Γνωρίζουμε ήδη ότι η μέγιστη πίεση του συστήματος μπορεί να ελέγχεται με μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης κλειστής κατάστασης — η πρωτεύουσα πόρτα της συνδέεται με την πίεση του συστήματος, ενώ η δευτερεύουσα πόρτα της συνδέεται με τη δεξαμενή. Το έμβολο ελέγχει βάσει της προκαθορισμένης πίεσης: όταν οι πρωτεύουσα και δευτερεύουσα διαδρομές συναντηθούν σε ένα καθορισμένο σημείο, μέρος της ροής αποκλίνει προς τη δεξαμενή. Αυτή η βαλβίδα ελέγχου πίεσης κλειστής κατάστασης είναι η βαλβίδα ασφαλείας. Αυτό το κεφάλαιο καλύπτει όλους τους τύπους βαλβίδων ελέγχου πίεσης — την κατασκευή τους, τις εφαρμογές τους σε κυκλώματα και τα κύρια χαρακτηριστικά απόδοσής τους.

Ρύθμιση πίεσης

Σε μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης, η ρύθμιση της πίεσης γίνεται συνήθως με τη ρύθμιση της προ-φόρτισης του ελατηρίου με ένα ρυθμιστικό κοχλία. Η πίεση μεταβάλλεται καθώς περιστρέφεται ο κοχλίας.

Σχήμα 11-1: Βαλβίδα ελέγχου πίεσης κλειστής κατάστασης. Ο ρυθμιστικός κοχλίας καθορίζει την προ-φόρτιση του ελατηρίου, η οποία καθορίζει την πίεση στην οποία το έμβολο ανυψώνεται και η βαλβίδα ανοίγει.

Εφαρμογές βαλβίδας ελέγχου πίεσης κλειστής κατάστασης

Στα υδραυλικά συστήματα, οι βαλβίδες ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστές έχουν πολλαπλές χρήσεις. Εκτός από τη χρήση τους ως βαλβίδες ασφαλείας συστήματος, μπορούν επίσης να ελέγχουν τη σειρά των ενεργειών — δηλαδή να εξασφαλίζουν ότι μία ενέργεια θα πραγματοποιηθεί πριν από μία άλλη. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την εξισορρόπηση εξωτερικών μηχανικών δυνάμεων.

Βαλβίδα σειράς

Μία βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστή που ελέγχει τη σειρά εκτέλεσης δύο ενεργειών ονομάζεται βαλβίδα ακολουθίας.

Εφαρμογή κυκλώματος βαλβίδας ακολουθίας

Σε ένα υδραυλικό κύκλωμα που εκτελεί ταυτόχρονα σύσφιξη και διάτρηση, το κύλινδρο σύσφιξης πρέπει να εκτείνεται πριν από τον κύλινδρο διάτρησης. Για να επιτευχθεί αυτό, η βαλβίδα ακολουθίας τοποθετείται στο κύκλωμα αμέσως πριν από τον κύλινδρο διάτρησης. Η ελατηριωτή δύναμη της βαλβίδας ακολουθίας δεν επιτρέπει στον άξονα της βαλβίδας να συνδέσει τις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες διαδρομές μέχρις ότου η πίεση αυξηθεί επαρκώς για να υπερνικήσει τη δύναμη του ελατηρίου — μέχρι τότε, η ροή προς τον κύλινδρο διάτρησης παρεμποδίζεται. Έτσι, ο κύλινδρος σύσφιξης εκτείνεται πρώτος. Όταν η σύσφιξη έρθει σε επαφή με το εξάρτημα, η αντλία πρέπει να παρέχει υψηλότερη πίεση για να υπερνικήσει την αντίσταση. Αυτό αυξάνει την πίεση πάνω από την πιλοτική πίεση που ενεργεί στον άξονα της βαλβίδας ακολουθίας, συνδέοντας τις πρωτεύουσες και δευτερεύουσες διαδρομές, και η ροή κατευθύνεται προς τον κύλινδρο διάτρησης — ο κύλινδρος διάτρησης αρχίζει τότε να κινείται.

Σχήμα 11-2: Κύκλωμα βαλβίδας ακολουθίας. Καθώς η βαλβίδα ακολουθίας παρεμποδίζει τη ροή προς τον κύλινδρο διάτρησης μέχρις ότου η πίεση του συστήματος αυξηθεί, η σύσφιξη κλείνει πάντα πρώτη πριν από την έναρξη της διάτρησης.

Βαλβίδα αντιστάθμισης

Μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστή, που χρησιμοποιείται για την εξισορρόπηση ή τη στήριξη ενός βάρους (όπως ενός πλάτεινου τύπου πρέσας), ονομάζεται βαλβίδα αντιστάθμισης.

