Kritická volba výkonu solenoidového ventilu: Průvodce výběrem těsnicích materiálů

Úvod​

V průmyslové automatizaci slouží solenoidové ventily jako základní komponenty pro řízení průtoku kapalin v aplikacích od výroby a chemického zpracování až po energetiku a zdravotnictví. Zatímco konstrukce ventilů a elektromagnetická účinnost jsou často předmětem značné pozornosti, výběr těsnicích materiálů zůstává rozhodujícím faktorem pro dlouhodobý výkon. Těsnění zabraňují vnitřním i vnějším únikům, udržují tlakovou integritu a odolávají degradaci vlivem média, teploty a provozních cyklů. Nesprávné posouzení jejich kompatibility s provozními podmínkami může vést k předčasnému selhání, bezpečnostním rizikům a nákladným neplánovaným prostojům. Tento článek zkoumá tři široce používané těsnicí polymery –NBR, FKM a EPDM—a poskytuje strukturovaný rámec pro přizpůsobování materiálových vlastností požadavkům aplikace.

1. Úloha těsnění ve spolehlivosti solenoidových ventilů

Těsnění v solenoidových ventilech plní několik důležitých funkcí:

Prevence úniku: Vytvořením těsných bariér mezi pohyblivými částmi a tělesy ventilů zajišťují těsnění nulový únik ve statických i dynamických aplikacích.

Chemická odolnost: Musí odolávat agresivním médiím, včetně olejů, kyselin, rozpouštědel nebo páry, aniž by bobtnaly, praskaly nebo se degradovaly.

Adaptace na teplotu: Těsnění si zachovávají pružnost i při extrémních teplotách, od kryogenních podmínek až po vysokoteplotní páru.

Mechanická odolnost: Odolávají opakovanému stlačování a tření způsobenému ovládáním ventilu, opotřebení a vytlačování po miliony cyklů.

Nesprávná volba materiálu může vést k vytvrzení těsnění, vytlačování nebo chemické korozi – což jsou běžné příčiny selhání ventilu.

2. Klíčové těsnicí materiály: Vlastnosti a použití

2.1 NBR (nitrilový butadienový kaučuk)

Hlavní silné stránky: Vynikající odolnost vůči minerálním olejům, palivům a mazivům, což z něj činí cenově výhodné řešení pro hydraulické a pneumatické systémy. Nabízí také dobrou odolnost proti oděru a pevnost v tahu.

Omezení: Citlivé vůči ozonu, UV záření a rozpouštědlům na bázi ketonů/esterů; rozsah provozních teplot je užší než u pokročilých polymerů.

Teplotní rozsah: -30 °C až +100 °C (krátkodobě).

Ideální pro: Systémy stlačeného vzduchu, palivové potrubí motoru, řízení maziv a průmyslovou hydrauliku využívající minerální oleje.

2.2 FKM (fluorouhlíkový kaučuk)

Hlavní silné stránky: Vynikající odolnost vůči vysokým teplotám, chemikáliím a oxidaci. Těsnění FKM spolehlivě fungují v agresivních médiích, včetně kyselin, syntetických olejů a aromatických uhlovodíků.

Omezení: Vyšší náklady; omezená flexibilita při nízkých teplotách; nekompatibilní s ketony, estery a amoniakem.

Teplotní rozsah: -20 °C až +200 °C (krátkodobé špičky až 230 °C).

Ideální pro: Chemické zpracování, farmaceutická zařízení, vysokoteplotní parní potrubí a automobilové turbodmychadla.

2.3 EPDM (monomer ethylenpropylendienu)

Hlavní silné stránky: Vynikající odolnost vůči horké vodě, páře, ozonu a povětrnostním vlivům. Odolává také kapalinám na bázi fosfátových esterů (např. Skydrol) a zředěným kyselinám/zásadám.

Omezení: Nevhodné pro aplikace s minerálními oleji nebo palivy; vystavení těmto vlivům způsobuje rychlé bobtnání a selhání.

Teplotní rozsah: -40 °C až +150 °C (krátkodobě).

Ideální pro: Systémy úpravy vody, chladicí okruhy, zpracování potravin a nápojů a leteckou hydrauliku s použitím fosfátových esterů.

3. Srovnávací analýza: Výběr správného materiálu

Níže uvedená tabulka shrnuje klíčové atributy výkonu:

4. Metodologie strukturovaného výběru

Krok 1: Definování tekutých médií

Voda, pára nebo alkoholy: EPDM je obvykle optimální díky své hydrostabilitě.

Oleje, paliva nebo uhlovodíky: Vhodné jsou NBR nebo FKM, přičemž FKM je preferován pro zvýšené teploty nebo syntetické kapaliny.

Chemicky agresivní média: Ověřte kompatibilitu pomocí tabulek chemické odolnosti; FKM často poskytuje nejširší odolnost.

Krok 2: Změřte teplotu a tlak

Vysokoteplotní prostředí (>150 °C): Pro zamezení rychlého stárnutí je nezbytný FKM nebo specializované polymery (např. FFKM).

Kryogenní aplikace: Materiály na bázi EPDM nebo PTFE si zachovávají elasticitu i při nízkých teplotách.

Extrémní tlaky: Zajistěte, aby mechanická pevnost těsnění a jeho konstrukce proti vytlačování odpovídaly tlaku v systému.

Krok 3: Vyhodnocení omezení životnosti a nákladů

Krátkodobé, nekritické systémy: NBR nabízí rovnováhu mezi výkonem a hospodárností.

Dlouhá životnost, náročné prostředí nebo aplikace kritické z hlediska bezpečnosti: Investujte do FKM pro snížení prostojů a vyšší spolehlivost.

5. Běžná úskalí a důsledky

Použití NBR s párou nebo ozonem: Způsobuje tvrdnutí, praskání a netěsnost během několika týdnů.

Použití EPDM v ropovodech: Vede k rychlému bobtnání těsnění, zadření ventilů a selhání systému.

Výběr FKM pro nízkoteplotní plyny: Bez použití nízkoteplotních tříd může dojít ke křehkým lomům pod -20 °C.

6. Budoucí trendy v technologii těsnění

Vysoce výkonné směsi: Elastomery plněné PTFE zvyšují chemickou a teplotní odolnost a zároveň snižují tření.

Inteligentní těsnění: Vestavěné senzory monitorují opotřebení, tlak a teplotu, což umožňuje prediktivní údržbu.

Udržitelné materiály: Biopolymery a recyklovatelné sloučeniny získávají na popularitě v ekologicky uvědomělých odvětvích.

Závěr​

Výběr těsnicího materiálu není univerzální proces, ale systematické sladění vlastností materiálu s provozními požadavky. Zatímco NBR vyniká v systémech na bázi oleje, FKM odolává agresivním chemikáliím a vysokým teplotám a EPDM je bezkonkurenční v aplikacích s vodou a párou. Pochopení těchto rozdílů – a využití technických údajů od dodavatelů – zajišťuje optimální výkon ventilu, snižuje náklady na životní cyklus a zmírňuje provozní rizika.

Tento článek slouží pouze pro informační účely. Vždy si prostudujte technické listy a proveďte testy kompatibility pro konkrétní aplikace.

Reference​

Miller Valves – Těsnění solenoidových ventilů (2023)

Baidu Baike – Těsnicí materiály pro solenoidové ventily (2025)

Chemical Instrument Network – Těsnicí materiály pro nízké teploty (2023)

Ybzhan – Výběr materiálu pro ventily s korozivními kapalinami (2022)

ROTEX – Teplotní rozsahy těsnění (2023)

FESTO – Kritéria pro výběr materiálu těsnění (2022)