Použitie technológie vodného lúča v stavebníctve

V baníctve a stavebníctve možno túto technológiu použiť pri mnohých materiáloch (od sypkých, málo súdržných a dobre obrobiteľných cez plasticky málo pevné a obrobiteľné až po veľmi pevné a ťažko obrobiteľné), rôznych typoch betónov (liate, vibrované, striekané, vystužené a nevystužené, drôtované atď.) s rôznou abrazívnosťou a odporom proti obrábaniu.

Proces obrábania je založený na empirických poznatkoch (najmä z hľadiska stanovenia optimálnych rezných parametrov a vzhľadom na široký sortiment materiálov s „neznámymi“ fyzikálnymi a pevnostnými charakteristikami), a preto sa odporúča, aby zariadenia generujúce vodný lúč mali dostatočne vysoké výkony, t. j. aby boli univerzálne a zahŕňali možnosť použitia širšej kombinácie parametrov obrábania. Pri obrábaní materiálov v baníctve či stavebníctve sa možno často stretnúť s požiadavkou spracovať materiály priamo v teréne. V týchto prípadoch možno použiť mobilné hydraulické zariadenia, ktoré poháňajú najmä dieselové motory.

Obrábanie vodným lúčom

Množstvo aplikácií a operácií vykonávaných vodným lúčom umožňuje túto technológiu pomenovať ako obrábanie. Vodným lúčom možno najmä:

• rezať,
• čistiť,
• vykonávať iné aplikácie, napr. hydrodemolácie, t. j. hĺbkové zdrsňovanie, rezanie otvorov a pod.

Principiálne možno povedať, že na rezanie materiálov vodným lúčom sa používajú vyššie tlaky a menšie prietokové množstvá s relatívne malým príkonom a na hydrodynamické čistenie sa používajú nižšie tlaky a väčšie množstvá technologickej kvapaliny pri podstatne vyšších príkonoch. Vzhľadom na to, že požiadavky na rýchlosť a kvalitu obrábania materiálov neustále rastú, dochádza k prelínaniu technologických parametrov generovaných zariadeniami na rezanie a čistenie vodným lúčom. A to aj napriek tomu, že obidva druhy zariadení pracujú na odlišných princípoch generovania vysokých tlakov, pričom dominantnú úlohu hrá množstvo dodávanej kvapaliny (najmä z pohľadu možnosti transportu odobratého materiálu z miesta rezu a výkonu obrábania) (2).

Konštrukcia zariadení na obrábanie vodným lúčom

Zariadenie na generovanie, t. j. na tvorbu vysokotlakového vodného lúča, je najdôležitejším prvkom celého agregátu. Postupom času sa vyčlenili a používajú sa najmä tieto typy:

• hydrogenerátory – piestové čerpadlá pre veľké prietoky vody (300 l/min. a viac) a relatívne nižšie pracovné tlaky. Uplatnenie nachádzajú najmä pri čistení vodným lúčom. Poháňa ich elektromotor pri aplikáciách indoor (pod strechou) alebo dieselový motor v prípade aplikácií outdoor (v teréne). Používajú sa najmä v stavebníctve;
• multiplikátory – zosilňovače tlaku najmä pre vysoké pracovné tlaky až do 500 MPa a menšie prietoky vody. Vhodné najmä na dielenské aplikácie rezania vodným lúčom.

Piestové čerpadlá

Potrebný pracovný tlak vzniká v pracovnom priestore valcov pohybom piestov (utesnených manžetami) ovládaných prostredníctvom kľukového mechanizmu a sústavy sacích a výtlačných ventilov. V súčasnosti sa čerpadlá vyrábajú pre pracovné tlaky až 300 MPa pri hydraulickom výkone až 500 kW (obr. 1). Tieto piestové čerpadlá sa vyrábajú variabilným spôsobom, t. j. s možnosťou výmeny piestov na dosiahnutie úplne odlišných pracovných parametrov, resp. stavebnicovým spôsobom pre možnosť stavby 3-, 5-, či 7-piestových hydrogenerátorov, t. j. čerpadiel (3).

Hydraulický multiplikátor tlaku

Multiplikátor (hydraulický násobič) tlaku je dvojokruhové, dvojčinné piestové zariadenie na aplikácie vodného lúča, ktoré využíva na generovanie vysokého tlaku rovnosť síl na diferenciálnom pieste s dvoma rôznymi priemermi. V primárnom (nízkotlakovom) okruhu je pracovným médiom hydraulický olej, ktorý sa do priestoru valca privádza piestom s veľkým priemerom. Piest veľkého priemeru sa začne pohybovať a v sekundárnom (vysokotlakovom) okruhu sa postupným zmenšovaním priestoru pod malým priemerom piestu generuje požadovaný vysoký tlak vody. To umožňuje dosiahnuť veľmi vysoké pracovné tlaky (až 600 MPa), ale malé prietokové množstvá (rádovo l/min.). Výrobcovia multiplikátorov sa snažia pre niektoré aplikácie (čistenie, resp. rezanie abrazívnym vodným lúčom) zvýšiť prietokové množstvo vody paralelným zapojením niekoľkých multiplikátorov (doteraz je známe zapojenie maximálne 6 multiplikátorov), pričom sa aj tak dosiahne prietok vody iba niekoľko desiatok l/min. Multiplikátory sa preto najčastejšie využívajú najmä na presné rezanie v strojárstve, stavebníctve, ale aj v potravinárstve či v medicíne.