Εφαρμογή κυκλώματος βαλβίδας αντιστάθμισης

Σε ένα κύκλωμα πρέσας, όταν η κατευθυντική βαλβίδα διοχετεύει ροή στο τυφλό άκρο του κυλίνδρου, το πλάτεινο της πρέσας που είναι συνδεδεμένο με τον εμβολοφόρο ράβδο θα πέσει ανεξέλεγκτα λόγω της βαρύτητας και η ροή της αντλίας θα εκροφηθεί πλήρως. Για να αποτραπεί αυτό, μια βαλβίδα πίεσης κανονικά κλειστή εγκαθίσταται στην πλευρά εξόδου του κυλίνδρου της πρέσας. Ο κινητός καρδινός της βαλβίδας δεν ανοίγει τη διαδρομή από την πρωτεύουσα προς τη δευτερεύουσα πλευρά μέχρις ότου η πίεση στο κάτω μέρος αυξηθεί πάνω από την πίεση που προκαλείται από το βάρος του πλάτεινου. Με άλλα λόγια, κατά την παροχή λαδιού στο τυφλό άκρο του κυλίνδρου, αυτή η μέθοδος εξισορροπεί το βάρος του πλάτεινου καθ’ όλη τη διάρκεια της πλήρους καθοδικής κίνησης.

Η βαλβίδα αντιστάθμισης μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την πέδηση της περιστροφικής κίνησης ενός υδραυλικού κινητήρα μεγάλου φορτίου. Για έναν υδραυλικό κινητήρα που κινεί βαριά τροχούς, μόλις οι τροχοί αποκτήσουν ορμή, ο κινητήρας μπορεί να υπερταχυνθεί (να εξέλθει εκτός ελέγχου). Εάν εγκατασταθεί μια βαλβίδα αντιστάθμισης στην έξοδο του κινητήρα, η βαλβίδα ανοίγει μόνο όταν η πίεση στην έξοδο φτάσει τη ρυθμισμένη τιμή. Αυτή η αντίστροφη πίεση αντιδρά στη δύναμη που δημιουργείται από τη μετατροπή της περιστροφικής ορμής των βαριών τροχών.

Σχήμα 11-3: Βαλβίδα αντιστάθμισης. (Πάνω) Αποτρέπει την ακόντρολη πτώση της πλάκας του πρεσσ, (Κάτω) Αποτρέπει την υπερταχύνση του κινητήρα μεγάλου φορτίου όταν το φορτίο κινεί τον κινητήρα.

Απλή βαλβίδα ασφαλείας

Μια απλή βαλβίδα ασφαλείας αποτελείται ουσιαστικά από ένα σώμα βαλβίδας με έναν εμβολοειδή πυρήνα που είναι εντατικοποιημένος από μια σκληρή ελατηριωτή δύναμη. Όταν η πίεση στην πλευρά του εμβολοειδούς πυρήνα απέναντι από το ελατήριο αυξηθεί επαρκώς, ο πυρήνας μετακινείται και ανοίγει μια διέλευση για την απόσπαση της ροής της αντλίας προς τη δεξαμενή.

Στο παράδειγμα κυκλώματος, η απλή βαλβίδα ασφαλείας ρυθμίζεται έτσι ώστε, όταν η πίεση στην έξοδο της αντλίας φτάσει τα 1.000 psi (68,97 bar), να πραγματοποιείται ροή ασφαλείας 10 gpm (37,9 lpm). Αυτό δεν σημαίνει ότι η βαλβίδα ανοίγει απότομα στα 1.000 psi — αντίθετα, σε πιέσεις κάτω των 1.000 psi (68,97 bar), η βαλβίδα αρχίζει να ανοίγει σε ένα χαμηλό σημείο πίεσης, αποκλίνοντας μέρος της ροής προς τη δεξαμενή. Καθώς η πίεση πλησιάζει τα 1.000 psi (68,97 bar), το άνοιγμα αυξάνεται σταδιακά για να διοχετεύσει μεγαλύτερη ροή προς τη δεξαμενή. Στο ρυθμισμένο σημείο των 1.000 psi (68,97 bar), το άνοιγμα της οπής είναι αρκετά μεγάλο ώστε να διοχετεύει ολόκληρη τη ροή των 10 gpm (37,9 lpm). Όταν η πίεση του συστήματος μειωθεί κάτω από την πίεση ανοίγματος της βαλβίδας ασφαλείας, η διαδρομή προς τη δεξαμενή που δημιουργείται από το άνοιγμα της βαλβίδας εξαφανίζεται από το κύκλωμα.

Επίδραση της θερμοκρασίας στη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας

Το άνοιγμα μιας βαλβίδας ασφαλείας αποτελεί κατά ουσίαν μια λειτουργία οπής. Όπως κάθε συσκευή οπής, η ροή μέσω αυτής επηρεάζεται από τη θερμοκρασία του υγρού και, συνεπώς, από την ιξώδες του.

