33-99No. Mufu E Rd., Gulou District, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
33-99No. Mufu E Rd., Gulou District, Nanjing, Čína [email protected] | [email protected]
U regulačního ventilu pro tlak se nastavení tlaku obvykle provádí úpravou předpínací síly pružiny pomocí nastavovacího šroubu. Tlak se mění otáčením tohoto šroubu.
Obrázek 11-1: Uzavřený regulační ventil pro tlak. Nastavovací šroub nastavuje předpínací sílu pružiny, která určuje tlak, při němž se šoupátko zvedne a ventil se otevře.
V hydraulických systémech mají tlakové regulační ventily s normálně uzavřeným průtokem několik využití. Kromě použití jako pojistné ventily systému lze tyto ventily také použít k řízení posloupnosti akcí – tedy k tomu, aby jedna akce proběhla před druhou. Dále je lze použít k vyrovnání vnějších mechanických sil.
Tlakový regulační ventil s normálně uzavřeným průtokem, který řídí posloupnost akcí tak, že jedna akce proběhne před druhou, se nazývá sekvenční ventil.
V hydraulickém obvodu, který zároveň provádí upínání a vrtání, musí být pístnice upínacího válce vysunuta dříve než pístnice vrtacího válce. K tomuto účelu je řadový ventil umístěn v obvodu těsně před vrtacím válcem. Pružina v řadovém ventilu neumožňuje uzavření hlavního a vedlejšího průtoku pohyblivým jádrem, dokud tlak není dostatečně vysoký na překonání síly pružiny – dokud k tomu nedojde, je průtok ke vrtacímu válci blokován. Proto se nejprve vysune upínací válec. Jakmile upínací válec dosáhne obrobku, musí čerpadlo dodávat vyšší tlak, aby překonalo odpor. Tím se tlak zvýší nad řídicí tlak působící na jádro řadového ventilu, což způsobí spojení hlavního a vedlejšího průtoku a průtok se směřuje ke vrtacímu válci – vrtací válec se poté začne pohybovat.
Obrázek 11-2: Obvod s řadovým ventilem. Protože řadový ventil blokuje průtok ke vrtacímu válci, dokud se v systému nevytvoří dostatečný tlak, je upínání vždy dokončeno dříve, než začne vrtání.
Normálně uzavřený regulační ventil tlaku, který se používá k vyrovnání nebo podpoře zátěže (např. lisovací desky), se nazývá vyrovnávací ventil.
V obvodu lisu, když směrový ventil přivádí proud do slepé části válce, bude lisovací deska připojená k pístní tyči padat neovladatelně vlivem gravitace a průtok čerpadla bude vyčerpán. Aby se tomu zabránilo, je za lisovacím válcem nainstalován normálně uzavřený tlakový ventil. Šoupátko ventilu neotevře hlavní průtok do sekundárního okruhu, dokud tlak na spodní straně nedosáhne hodnoty vyšší než tlak vyvolaný hmotností lisovací desky. Jinými slovy tento postup při přívodu oleje do slepé části válce po celou dobu sestupného zdvihu vyrovnává hmotnost lisovací desky.
Urovnávací ventil lze také použít k brzdění rotačního pohybu hydraulického motoru zatíženého velkou hmotností. U hydraulického motoru, který pohání těžká kola, může po dosažení určitého momentu setrvačnosti dojít k přeřazení motoru (nepředvídatelnému zrychlení). Pokud je u výstupu motoru nainstalován urovnávací ventil, tento ventil se otevře pouze tehdy, když tlak na výstupu dosáhne nastavené hodnoty. Tento protitlak působí proti síle vznikající přeměnou rotačního momentu těžkých kol.
Obrázek 11-3: Urovnávací ventil. (Nahoře) Zabraňuje nekontrolovanému poklesu lisovací desky. (Dole) Zabraňuje přeřazení těžce zatíženého motoru, když zátěž pohání motor.
