33-99 No. Δρόμος Μουφού, Περιφέρεια Γκουλού, Νάντζινγκ, Κίνα [email protected] | [email protected]
33-99 No. Δρόμος Μουφού, Περιφέρεια Γκουλού, Νάντζινγκ, Κίνα [email protected] | [email protected]
Μια βαλβίδα ελέγχου αποτελείται κυρίως από ένα σώμα βαλβίδας με θύρες εισόδου και εξόδου, καθώς και από ένα κινητό μέρος που είναι εφοδιασμένο με ελατήριο. Το κινητό μέρος μπορεί να είναι δίσκος, πλάκα ή πλαστικός δακτύλιος (poppet) — στα υδραυλικά συστήματα είναι συνήθως μπάλα ή πλαστικός δακτύλιος (poppet) με έδρα.
Το υγρό μπορεί να ρέει μέσω μιας βαλβίδας ελέγχου μόνο προς μία κατεύθυνση — την κατεύθυνση ελεύθερης ροής. Όταν η πίεση του συστήματος στη θύρα εισόδου αυξηθεί επαρκώς για να υπερνικήσει τη δύναμη του ελατηρίου που επιδρά στον πλαστικό δακτύλιο (poppet), ο δακτύλιος απομακρύνεται από την έδρα του και το υγρό ρέει μέσω της βαλβίδας. Αυτή είναι η κατεύθυνση ελεύθερης ροής. Όταν το υγρό προσπαθεί να ρεύσει προς τα πίσω από τη θύρα εξόδου, ο πλαστικός δακτύλιος (poppet) πιέζεται πάνω στην έδρα του, σφραγίζοντας τη διέλευση και αποκλείοντας την αντίστροφη ροή.
Σχήμα 8-1: Βαλβίδα ελέγχου. Ο πλαστικός δακτύλιος (poppet) με ελατήριο κάθεται στην έδρα του όταν η ροή αντιστρέφεται, αποκλείοντας πλήρως την αντίστροφη ροή. Η βαλβίδα ελέγχου αποτελεί το υδραυλικό ανάλογο ενός μονόδρομου.
Μία βαλβίδα μονής κατεύθυνσης διαθέτει τόσο λειτουργίες κατευθυντικού όσο και πιεστικού ελέγχου — επιτρέπει τη ροή μόνο προς μία κατεύθυνση. Στα υδραυλικά συστήματα, οι βαλβίδες μονής κατεύθυνσης χρησιμοποιούνται συνήθως ως βαλβίδες παράκαμψης, επιτρέποντας τη ροή να παρακάμψει ένα συστατικό. Για παράδειγμα, μία βαλβίδα μονής κατεύθυνσης παράλληλη με μία βαλβίδα ελέγχου ροής επιτρέπει την αντίστροφη ροή να παρακάμψει τον έλεγχο ροής.
Οι βαλβίδες μονής κατεύθυνσης μπορούν επίσης να απομονώσουν ένα κλάδο ή ένα συστατικό ενός συστήματος. Για παράδειγμα, σε σύστημα με συσσωρευτή: η βαλβίδα μονής κατεύθυνσης εμποδίζει τον συσσωρευτή από το να εκφορτωθεί προς τα πίσω μέσω της βαλβίδας ασφαλείας ή της υδραυλικής αντλίας.
ΑΣΦΑΛΕΙΑ: Όταν οι βαλβίδες μονής κατεύθυνσης χρησιμοποιούνται σε κυκλώματα συσσωρευτών, το κύκλωμα πρέπει να διαθέτει μηχανισμό για αυτόματη εκφόρτωση του συσσωρευτή όταν η μηχανή απενεργοποιείται.
Μια βαλβίδα ελέγχου είναι γενικά μια συσκευή με χαμηλή διαρροή· στην πραγματικότητα, μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε να είναι απόλυτα αδιαπέραστη. Μια βαλβίδα ελέγχου μπορεί να συγκρατεί ένα φορτίο σχεδόν επ’ αόριστον. Ωστόσο, να θυμάστε ότι η βαλβίδα ελέγχου είναι μια μονόδρομη βαλβίδα· για να απελευθερωθεί το φορτίο, το κινητό μέρος πρέπει να αναγκαστεί να απομακρυνθεί από τη θέση του. Αυτό απαιτεί έναν ειδικό τύπο βαλβίδας ελέγχου, που ονομάζεται βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία.
Σχήμα 8-2 Τρεις συνηθισμένες εφαρμογές βαλβίδων ελέγχου σε υδραυλικά κυκλώματα: παράκαμψη γύρω από έναν ελεγκτή ροής, απομόνωση ενός αποθηκευτή (accumulator) και κατώφλι πίεσης με ελατήριο.