Για μια βαλβίδα ασφαλείας ρυθμισμένη σε 1.000 psi (68,97 bar) που παρακάμπτει 10 gpm (37,9 lpm), υποτίθεται ότι η ιξώδες του λαδιού παραμένει σταθερή. Σε θερμοκρασία δωματίου, η ιξώδες του λαδιού στη δεξαμενή του εξοπλισμού είναι 400–500 SUS (86,3–107,9 cSt). Υπό αυτή την ιξώδες, η ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας του συστήματος σε 1.000 psi (68,97 bar) παρακάμπτει 10 gpm (37,9 lpm) μέσω της διατομής ανοίγματος. Μόλις το λάδι θερμανθεί, η πίεση της αντλίας μπορεί να περιοριστεί σε 900 psi (62 bar) ή χαμηλότερη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του λαδιού, η ιξώδες μειώνεται — για παράδειγμα, σε 100 SUS (21,6 cSt). Αυτό σημαίνει ότι μια χαμηλότερη δύναμη πίεσης μπορεί να διοχετεύσει 10 gpm (37,9 lpm) ροής μέσω του ανοίγματος της βαλβίδας ασφαλείας προς τη δεξαμενή.

Το αντίθετο συμβαίνει όταν η βαλβίδα ασφαλείας ρυθμιστεί στην εργασιακή ιξώδες — κατά την εκκίνηση της αντλίας, η θερμοκρασία του λαδιού είναι χαμηλή, η ιξώδες υψηλή και η πίεση της αντλίας μπορεί να φτάσει τα 1.100 psi (75,9 bar). Για συστήματα με αυστηρά ανώτατα όρια πίεσης αντλίας, το σύστημα πρέπει να ζεσταθεί πριν από τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας.

Σχήμα 11-5: Η επίδραση της θερμοκρασίας στη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας. Το κρύο (υψηλής ιξώδους) λάδι απαιτεί υψηλότερη πίεση για να διέλθει η ίδια παροχή. Πρέπει πάντα να θερμαίνεται το σύστημα πριν από τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας.

Η φθορά της αντλίας και η επίδρασή της στη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας

Η φθορά της αντλίας επηρεάζει επίσης τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας. Για μια βαλβίδα ασφαλείας ρυθμισμένη να παρακάμπτει 10 gpm (37,9 lpm) σε πίεση 1.000 psi (68,97 bar), εφόσον παρέχεται πίεση 1.000 psi (68,97 bar) στην είσοδο της βαλβίδας, 10 gpm (37,9 lpm) ροής αντλίας μπορούν να παρακάμψουν τη βαλβίδα και να καταλήξουν στη δεξαμενή. Καθώς η υδραυλική αντλία φθίνει, η παροχή της μειώνεται· επομένως, μειώνεται και η ροή μέσω της βαλβίδας ασφαλείας, γεγονός που οδηγεί και σε μείωση της πίεσης. Για μια βαλβίδα ρυθμισμένη σε 1.000 psi (68,97 bar) για παράκαμψη 10 gpm (37,9 lpm), όταν η ροή παράκαμψης μειωθεί σε 5 gpm (18,95 lpm) λόγω φθοράς της αντλίας, η πίεση της βαλβίδας ασφαλείας του συστήματος μπορεί να μειωθεί σε 900 psi (62 bar). Κατά τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας, παρόμοιες καταστάσεις θα προκύψουν.

Αρχική πίεση ανοίγματος απλής βαλβίδας ασφαλείας

Η πίεση ρήξης είναι η πίεση στην οποία η βαλβίδα ασφαλείας αρχίζει να ανοίγει την παράκαμψη. Για μια απλή βαλβίδα ασφαλείας, αυτή η πίεση είναι ελαφρώς χαμηλότερη από την καθορισμένη τιμή λειτουργίας της βαλβίδας ασφαλείας. Οι απλές βαλβίδες ασφαλείας διαθέτουν το χαρακτηριστικό της προ-ρήξης.

Στο διάγραμμα καμπύλης απόδοσης της απλής βαλβίδας ασφαλείας, η βαλβίδα ρυθμίζεται να παρακάμπτει 10 gpm (37,9 lpm) σε πίεση 1.000 psi (68,97 bar). Η καμπύλη δείχνει ότι η βαλβίδα ανοίγει σε πίεση 800 psi (55,2 bar) και, καθώς η πίεση πλησιάζει τα 1.000 psi (68,97 bar), η παροχή παράκαμψης αυξάνεται — τελικά, σε πίεση 1.000 psi (68,97 bar), το άνοιγμα της οπής είναι αρκετά μεγάλο ώστε να διέρχονται 10 gpm (37,9 lpm).

Επίδραση της προ-ρήξης στο σύστημα

Η πίεση προ-ανοίγματος της βαλβίδας ασφαλείας αποτελεί μειονέκτημα για το σύστημα. Υποθέστε ότι η αντλία/ο κινητήρας παράγει 750 psi (51,7 bar) και παρέχει 10 gpm (37,9 lpm) στον ενεργοποιητή, όπου απαιτούνται 550 psi (37,9 bar) για το φορτίο και οι υπόλοιπες 200 psi (13,8 bar) υπερνικούν την αντίσταση του υγρού. Χρησιμοποιώντας μια απλή βαλβίδα ασφαλείας ρυθμισμένη σε 1.000 psi (68,97 bar), σε αυτό το σημείο η βαλβίδα παραμένει κλειστή και όλο το πιεσμένο λάδι κατευθύνεται απευθείας στο εργαζόμενο φορτίο.