Jednoduchý pojistný ventil se v podstatě skládá z těla ventilu se zdmičkou, která je zatížena tuhou pružinou. Když tlak na straně zdmičky opačné než strana pružiny stoupne dostatečně vysoko, zdmička se posune a otevře průchod, kterým se část průtoku čerpadla odvede do nádrže.
V příkladovém obvodu je jednoduchý uzavírací ventil nastaven tak, že když tlak na výstupu z čerpadla dosáhne 1 000 psi (68,97 baru), vznikne uzavírací průtok 10 gpm (37,9 l/min). To neznamená, že se ventil náhle otevře při tlaku 1 000 psi (68,97 baru) – spíše se začne už při nižších tlacích pod 1 000 psi (68,97 baru) postupně otevírat od určitého nízkého tlakového bodu a odvádět část průtoku do nádrže. V míře, jak se tlak blíží hodnotě 1 000 psi (68,97 baru), se otevření ventilu postupně zvětšuje, aby umožnilo větší průtok do nádrže. V bodě nastavení 1 000 psi (68,97 baru) je průřez otvoru dostatečně velký, aby umožnil plný průtok 10 gpm (37,9 l/min). Když tlak v systému klesne pod tlak otevření uzavíracího ventilu, zmizí z obvodu průchod do nádrže vytvořený otevřením ventilu.
Otevření uzavíracího ventilu je v podstatě funkcí otvoru. Stejně jako u jakéhokoli zařízení s otvorem je průtok tímto otvorem ovlivněn teplotou kapaliny a tedy i její viskozitou.
U ventilu pro omezení tlaku nastaveného na 1 000 psi (68,97 baru) pro přečerpání 10 gpm (37,9 l/min) se předpokládá, že viskozita oleje zůstává konstantní. Při pokojové teplotě je viskozita oleje v nádrži zařízení 400–500 SUS (86,3–107,9 cSt). Při této viskozitě způsobí nastavení tlaku omezení systému na 1 000 psi (68,97 baru) přečerpání 10 gpm (37,9 l/min) prostřednictvím otvoru ventilu. Jakmile se olej zahřeje, může být tlak čerpadla omezen na 900 psi (62 barů) nebo nižší. Důvodem je, že s rostoucí teplotou oleje klesá jeho viskozita – například na 100 SUS (21,6 cSt). To znamená, že nižší tlaková síla je schopna protlačit 10 gpm (37,9 l/min) průtoku otvorem uzavíracího ventilu do nádrže.
Opakovaný jev nastane, pokud je uzavírací ventil nastaven na provozní viskozitu – při spuštění čerpadla je teplota oleje nízká a jeho viskozita vysoká, takže tlak čerpadla může dosáhnout 1 100 psi (75,9 baru). U systémů s přísnými maximálními limity tlaku čerpadla by měl být systém před nastavením uzavíracího ventilu předehřát.
Obrázek 11-5 Vliv teploty na nastavení pojistného ventilu. Studený (vysoce viskózní) olej vyžaduje vyšší tlak pro průtok stejným množstvím. Před nastavením pojistného ventilu je vždy nutné systém předehřát.
Opotřebení čerpadla ovlivňuje také nastavení pojistného ventilu. U pojistného ventilu nastaveného na přečerpání 10 gpm (37,9 l/min) při tlaku 1 000 psi (68,97 baru) může být přes otvor ventilu do nádrže přečerpáno 10 gpm (37,9 l/min) průtoku čerpadla, pokud je na vstupním portu ventilu zajištěn tlak 1 000 psi (68,97 baru). V průběhu opotřebení se hydraulické čerpadlo opotrebuje, klesá jeho výstupní průtok; klesá také průtok přes pojistný ventil, a proto klesá i tlak. U ventilu nastaveného na přečerpání 10 gpm (37,9 l/min) při tlaku 1 000 psi (68,97 baru) může být při snížení přečerpávacího průtoku na 5 gpm (18,95 l/min) způsobeném opotřebením čerpadla tlak pojistného ventilu systému pouze 900 psi (62 baru). Při úpravě nastavení pojistného ventilu mohou vzniknout podobné situace.
