivům okolního prostředí. Tyto ventily prošly náročným vývojovým a testovacím procesem — mimo jiné zkouškami korozní odolnosti dle normy ISO 14993, odolnosti plastových a elastomerových částí vůči UV záření dle ČSN EN ISO 4892-3 a také zkouškami odolnosti proti ozónovému stárnutí dle ČSN ISO 1431-1. Dalším klíčovým faktorem při výběru je provozní tlak. U procesních ventilů přitom není rozhodující pouze jeho maximální hodnota. Stejně důležité jsou také provozní hodnota minimální a zejména diferenční tlak, tedy rozdíl mezi tlakem na vstupu a výstupu. Právě tento parametr často určuje, zda bude ventil ve zvolených provozních podmínkách schopen spolehlivě otevírat a zavírat. Na příkladu řady JSX, elektromagneticky ovládaných 2/2 ventilů pro různá média od společnosti SMC, si můžeme ukázat zásadní konstrukční rozdíly mezi ventily, které jsou určeny pro odlišné tlakové úrovně v systému. Základní konstrukční variantou jsou tzv. přímo ovládané ventily, kde je ventilové sedlo ovládáno přímo elektromagnetickou cívkou. Výhodou tohoto řešení je jednoduchá konstrukce a kompaktní rozměry tělesa ventilu. S rostoucí velikostí připojovacích závitů však roste i síla potřebná k otevření nebo uzavření ventilu, protože tlak média působí na větší plochu sedla. U ventilů se světlostí 1/8″ a maximálním provozním tlakem 1,0 MPa je tak povolený diferenční tlak ještě 0,9 MPa. U stejného typu s připojovacím závitem 3/8″, ale se shodnou elektromagnetickou cívkou a příkonem, je již maximální diferenční tlak pouze 0,2, nebo dokonce 0,1 MPa. Pokud aplikace vyžaduje vyšší diferenční tlak, nabízí řada JSX tzv. nepřímo ovládané provedení. Tento typ — stejně jako řada dalších ventilů pro řízení stlačeného vzduchu — využívá k ovládání sedla energii samotného média. Elektromagnetická cívka zde ovládá pilotní ventil, který propouští ovládací médium k hlavnímu sedlu nebo membráně ventilu. Tím je možné dosáhnout mnohem vyšších parametrů diferenčního tlaku, a to i při zachování nízkého příkonu elektromagnetu, jak je patrné i ze schémat konstrukčního řešení. Zvláštní kategorii tvoří ventily pro nulový diferenční tlak, které umožňují spolehlivou činnost i v situaci, kdy je tlak na vstupu a výstupu prakticky totožný. Taková situace nastává například při napouštění tlakových nádrží, kdy není k dispozici dostatečný tlakový spád. V těchto případech je nutné použít konstrukčně specifické ventily, určené právě pro provoz za nulového diferenčního tlaku.
Jen takový příkon, jaký skutečně potřebujeme
Řada JSX nabízí kromě konstrukčních variant i další významnou výhodu, kterou je provedení s elektromagnetickou cívkou se sníženým příkonem. Princip této úspory je jednoduchý — pro přestavení sedla ventilu do nové polohy je potřeba krátkodobě vyšší výkon, zatímco pro udržení ventilu v dané poloze už postačuje jen minimální síla. Proto je cívka ventilů JSX doplněna o řídicí obvod, který po inicializaci přepne napájení do režimu s výrazně nižším příkonem. U ventilů velikosti 30 (např. s připojovacím závitem 3/8″) se tak spotřeba snižuje z 8 W na pouhé 3 W — což představuje úsporu až 63 % při zachování plné funkčnosti. V provozech s desítkami ventilů to znamená nejen snížení spotřeby energie, ale i nižší zatížení napájecí infrastruktury a menší produkci odpadního tepla.
Nejen elektřina — i stlačený vzduch jako spolehlivý ovladač
Elektromagnetické ventily však nejsou jedinou možností ovládání. V mnoha aplikacích nacházejí své místo i vzduchem ovládané ventily, kde je přestavení polohy sedla zajištěno přivedením řídicího tlaku. Typickým příkladem je řada JSB od společnosti SMC, která vyniká zajímavým konstrukčním řešením: sedlo ventilu není uloženo kolmo, ale pod úhlem co nejvíce přiblíženým směru proudění média. Díky tomu dosahuje ventil výrazně vyššího průtoku, než by bylo možné u klasického uspořádání, kde proudění naráží na kolmou překážku. Mírně větší zástavbové rozměry jsou přijatelnou cenou za tuto výhodu. Ještě významnější vlastností této řady je ale absence omezení diferenčního tlaku — ventil může pracovat v libovolném tlakové poměru až do svého maximálního provozního tlaku (1,0 nebo 1,6 MPa). Je to umožněno tím, že pístová plocha ovládaná stlačeným vzduchem je dostatečně dimenzovaná, aby ventil spolehlivě fungoval za všech provozních podmínek bez ohledu na tlakový spád mezi vstupem a výstupem.
Závěr
Správná volba 2/2 ventilu není jednoduchá úloha — od výběru vhodného typu, materiálu a způsobu ovládání závisí spolehlivost, bezpečnost i energetická efektivita celého systému. Ať už jde o elektromagnetické varianty s úsporným řízením, nebo o vzduchem ovládané ventily optimalizované pro maximální průtok, výběr ventilů je technickým rozhodnutím s dlouhodobým dopadem. Za pozornost stojí také nově navržené řady ventilů JSX a JSB od společnosti SMC, které přinášejí několik zajímavých konstrukčních výhod. Díky optimalizovanému vnitřnímu toku dosahují tyto ventily výrazně vyšších průtoků při stejné nebo menší velikosti než řada jiných běžně dostupných řešení. V oblasti životnosti se pak jejich konstrukce osvědčuje zejména při dlouhodobém provozu v reálných aplikacích, kde ventil zůstává funkční po velmi vysoký počet cyklů bez nutnosti zásahu. A právě v tom spočívá jejich zvláštní význam: když ventil funguje správně, nikdo o něm neví — a to je dobře.
/www.smc.cz/