Εάν η πίεση του φορτίου αυξηθεί σε 700 psi (48,28 bar), η αντλία/ο κινητήρας πρέπει να αυξήσει την έξοδό του σε 900 psi (62,1 bar) (υποθέτοντας σταθερή παροχή ροής). Δεδομένου ότι η πίεση ανοίγματος της βαλβίδας ασφαλείας είναι 800 psi (55,2 bar), στην τρέχουσα πίεση της αντλίας παρακάμπτονται 5 gpm (18,95 lpm), πράγμα που σημαίνει ότι ο ενεργοποιητής λαμβάνει λιγότερη ροή από την πλήρη παροχή της αντλίας, ολοκληρώνοντας την ενέργεια με μειωμένη ταχύτητα. Ταυτόχρονα, το λάδι διέρχεται από την οπή της βαλβίδας ασφαλείας και παράγει περιττή θερμότητα.

Εάν η πίεση φόρτισης είναι 750 psi (51,7 bar), η αντλία/ο κινητήρας πρέπει να παράγει 950 psi (65,5 bar) — ακόμη υψηλότερη πίεση με μεγαλύτερη παροχή να περνά από την οπή της βαλβίδας ασφαλείας, η ταχύτητα του ενεργοποιητή μειώνεται περαιτέρω και παράγεται ακόμη περισσότερη περιττή θερμότητα.

Σχήμα 11-7: Επίδραση της προ-ραγδαίας πίεσης. Η απλή βαλβίδα ασφαλείας αρχίζει να παροχετεύει ροή πριν από την επίτευξη της ρυθμισμένης πίεσης, μειώνοντας την ταχύτητα του ενεργοποιητή και σπαταλώντας ενέργεια ως θερμότητα σε ενδιάμεσες πιέσεις φόρτισης.

Βαλβίδα Πίεσης Κανονικά Ανοικτή

Η βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστή έχει την πρωτεύουσα και τη δευτερεύουσα θύρα της αποσυνδεδεμένες στην κανονική της θέση, ενώ αισθάνεται την πίεση στην πρωτεύουσα θύρα. Η βαλβίδα πίεσης κανονικά ανοικτή έχει την πρωτεύουσα και τη δευτερεύουσα θύρα της συνδεδεμένες στην κανονική της θέση, ενώ αισθάνεται την πίεση στη δευτερεύουσα θύρα.

Αξονάριο μειώσεως

Η βαλβίδα μείωσης πίεσης είναι συνήθως μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά ανοικτή.

Πώς λειτουργεί μια βαλβίδα μείωσης πίεσης

Μια ρυθμιστική βαλβίδα λειτουργεί ανιχνεύοντας την πίεση στην πλευρά εξόδου της βαλβίδας. Όταν η πίεση στην πλευρά εξόδου είναι ίση με τη ρυθμισμένη τιμή της βαλβίδας, ο άξονας κλείνει εν μέρει, δημιουργώντας μια στενωπό που μετατρέπει την περίσσευμα ενέργειας της πίεσης στην πλευρά εισόδου σε θερμότητα. Εάν η πίεση στην πλευρά εξόδου μειωθεί, ο άξονας ανοίγει περισσότερο, επιτρέποντας έτσι την αύξηση της πίεσης.

Εφαρμογή κυκλώματος ρυθμιστικής βαλβίδας

Το παράδειγμα κυκλώματος σύσφιξης απαιτεί ο κύλινδρος σύσφιξης B να ασκεί μικρότερη δύναμη από τον κύλινδρο σύσφιξης A. Για να επιτευχθεί αυτό, μια ρυθμιστική βαλβίδα εγκαθίσταται αμέσως πριν από τον κύλινδρο σύσφιξης B, προκειμένου να μειώσει την πίεση που φτάνει στον κύλινδρο B στη ρυθμισμένη τιμή της ρυθμιστικής βαλβίδας. Σε αυτό το ρυθμισμένο σημείο πίεσης, η κίνηση του άξονα της ρυθμιστικής βαλβίδας δημιουργεί μια λειτουργία στενωπού, μετατρέποντας την περίσσευμα ενέργειας της πίεσης στην πλευρά εισόδου σε θερμότητα. Ο κύλινδρος B εκτελεί τη σύσφιξη στη μειωμένη πίεση.

Στατική πτώση πίεσης ρυθμιστικής βαλβίδας (απόκλιση)

Η πίεση στη δευτερεύουσα έξοδο της μειωτικής βαλβίδας σε συνθήκες ονομαστικής παροχής είναι χαμηλότερη από την πίεση σε συνθήκες μηδενικής παροχής. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο μειωμένων πιέσεων αποτελεί την απόκλιση στατικής πτώσης πίεσης της μειωτικής βαλβίδας. Η στατική πτώση είναι μια εγγενής χαρακτηριστική ιδιότητα της μειωτικής βαλβίδας, η οποία εξηγεί περαιτέρω γιατί η πίεση αυξάνεται με την παροχή. Μια μειωτική βαλβίδα με ονομαστική παροχή 15 gpm (56,85 lpm), υπό συνθήκες ονομαστικής παροχής και ονομαστικής εργασιακής πίεσης, παρουσιάζει απόκλιση στατικής πτώσης πίεσης περίπου 50 psi (3,45 bar), ενώ μια μειωτική βαλβίδα με ονομαστική παροχή 100 gpm (379 lpm) μπορεί να παρουσιάζει απόκλιση στατικής πτώσης πίεσης μέχρι και 150 psi (10,3 bar).