Tlak prasknutí je tlak, při kterém se pojistný ventil začíná otevírat svou obtokovou cestu. U jednoduchého pojistného ventilu je tento tlak mírně nižší než nastavená hodnota pojistného ventilu. Jednoduché pojistné ventily mají vlastnost předprasknutí.
Na diagramu výkonové charakteristiky jednoduchého pojistného ventilu je ventil nastaven tak, aby přes obtokovou cestu vedl 10 gpm (37,9 l/min) při tlaku 1 000 psi (68,97 bar). Křivka ukazuje, že ventil se otevírá při tlaku 800 psi (55,2 bar) a jak se tlak blíží hodnotě 1 000 psi (68,97 bar), zvyšuje se průtok obtokovou cestou – nakonec při tlaku 1 000 psi (68,97 bar) je otvor ventilu dostatečně velký na to, aby prošlo 10 gpm (37,9 l/min).
Předčasné otevření přetlakového ventilu je pro systém nevýhodou. Předpokládejme, že čerpadlo/motor vytváří tlak 750 psi (51,7 bar) a dodává 10 gpm (37,9 lpm) do hydraulického zařízení, kde je pro zátěž potřebný tlak 550 psi (37,9 bar) a zbývajících 200 psi (13,8 bar) překonává hydraulický odpor kapaliny. Použitím jednoduchého přetlakového ventilu nastaveného na 1 000 psi (68,97 bar) zůstává tento ventil v daném okamžiku uzavřen a veškerý tlakový olej je přímo přiváděn do pracovní zátěže.
Pokud tlak zátěže stoupne na 700 psi (48,28 bar), musí čerpadlo/motor zvýšit svůj výstupní tlak na 900 psi (62,1 bar) (za předpokladu konstantního průtoku). Protože tlak otevření přetlakového ventilu je 800 psi (55,2 bar), je při současném tlaku čerpadla převedeno 5 gpm (18,95 lpm), což znamená, že hydraulické zařízení dostane méně než plný průtok čerpadla a operace se proto vykoná sníženou rychlostí. Současně protéká olej otvorem přetlakového ventilu a vyvolává zbytečné teplo.
Pokud je tlak zátěže 750 psi (51,7 baru), musí čerpadlo/motor vyvinout tlak 950 psi (65,5 baru) — ještě vyšší tlak při větším průtoku, který obtéká přes otevřenou štěrbinu pojistného ventilu, způsobuje další pokles rychlosti aktuatoru a vzniká ještě více zbytečného tepla.
Obrázek 11-7: Vliv tlaku před rozbitím. Jednoduchý pojistný ventil začíná obtékat proud již před dosažením nastaveného tlaku, což snižuje rychlost aktuatoru a ztrácí se energie ve formě tepla při středních tlacích zátěže.
Tlakový regulační ventil s normálně uzavřenou polohou má v normální poloze primární a sekundární přípojky odpojené a měří tlak na primární přípojce. Tlakový ventil s normálně otevřenou polohou má v normální poloze primární a sekundární přípojky spojené a měří tlak na sekundární přípojce.
Redukční ventil je obvykle tlakový regulační ventil s normálně otevřenou polohou.
Regulační ventil funguje tak, že snímá tlak za ventilem. Pokud tlak za ventilem dosáhne nastavené hodnoty ventilu, uzavírací kužel částečně uzavře průtok a vytvoří trysku, která přemění nadbytečnou energii tlaku před ventilem na teplo. Pokud tlak za ventilem klesne, uzavírací kužel se otevře širší, čímž umožní opětovné zvýšení tlaku.