Hydraulické agregáty na WJM

Kompletné zariadenia na generovanie vysokotlakového vodného lúča okrem generátora vysokého tlaku ďalej obsahujú:

• pohonné motory (diesel, elektromotory a pod.),
• filtre prívodnej kvapaliny,
• regulačné, poistné a pracovné ventily,
• riadiace systémy s ochranou čerpadiel,
• tlakové rozvody kvapaliny (hadice a rúrky),
• pracovný nástroj (rezaciu hlavicu s dýzou, pištoľ, manipulátor a pod.).

Tieto zariadenia sa stavajú ako kompaktné zariadenia, ktoré vyhovujú bezpečnostným predpisom na aplikácie vodného lúča. Na použitie v teréne, resp. na pohyb v rámci závodov sa vyrábajú aj ako mobilné zariadenia na podvozkoch, prípadne s protihlukovým krytovaním na prácu v intravilánoch, v závodoch a pod. V stavebníctve možno úspešne využiť diaľkové ovládanie agregátov, a to diaľkovým ovládacím bezpečnostným nízkonapäťovým elektrickým káblom alebo rádiovou vysielačkou. Pri určitých aplikáciách môžu systémy pracovať v tzv. uzatvorenom režime s cirkuláciou pracovného média (obr. 2).

Príslušenstvo na vysokotlakové čistenie

Vzhľadom na spektrum použitia tejto technológie sa vyrába široký sortiment rozličných rotačných hlavíc a dýz, ktoré umožňujú zefektívniť prácu.
Ani tá najlepšia pumpa nemôže účinne plniť svoju funkciu bez výkonného koncového adaptéra pištole a rotačnej dýzy. Na využitie v stavebnom priemysle sa na sanáciu a čistenie objektov osvedčili tzv. rotačné hlavice s tlakovou hladinou až 2 800 barov. Existuje veľa typov rotačných dýz a hlavíc, pričom mnohé sa uplatnia aj v iných odvetviach priemyslu (3).

Aplikácie vodného lúča v stavebníctve

Technológia vysokotlakového vodného lúča sa v stavebníctve používa najmä na:

• abrazívne čistenie poškodených betónov a omietok, aj na veľkoplošné aplikácie,
• vymývanie cementového mlieka,
• čistenie betonárok a údržbu debniacich dielcov,
• hĺbkové sanácie betónových konštrukcií,
• odstraňovanie náterov a farieb z betónových konštrukcií,
• hydrodemolácie a rezanie betónu a iných stavebných konštrukcií.

Principiálne znázornenie sanácie poškodenej betónovej konštrukcie je na obr. 3.
Použitie vysokotlakového vodného lúča sa vyznačuje nenárazovým, t. j. nedynamickým pôsobením tlakovej kvapaliny na čistený objekt. Pôsobenie vody tak nevyvoláva v konštrukcii nijaké napätia a deformácie, resp. žiadne trhliny ani praskliny v dôsledku statického pôsobenia lúča na betónovú konštrukciu.

Ing. Zdenko Krajný, PhD.
Foto a obrázok: autor

Autor pracuje na Katedre výrobnej techniky na Strojníckej fakulte STU v Bratislave.

Literatúra:
(1)    Krajný, Z.: Konštrukcia vysokotlakových hydraulických zariadení na obrábanie vodným lúčom. In. Vysokotlakový vodní paprsek v kamenoprůmyslu a stavebnictví. AVČR Ostrava 1994, s. 1 – 5.
(2)    Krajný, Z.: Firemná literatúra fy. URACA. 2007.
(3)    Krajný, Z.: Vodný lúč v praxi. Knižná publikácia. EPOS Bratislava 1998. s. 384.
(4)    Krajný, Z.: Vysokotlakové agregáty URACA a ich využitie na úpravu betónových konštrukcií. In. Sanace betónových konstrukcí. BRNO 10. – 11. 5. 2000, s. 286 – 289.
(5)    Krajný, Z., Javorčík, L., Kolláth, L.: WJ Technolgy for a Concrete Refurbishment Stack at the Power Plant. In. 15 th International Conference on Jetting Technology. Ronneby, Sweden, 6. – 8. september 2000.