Σχήμα 11-9: Στατική πτώση πίεσης μειωτικής βαλβίδας. Η πίεση στην έξοδο είναι ελαφρώς χαμηλότερη κατά τη διάρκεια ροής σε σύγκριση με την περίπτωση διακοπής της ροής. Όσο μεγαλύτερη είναι η ονομαστική παροχή της βαλβίδας, τόσο μεγαλύτερη είναι αυτή η απόκλιση.

Αποστράγγιση — εσωτερική και εξωτερική

Καθώς η συρματόσπιλος της βαλβίδας ελέγχου πίεσης κινείται εντός του σώματος της βαλβίδας, κάποιο πιεστικό λάδι διαρρέει στην κοιλότητα πάνω από τη συρματόσπιλο. Για να λειτουργεί η βαλβίδα σωστά, η κοιλότητα πάνω από τη συρματόσπιλο πρέπει να αποστραγγίζεται συνεχώς για να αποτρέπεται η απόφραξη της κίνησής της. Η αποστράγγιση επιτυγχάνεται με τη δημιουργία ενός διαδρόμου αποστράγγισης εντός του σώματος της βαλβίδας και τη σύνδεσή του με τη δεξαμενή.

Εσωτερική αποστράγγιση

Εάν η δευτερεύουσα θύρα της βαλβίδας πίεσης συνδέεται με τη δεξαμενή — όπως συμβαίνει με τις βαλβίδες ασφαλείας και τις βαλβίδες αντίστασης — ο διάδρομος αποστράγγισης συνδέεται εσωτερικά με τη δευτερεύουσα θύρα (θύρα επιστροφής). Αυτό ονομάζεται εσωτερική αποστράγγιση.

Εξωτερική αποστράγγιση

Εάν η δευτερεύουσα θύρα της βαλβίδας πίεσης είναι μια θύρα πίεσης (θύρα λειτουργίας), όπως συμβαίνει με τις βαλβίδες σειράς και τις βαλβίδες μείωσης πίεσης, ο διάδρομος αποστράγγισης αποτελεί μια ξεχωριστή γραμμή προς τη δεξαμενή. Αυτό ονομάζεται εξωτερική αποστράγγιση. Οι βαλβίδες σειράς και οι βαλβίδες μείωσης πίεσης είναι συνήθως βαλβίδες ελέγχου πίεσης με εξωτερική αποστράγγιση.

Άμεσος έλεγχος και απομακρυσμένος έλεγχος

Μέχρι σήμερα, η αίσθηση πίεσης γινόταν μέσω διαβατηρίων εντός του σώματος της βαλβίδας. Συνήθως, για βαλβίδες κανονικά κλειστές, η αίσθηση πραγματοποιείται στην πρωτεύουσα πόρτα· για βαλβίδες κανονικά ανοικτές, στη δευτερεύουσα πόρτα. Αυτή η μορφή αίσθησης πίεσης ονομάζεται άμεσος έλεγχος ή τοπικός έλεγχος. Μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης μπορεί επίσης να αισθάνεται την πίεση από άλλο τμήμα του συστήματος μέσω εξωτερικού σωλήνα — αυτό ονομάζεται απομακρυσμένος έλεγχος ή έλεγχος με πιλότο.

Σχήμα 11-10: Ο άμεσος έλεγχος (αριστερά) αισθάνεται την πίεση στην ίδια την πόρτα της βαλβίδας. Ο απομακρυσμένος έλεγχος (δεξιά) επιτρέπει σε ένα απομακρυσμένο σήμα πίεσης να ανοίξει ή να ρυθμίσει τη βαλβίδα — χρήσιμο για την απόφορτωση αποθηκευτικής δεξαμενής (accumulator) και για τη σειριακή λειτουργία πολλαπλών ενεργοποιητών.

Βαλβίδα απόφορτωσης

Μια βαλβίδα απόφορτωσης είναι μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστή, με απομακρυσμένο έλεγχο. Όταν η πίεση του συστήματος στο σημείο αίσθησης φτάσει σε μια προκαθορισμένη τιμή, η βαλβίδα αποκλείνει τη ροή προς τη δεξαμενή.