Uvedený příklad upínacího obvodu vyžaduje, aby upínací válec B vyvíjel menší sílu než upínací válec A. K tomuto účelu je před upínacím válcem B nainstalován regulační ventil, který snižuje tlak dodávaný do válce B na hodnotu nastavenou regulačním ventilem. V tomto nastaveném tlakovém bodu regulace uzavíracího kužele regulačního ventilu vytváří funkci trysky, která přeměňuje nadbytečnou energii tlaku před ventilem na teplo. Válec B upíná při sníženém tlaku.
Tlak na sekundárním výstupním portu redukčního ventilu za jmenovitých průtokových podmínek je nižší než za podmínek nulového průtoku. Rozdíl mezi těmito dvěma redukovanými tlaky je tzv. statický tlakový spád redukčního ventilu. Statický spád je vlastní charakteristikou redukčního ventilu, která dále vysvětluje, proč se tlak s rostoucím průtokem zvyšuje. Redukční ventil s jmenovitým průtokem 15 gpm (56,85 l/min) má při jmenovitém průtoku a jmenovitém provozním tlaku statický tlakový spád přibližně 50 psi (3,45 bar), zatímco redukční ventil s jmenovitým průtokem 100 gpm (379 l/min) může mít statický tlakový spád až 150 psi (10,3 bar).
Obrázek 11-9: Statický tlakový spád redukčního ventilu. Výstupní tlak je během průtoku mírně nižší než po zastavení průtoku. Čím vyšší je jmenovitý průtok ventilu, tím větší je tento rozdíl.
Při pohybu uzavíracího tělesa regulačního ventilu tlaku uvnitř těla ventilu uniká část oleje pod tlakem do dutiny nad uzavíracím tělesem. Aby mohl ventil správně fungovat, musí být dutina nad uzavíracím tělesem neustále vyprazdňována, aby nedošlo k zablokování jeho pohybu. Vyprazdňování se dosahuje vytvořením odvodního kanálu uvnitř těla ventilu a jeho připojením k nádrži.
Je-li sekundární přípojka tlakového ventilu připojena k nádrži – jako u pojistných a protizátěžových ventilů – je odvodní kanál interně spojen se sekundární přípojkou (návratovou přípojkou). Tento způsob se nazývá vnitřní odvod.
Je-li sekundární přípojka tlakového ventilu tlakovou přípojkou (pracovní přípojkou), jako u pořadových a redukčních ventilů, je odvodní kanál samostatnou trubkou vedoucí do nádrže. Tento způsob se nazývá vnější odvod. Pořadové a redukční ventily jsou typicky tlakové regulační ventily s vnějším odvodem.
Dosud bylo snímání tlaku prováděno prostřednictvím průchodů uvnitř těla ventilu. U normálně uzavřených ventilů se tlak obvykle snímá na primárním přípojném místě, u normálně otevřených ventilů na sekundárním přípojném místě. Tento způsob snímání tlaku se nazývá přímé řízení nebo místní řízení. Regulační ventil tlaku může také snímat tlak z jiné části systému prostřednictvím externího potrubí – tomuto způsobu se říká dálkové řízení nebo pilotní řízení.
Obrázek 11-10: Přímé řízení (vlevo) snímá tlak na přípojném místě samotného ventilu. Dálkové řízení (vpravo) umožňuje, aby vzdálený tlakový signál otevřel nebo upravil ventil – to je užitečné např. při vybíjení akumulátoru a při řazení činnosti více hydraulických válců.
Vybijecí ventil je dálkově řízený normálně uzavřený regulační ventil tlaku. Jakmile tlak v systému v místě snímání dosáhne předem nastavené hodnoty, ventil přesměruje proud do nádrže.