Οι περισσότερες υδραυλικές συσκευές τύπου spool παρουσιάζουν κάποια εσωτερική παράκαμψη ροής — αυτό δεν υποδηλώνει κακή ποιότητα, καθώς η πλειονότητα αυτής της παράκαμψης είναι εν γνώσει του κατασκευαστή και προορίζεται για την λίπανση της συσκευής. Ωστόσο, εάν ένα σύστημα απαιτεί να συγκρατεί ένας κύλινδρος ένα φορτίο σε κρεμαστή θέση χωρίς να παρουσιάζει κρεμάσματα (creep), η διαρροή καθίσταται πρόβλημα. Σε αυτήν την περίπτωση, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια βαλβίδα ελέγχου με ικανότητα στεγανοποίησης.
Μια βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία επιτρέπει ελεύθερη ροή σε μία κατεύθυνση· όταν μια πιλοτική πίεση αναγκάζει το κινούμενο μέρος να απομακρυνθεί από την έδρα του, επιτρέπεται επίσης η ροή προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Όπως και μια συνηθισμένη βαλβίδα ελέγχου, η βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας με θύρες εισόδου και εξόδου, έναν πλωτό δίσκο (κινούμενο μέρος) που επιβαρύνεται από ελατήριο και έρχεται σε επαφή με την έδρα. Επιπλέον, απέναντι ακριβώς από την έδρα, ο πλωτός δίσκος είναι εφοδιασμένος με μια ράβδο ώθησης και έναν πιλοτικό εμβολοφόρο κύλινδρο που επιβαρύνεται από ελαφρύ ελατήριο. Η πιλοτική πίεση από την πιλοτική θύρα ενεργεί στον εμβολοφόρο κύλινδρο. Το χώρο του ελατηρίου στον εμβολοφόρο κύλινδρο διαθέτει μια θύρα αποστράγγισης.
Μια βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία επιτρέπει ελεύθερη ροή από την είσοδο προς την έξοδο με τον ίδιο τρόπο όπως και μια συνηθισμένη βαλβίδα ελέγχου. Η ροή που προσπαθεί να εισέλθει από την έξοδο αναγκάζει τον πλωτό δίσκο να καθίσει στην έδρα του, κλείνοντας έτσι τη διαδρομή. Όταν εφαρμοστεί επαρκής πιλοτική πίεση στον πιλοτικό εμβολοφόρο κύλινδρο, αυτός κινείται και ασκεί ώθηση στον πλωτό δίσκο ελέγχου, ανυψώνοντάς τον από την έδρα του. Όσο η δύναμη που ασκείται στον πιλοτικό εμβολοφόρο κύλινδρο είναι επαρκής, η ροή μπορεί να διέρχεται από την έξοδο προς την είσοδο.
Σχήμα 8-3: Βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία. Χωρίς πιλοτική πίεση, λειτουργεί ως συνηθισμένη βαλβίδα ελέγχου (ελεύθερη ροή μόνο προς μία κατεύθυνση). Με εφαρμοζόμενη πιλοτική πίεση, επιτρέπεται επίσης η ροή προς τα πίσω — επιτρέποντας την απελευθέρωση του φορτίου.
Η χρήση μίας βαλβίδας ελέγχου με πιλοτική λειτουργία για την αποκλειστική σφράγιση της ροής από την πόρτα B του κυλίνδρου διατηρεί το φορτίο αιωρούμενο, εφόσον οι σφραγίσεις του κυλίνδρου είναι αποτελεσματικές και δεν υπάρχει διαρροή στις γραμμές, στον κύλινδρο ή στη βαλβίδα ελέγχου. Για να χαμηλωθεί το φορτίο, εφαρμόζεται απλώς πιλοτική πίεση από τη γραμμή A στον ελεγκτικό έμβολο.
Η πιλοτική πίεση για τη βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία λαμβάνεται από την εργασιακή γραμμή του υδραυλικού κυλίνδρου — εφόσον η πίεση στη γραμμή A είναι επαρκώς υψηλή, η βαλβίδα ελέγχου παραμένει ανοικτή. Όταν το φορτίο ανυψώνεται, το λάδι διέρχεται εύκολα από τη βαλβίδα ελέγχου, καθώς αυτή είναι η κατεύθυνση ελεύθερης ροής.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα φορτία που είναι συνδεδεμένα στη ράβδο εμβόλου του κυλίνδρου πρέπει να ασφαλιστούν ακίνητα. Για να επιτευχθεί αυτό, μπορεί να εγκατασταθεί μια βαλβίδα ελέγχου με πιλοτική λειτουργία σε κάθε εργασιακή γραμμή του κυλίνδρου — οι βαλβίδες ελέγχου με πιλοτική λειτουργία σφραγίζουν τη ροή που εξέρχεται από τον κύλινδρο. Εφόσον οι σφραγίσεις του κυλίνδρου παραμένουν αποτελεσματικές και δεν υπάρχει διαρροή σε κανένα σημείο, το φορτίο μπορεί να διατηρηθεί σε σταθερή θέση.