Εφαρμογή κυκλώματος βαλβίδας απόφορτωσης

Στο κύκλωμα συσσωρευτή με βαλβίδα πίεσης ελέγχου απευθείας, όταν ο συσσωρευτής φορτωθεί στη ρυθμισμένη πίεση της βαλβίδας, η παροχή της αντλίας επιστρέφει στη δεξαμενή στη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας. Αυτό σπαταλά σημαντική ισχύ και παράγει μεγάλες ποσότητες περιττής θερμότητας. Η σύνδεση της γραμμής ελέγχου στη βαλβίδα ελέγχου κάτω από τη βαλβίδα αποφόρτισης — ώστε, όταν ο συσσωρευτής φορτωθεί στη ρυθμισμένη πίεση της βαλβίδας, η πίεση ελέγχου να ανοίγει τη βαλβίδα, κατευθύνοντας την παροχή της αντλίας στη δεξαμενή στην ελάχιστη πίεση. Σε αυτήν την περίπτωση, η αντλία δεν χρειάζεται να παρέχει υψηλή πίεση για να διατηρεί ανοιχτή τη βαλβίδα αποφόρτισης, καθώς η πίεση ελέγχου προέρχεται από τον συσσωρευτή, ο οποίος είναι απομονωμένος από τη βαλβίδα ελέγχου. Εφόσον η πίεση της αντλίας σε αυτό το σημείο είναι αμελητέα, η απώλεια ισχύος είναι επίσης αμελητέα.

Σχήμα 11-11: Κύκλωμα βαλβίδας αποφόρτισης. Όταν ο συσσωρευτής είναι φορτωμένος, η βαλβίδα ελέγχου τον απομονώνει από την αντλία και η βαλβίδα αποφόρτισης κατευθύνει την παροχή της αντλίας στη δεξαμενή στην ελάχιστη δυνατή πίεση — εξοικονομώντας σχεδόν ολόκληρη την ισχύ της αντλίας κατά την κατάσταση αναμονής.

Βαλβίδα Ισορροπίας με Απομακρυσμένο Έλεγχο

Μια βαλβίδα αντιστάθμισης με άμεση ενέργεια, εγκατεστημένη κατά μήκος της γραμμής ροής προς τον κύλινδρο που στηρίζει την πλάκα του πρεσς, μπορεί να εξισορροπήσει ή να ακυρώσει αποτελεσματικά το βάρος της πλάκας. Ωστόσο, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πίεσης, όταν η πλάκα διέρχεται από το υλικό, το βάρος της πλάκας δεν πρέπει να προστίθεται στη συνολική δύναμη πίεσης. Εάν αυτό δεν είναι επιθυμητό, η βαλβίδα αντιστάθμισης πρέπει να λειτουργεί με απομακρυσμένο έλεγχο, με τη γραμμή ελέγχου της συνδεδεμένη στην άλλη εργασιακή γραμμή του κυλίνδρου. Με τη χρήση μιας βαλβίδας αντιστάθμισης με απομακρυσμένο έλεγχο, η πλάκα παραμένει εξισορροπημένη κατά την κατεβατική κίνηση, αλλά κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πίεσης το βάρος της πλάκας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνιστώσα της δύναμης πίεσης. Κατά τη διάρκεια ολόκληρης της κατεβατικής διαδρομής, κατά την αδρανή διαδρομή, το ίδιο το βάρος της πλάκας προσπαθεί να τραβήξει τον εμβολοφόρο ράβδο προς τα κάτω, ενώ η πίεση στην πλευρά εισόδου και η πίεση στη γραμμή ελέγχου μειώνονται, οδηγώντας τη βαλβίδα αντιστάθμισης να τείνει να κλείσει, αυξάνοντας την αντίσταση και εμποδίζοντας τη ροή να εξασφαλίσει την απαιτούμενη ταχύτητα κατεβατικής κίνησης· κατά τη διάρκεια της διαδικασίας πίεσης, η βαλβίδα αντιστάθμισης ανοίγει πλήρως λόγω της υψηλής πίεσης ελέγχου στην πλευρά εισόδου, χωρίς πίεση αντίστασης στην πλευρά του εμβολοφόρου ράβδου, επιτρέποντας έτσι στο βάρος της πλάκας να προστεθεί στη δύναμη πίεσης.

Απευθείας ενεργούσα βαλβίδα αντιστάθμισης σε κύκλωμα υδραυλικού κινητήρα

Στο κύκλωμα υδραυλικού κινητήρα που εμφανίζεται, χρησιμοποιείται μια απευθείας ενεργούσα βαλβίδα αντιστάθμισης για να επιβραδύνει την περιστροφική αδράνεια του βαρέος φορτίου. Η βαλβίδα αντιστάθμισης έχει ρυθμιστεί σε 800 psi (55,2 bar) και παρέχει συνεχώς αντίσταση στο περιστρεφόμενο φορτίο, ώστε η ταχύτητα του φορτίου να μην υπερβαίνει την παροχή της αντλίας και να προκαλεί υπερταχύτητα. Ωστόσο, αυτό σημαίνει επίσης ότι η πίεση στην είσοδο του κινητήρα πρέπει να υπερβαίνει την εργασιακή πίεση του φορτίου κατά 800 psi (55,2 bar) — αυτό αποτελεί μειονέκτημα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί αυτού μια βαλβίδα πέδησης.