V obvodu akumulátoru s přímo řízeným tlakovým ventilem, jakmile se akumulátor naberou na nastavený tlak ventilu, výstupní průtok čerpadla se vrátí do nádrže při tlaku nastaveném pojistným ventilem. To způsobuje významné ztráty výkonu a vytváří velké množství zbytečného tepla. Připojením řídícího potrubí za zpětný ventil k vybíjecímu ventilu se dosáhne toho, že jakmile se akumulátor naberou na nastavený tlak ventilu, řídící tlak ventil otevře a přesměruje průtok čerpadla do nádrže při nejnižším možném tlaku. V tomto okamžiku čerpadlo nemusí dodávat vysoký tlak, aby udrželo vybíjecí ventil otevřený, protože řídící tlak pochází z akumulátoru, který je zpětným ventilem izolován. Protože tlak čerpadla v tomto okamžiku je zanedbatelný, jsou i ztráty výkonu zanedbatelné.
Obrázek 11-11: Obvod vybíjecího ventilu. Jakmile je akumulátor nabit, zpětný ventil ho izoluje od čerpadla a vybíjecí ventil přesměruje průtok čerpadla do nádrže při minimálním tlaku – tím se během režimu pohotovosti ušetří téměř celý výkon čerpadla.
Přímo působící vyrovnávací ventil nainstalovaný v proudové dráze za válcem, který podporuje stiskovou desku lisu, může účinně vyrovnat nebo kompenzovat hmotnost desky. Během procesu stlačování však, když deska prochází materiálem, by se její hmotnost neměla přičítat k celkové síle stlačování. Pokud to není požadováno, měl by být vyrovnávací ventil řízen na dálku, přičemž jeho řídicí potrubí je připojeno k pracovnímu potrubí druhého válce. Při použití vyrovnávacího ventilu řízeného na dálku zůstává deska vyrovnaná i během sestupného pohybu, avšak během procesu stlačování lze využít hmotnost desky jako součást síly stlačování. Během celého sestupného zdvihu: v prázdném zdvihu se vlastní hmotnost desky snaží táhnout pístní tyč válce dolů, tlak v horním toku a tlak v řídicím potrubí klesají, vyrovnávací ventil má tendenci se uzavřít, čímž se zvyšuje odpor a brání průtoku, aby udržel krok s rychlostí sestupu; během procesu stlačování je vyrovnávací ventil široce otevřen vysokým řídicím tlakem v horním toku, na straně pístní tyče není žádný zpětný tlak, takže hmotnost desky může přispět k síle stlačování.
Poznámka: Zobrazený obvod je zjednodušený diagram. Skutečný obvod vyžaduje vylepšení, aby bylo dosaženo stabilního provozu.
V zobrazeném obvodu hydraulického motoru se přímo působící protizávažový ventil používá k brzdění rotační setrvačnosti těžké zátěže. Protizávažový ventil je nastaven na 800 psi (55,2 baru) a stále zajišťuje protitlak rotující zátěži, takže rychlost zátěže nemůže překročit průtok čerpadla a způsobit příliš vysokou rychlost. Tento stav však také znamená, že tlak na vstupu do motoru musí překročit pracovní tlak zátěže plus 800 psi (55,2 baru) – to je nevýhoda. K jejímu překonání lze namísto toho použít brzdný ventil.
Brzdný ventil je normálně uzavřený tlakový regulační ventil se dvěma řídicími porty – přímým i dálkovým. Oba způsoby řízení jsou připojeny současně. Brzdné ventily se běžně používají s hydraulickými motory a nahrazují přímo působící protizávažové ventily v obvodech hydraulických motorů.
Brzdový ventil se skládá z těla ventilu, uzavíracího kužele, řídícího pístu, předpínací pružiny a zařízení pro nastavení pružiny. Tělo ventilu má primární, sekundární, vnitřní řídící a vnější řídící kanály.