Φρενικό κλειδί

Μια βαλβίδα πέδησης είναι μια κανονικά κλειστή βαλβίδα ελέγχου πίεσης με ταυτόχρονες θύρες ελέγχου απευθείας και από απόσταση. Και οι δύο μέθοδοι ελέγχου συνδέονται ταυτόχρονα. Οι βαλβίδες πέδησης χρησιμοποιούνται συνήθως με υδραυλικούς κινητήρες και αντικαθιστούν τις απευθείας ενεργούσες βαλβίδες αντιστάθμισης σε κυκλώματα υδραυλικών κινητήρων.

Κατασκευή βαλβίδας πέδησης

Η βαλβίδα φρένων αποτελείται από σώμα βαλβίδας, κινητήριο έμβολο, έμβολο ελέγχου, ελατήριο προέντασης και συσκευή ρύθμισης του ελατηρίου. Το σώμα της βαλβίδας διαθέτει πρωτεύουσες, δευτερεύουσες, εσωτερικές και εξωτερικές διαδρομές ελέγχου.

Πώς λειτουργεί η βαλβίδα φρένων

Η βαλβίδα φρένου είναι μια βαλβίδα κανονικά κλειστή. Υποθέστε ότι η ελατηριωτή δύναμη προέντασης έχει ρυθμιστεί για άνοιγμα με απευθείας έλεγχο στα 800 psi (55,2 bar). Όταν η πίεση στο εσωτερικό ελεγχόμενο αγωγό φτάσει τα 800 psi (55,2 bar), το ελεγχόμενο έμβολο μετακινείται προς τα επάνω και ωθεί τον κινητό κύλινδρο (spool), ανοίγοντας έτσι τη βαλβίδα φρένου. Όταν η πίεση πέσει κάτω από τα 800 psi (55,2 bar), η βαλβίδα κλείνει. Αυτή η λειτουργία είναι πανομοιότυπη με αυτήν της βαλβίδας αντιστάθμισης με απευθείας δράση. Το εσωτερικό εμβαδόν του ελεγχόμενου εμβόλου είναι πολύ μικρότερο από το εμβαδόν διατομής του κινητού κυλίνδρου (spool) — ο λόγος εμβαδών είναι συνήθως 8:1. Η εξωτερική ελεγχόμενη προσαρμογή (port) συνδέεται κατά κανόνα με την άλλη εργασιακή γραμμή του κινητήρα. Η εξωτερική πίεση ενεργεί στο αντίθετο άκρο της θαλάμου του ελατηρίου του κινητού κυλίνδρου — απαιτούνται μόνο 100 psi (6,89 bar) για να ανοίξει η βαλβίδα, διότι ενεργεί στο κάτω άκρο του κινητού κυλίνδρου, το οποίο έχει εμβαδόν 8 φορές μεγαλύτερο από αυτό του ελεγχόμενου εμβόλου.

Εφαρμογή κυκλώματος βαλβίδας φρένου

Υποθέστε ότι η βαλβίδα φρένου έχει ρυθμιστεί σε 800 psi (55,2 bar) με άμεσο έλεγχο. Όταν η πίεση στη γραμμή εισόδου του κινητήρα φτάσει τα 100 psi (6,89 bar), η βαλβίδα φρένου ανοίγει και η πίεση εισόδου του κινητήρα χρησιμοποιείται πλήρως για την περιστροφή του φορτίου (υποθέτοντας ότι τα 100 psi / 6,89 bar είναι υψηλότερα). Εάν το φορτίο υπερβεί την ταχύτητα λειτουργίας, η πίεση εισόδου του κινητήρα μειώνεται, η βαλβίδα φρένου κλείνει και η αντίσταση από την πίεση αντίδρασης των 800 psi (55,2 bar) επαναλειτουργεί, αυξάνοντας την αντίσταση και επιβραδύνοντας το φορτίο.

Η βαλβίδα φρένου είναι μια βαλβίδα ελέγχου πίεσης κανονικά κλειστή. Η λειτουργία της σχετίζεται άμεσα με τις απαιτήσεις του φορτίου του κινητήρα.

Σχήμα 11-13: Βαλβίδα φρένου. Σε αντίθεση με μια απλή βαλβίδα αντιστάθμισης, η βαλβίδα φρένου διαθέτει τόσο άμεσο (εσωτερικό) όσο και απομακρυσμένο (εξωτερικό) έλεγχο. Ο λόγος επιφανειών 8:1 σημαίνει ότι απαιτείται μόνο εξωτερική πιλοτική πίεση 100 psi για να ανοίξει — έτσι ο κινητήρας μπορεί να κινήσει εύκολα το φορτίο, ενώ παρέχει ταυτόχρονα φρένωση με πίεση αντίδρασης 800 psi όταν το φορτίο προσπαθεί να υπερβεί την ταχύτητα λειτουργίας.

Αντίστροφη ροή μέσω βαλβίδων ελέγχου πίεσης

Εκτός από τις βαλβίδες ασφαλείας και τις βαλβίδες εκφόρτωσης, όλες οι βαλβίδες πίεσης απαιτούν αντίστροφη ροή για να διέρχονται ελεύθερα. Οι βαλβίδες πίεσης κανονικά κλειστές ανιχνεύουν την πίεση στην πρωτεύουσα πόρτα· εάν η ροή αντιστραφεί, η πίεση στην πρωτεύουσα πόρτα μειώνεται, ο σωλήνας κλείνει και η σύνδεση μεταξύ πρωτεύουσας και δευτερεύουσας πόρτας διακόπτεται. Δεδομένου ότι η αντίστροφη ροή δεν μπορεί να διέλθει από βαλβίδες πίεσης κανονικά κλειστές, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια βαλβίδα ελέγχου για να παρακάμψει αυτόν τον τύπο βαλβίδας.

Οι βαλβίδες πίεσης κανονικά ανοιχτές ανιχνεύουν την πίεση στη δευτερεύουσα διαδρομή· εφόσον η ροή αντιστραφεί, η πίεση στον κατερχόμενο κλάδο παραμένει κάτω από τη ρυθμισμένη τιμή και η διαδρομή της βαλβίδας παραμένει πάντα ανοιχτή, επομένως δεν απαιτείται βαλβίδα ελέγχου για αντίστροφη ροή. Ωστόσο, στην πράξη, μόλις η πίεση στη δευτερεύουσα πόρτα υπερβεί τη ρυθμισμένη τιμή, ο σωλήνας κλείνει απότομα. Ως προληπτικό μέτρο, οι βαλβίδες ελέγχου και οι μειωτικές βαλβίδες χρησιμοποιούνται συνήθως σε συνδυασμό για να διασφαλίζεται η αντίστροφη ροή.

Σύνοψη Βαλβίδων Ελέγχου Πίεσης

Από τη μελέτη αυτού του κεφαλαίου, μπορούμε να συνοψίσουμε τους βασικούς κανόνες για τις βαλβίδες ελέγχου πίεσης:

• Κανόνας Α: Οι βαλβίδες ελέγχου πίεσης με δευτερεύοντες ακροδέκτες συνδεδεμένους σε κύκλωμα πίεσης απαιτούν εξωτερική αποστράγγιση (βαλβίδες ακολουθίας και βαλβίδες μείωσης πίεσης).
• Κανόνας Β: Οι βαλβίδες ελέγχου πίεσης με δευτερεύοντες ακροδέκτες συνδεδεμένους στη δεξαμενή χρησιμοποιούν συνήθως εσωτερική αποστράγγιση (βαλβίδες ασφαλείας, βαλβίδες αποφόρτισης, βαλβίδες αντιστάθμισης και βαλβίδες φρένων).
• Κανόνας Γ: Για να επιτρέπεται η ελεύθερη αντίστροφη ροή μέσω μιας βαλβίδας ελέγχου πίεσης, πρέπει να χρησιμοποιηθεί αντεπιστροφική βαλβίδα.

Σχήμα 11-15: Γραφικά σύμβολα όλων των βαλβίδων ελέγχου πίεσης. Σημείωση: Οι βαλβίδες ακολουθίας και οι βαλβίδες μείωσης πίεσης διαθέτουν πάντα εξωτερικές γραμμές αποστράγγισης (που απεικονίζονται ως διακεκομμένες γραμμές προς τη δεξαμενή). Οι βαλβίδες ασφαλείας, αποφόρτισης και αντιστάθμισης χρησιμοποιούν εσωτερική αποστράγγιση.

Ορολογία Βαλβίδων Ελέγχου Πίεσης

Βασικοί όροι που χρησιμοποιούνται με τις βαλβίδες ελέγχου πίεσης:

• Άμεσος έλεγχος — Χρήση λαδιού από το εσωτερικό του σώματος της βαλβίδας, από τη δική της γραμμή ελέγχου, για τον έλεγχο του εμβόλου. «Τοπική ενέργεια» — το έμβολο επηρεάζεται αποκλειστικά από την πίεση του ελατηρίου.
• Απόβλυση προς τη δεξαμενή — Η ροή διέρχεται μέσω βαλβίδας ασφαλείας.
• Πιλότος (Pilot) — Η υδραυλική πίεση που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της κίνησης του εμβόλου. Αίσθηση πίεσης από μια τοποθεσία απομακρυσμένη από την ίδια τη βαλβίδα.
• Πίεση ανοίγματος (Cracking pressure) — Η πίεση στην οποία η βαλβίδα ασφαλείας αρχίζει για πρώτη φορά να ανοίγει το παράκαμψης διάδρομο.
• Προ-πίεση ανοίγματος (Pre-cracking pressure) — Η τάση ορισμένων βαλβίδων (ιδιαίτερα απλών βαλβίδων ασφαλείας) να ανοίγουν σε πίεση χαμηλότερη από τη ρυθμισμένη.
• Αντίστροφη πίεση (Back pressure) — Η πίεση στην πλευρά εξόδου μιας βαλβίδας ή ενεργοποιητή που αντιτίθεται στη ροή ή στην κίνηση.