Brzdný ventil je ventil uzavřený v normálním stavu. Předpokládejme, že předpínací pružina je nastavena na otevření přímého řízení při tlaku 800 psi (55,2 baru). Když tlak v interní řídicí trubce dosáhne 800 psi (55,2 baru), řídicí píst se posune nahoru a tlačí šoupátko, čímž brzdný ventil otevře. Když tlak klesne pod 800 psi (55,2 baru), ventil se uzavře. Tento proces je identický s funkcí přímo působícího protizávažného ventilu. Plocha interního řídicího pístu je mnohem menší než průřezová plocha šoupátka – poměr ploch je obvykle 8:1. Externí řídicí přípojka je obvykle připojena k druhé pracovní větvi motoru. Externí tlak působí na opačném konci dutiny šoupátkové pružiny – k otevření ventilu je potřeba pouze 100 psi (6,89 baru), protože tento tlak působí na spodní konec šoupátka, jehož plocha je osmkrát větší než plocha řídicího pístu.
Předpokládejme, že brzdový ventil je nastaven na přímou regulaci při tlaku 800 psi (55,2 baru). Jakmile tlak v přívodním potrubí motoru dosáhne 100 psi (6,89 baru), brzdový ventil se otevře a tlak v přívodním potrubí motoru bude plně využit k otáčení zátěže (za předpokladu, že 100 psi / 6,89 baru je vyšší). Pokud zátěž přeběhne, tlak v přívodním potrubí motoru klesne, brzdový ventil se uzavře a zpětný tlak 800 psi (55,2 baru) se znovu otevře, čímž se zvýší odpor a zpomalí zátěž.
Brzdový ventil je tlakový regulační ventil s normálně uzavřenou polohou. Jeho činnost je přímo spojena s požadavky zátěže motoru.
Obrázek 11-13: Brzdový ventil. Na rozdíl od jednoduchého protizávažného ventilu má brzdový ventil jak přímou (vnitřní), tak dálkovou (vnější) regulaci. Poměr ploch 8:1 znamená, že k jeho otevření je zapotřebí pouze vnější řídící tlak 100 psi – motor tak může zátěž snadno pohánět, přičemž stále poskytuje brzdící zpětný tlak 800 psi, pokud se zátěž pokouší překročit povolenou rychlost.
S výjimkou pojistných a odlehčovacích ventilů vyžadují všechny tlakové ventily obvykle zpětný tok, aby mohly volně propouštět. Normálně uzavřené tlakové ventily snímají tlak na primárním přípojném místě – pokud se směr toku obrátí, tlak na primárním přípojném místě klesne, šoupátko se uzavře a spojení mezi primárním a sekundárním přípojným místem je přerušeno. Protože zpětný tok nemůže procházet normálně uzavřenými tlakovými ventily, je nutné použít zpětný ventil k obejití tohoto typu ventilu.
Normálně otevřené tlakové ventily snímají tlak na sekundárním průchodu – dokud se směr toku obrací a tlak na straně výstupu zůstává pod nastavenou hodnotou, zůstává průchod ventilu stále otevřený, takže není nutný žádný zpětný ventil. V praxi však jakmile tlak na sekundárním přípojném místě překročí nastavenou hodnotu, šoupátko náhle uzavře. Jako opatření předbezpečnosti se často kombinují zpětné ventily a redukční ventily, aby byl zajištěn zpětný tok.
Z tohoto kapitoly lze shrnout klíčová pravidla pro tlakové regulacní ventily:
Obrázek 11-15 Grafické symboly pro všechny regulační ventily tlaku. Poznámka: sekvenční ventily a redukční ventily mají vždy externí odvodní potrubí (zobrazeno čárkovanými čarami směrem k nádrži). Přetlakové, vybavovací a protizávažné ventily používají interní odvod.
Klíčové termíny používané u regulačních ventilů tlaku:
Vítejte v HOVOO, čínské továrně na pečlivky. Výroba PU, gumiakových a PTFE pečlivek. Pečlivky zahrnují O-ring, pístovou pečlivku, válcovou pečlivku, Gray ring a plynovou pečlivku.
EN
AR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
IW
ID
LV
SR
SK
VI
HU
MT
TH
TR
FA
MS
GA
CY
IS
KA
UR
LA
TA
MY