Για απόλυτη ασφάλιση του φορτίου, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ειδικός κύλινδρος ασφάλισης με μηχανική συσκευή ασφάλισης. Η μηχανική ασφάλιση είναι η ασφαλέστερη μέθοδος διατήρησης του φορτίου σε θέση.
Ένας αποθηκευτής (accumulator) αποθηκεύει υδραυλική πίεση. Αυτή η υδραυλική πίεση αποτελεί δυναμική ενέργεια που μπορεί να μετατραπεί σε εργασιακή ενέργεια (ροή και πίεση).
Οι αποθηκευτές (accumulators) διακρίνονται σε βαρυτικούς, ελατηριωτούς και τύπου υγρού/αερίου. Διαφέρουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο διατηρούν την εργασιακή δύναμη στο αποθηκευμένο λάδι.
Ένας αποθηκευτικός δοχείος φορτισμένος με βαρύτητα χρησιμοποιεί το βάρος ενός βαρέος αντικειμένου που ενεργεί σε ένα έμβολο ή μια ράβδο για να διατηρήσει την εργασιακή δύναμη στο αποθηκευμένο λάδι. Το βάρος μπορεί να κατασκευαστεί από οποιοδήποτε βαρύ υλικό — σίδηρο, σκυρόδεμα ή ακόμη και νερό. Οι αποθηκευτικοί δοχεία φορτισμένοι με βαρύτητα είναι συνήθως πολύ μεγάλα, μερικές φορές χωρούν εκατοντάδες γαλόνια. Εξυπηρετούν πολλαπλά υδραυλικά συστήματα ταυτόχρονα και χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις κύλισης και κεντρικά υδραυλικά συστήματα.
Η επιθυμητή χαρακτηριστική ιδιότητα ενός αποθηκευτικού δοχείου φορτισμένου με βαρύτητα είναι ότι αποθηκεύει λάδι σε σχετικά σταθερή πίεση — είτε ο δοχείος είναι γεμάτος είτε σχεδόν άδειος, η αποθηκευμένη πίεση παραμένει ουσιαστικά αμετάβλητη. Αυτό οφείλεται στο ότι η δύναμη που ενεργεί στο λάδι είναι η βαρύτητα (το βάρος), η οποία είναι σταθερή — ανεξάρτητα από την ποσότητα του λαδιού που περιέχεται στο αποθηκευτικό δοχείο, η εφαρμοζόμενη δύναμη παραμένει η ίδια.
Μια ανεπιθύμητη χαρακτηριστική ιδιότητα των συσσωρευτών με φόρτιση από βαρύτητα είναι η παραγωγή κρούσης. Όταν ένας συσσωρευτής με φόρτιση από βαρύτητα σταματά απότομα κατά τη διάρκεια γρήγορης ροής εξόδου, η αδράνεια του βαρέος βάρους δημιουργεί σημαντικές αιχμές πίεσης στο σύστημα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει διαρροές σε σωλήνες και εξαρτήματα και να οδηγήσει σε κόπωση του μετάλλου, με αποτέλεσμα την πρόωρη αποτυχία των εξαρτημάτων.
Σχήμα 8-6: Συσσωρευτής με φόρτιση από βαρύτητα. Το σταθερό βάρος παράγει σταθερή πίεση ανεξάρτητα από τον όγκο λαδιού. Χρησιμοποιείται σε μεγάλα βιομηχανικά συστήματα, όπως οι υδραυλικές εγκαταστάσεις χαλυβουργείων.
Ένας συσσωρευτής με ελατήριο χρησιμοποιεί ένα ελατήριο που ασκεί δύναμη σε ένα έμβολο για να διατηρεί τη δύναμη επί του αποθηκευμένου λαδιού. Οι συσσωρευτές με ελατήριο είναι κατά κανόνα μικρότεροι από τους τύπους βαρύτητας και χωρούν μερικές γαλόνες. Συνήθως εξυπηρετούν ένα μόνο υδραυλικό σύστημα και λειτουργούν κατά κανόνα σε χαμηλή πίεση. Όταν λάδι υπό πίεση εισέρχεται στον συσσωρευτή με ελατήριο, η πίεση του αποθηκευμένου λαδιού καθορίζεται από το πόσο συμπιέζεται το ελατήριο. Όταν το έμβολο κινείται προς τα πάνω και συμπιέζει το ελατήριο κατά 10 ίντσες (25,4 cm), η αποθηκευμένη πίεση είναι υψηλότερη από ό,τι όταν το ελατήριο συμπιέζεται κατά 4 ίντσες (10,2 cm).
Για να αποτραπεί η συσσώρευση διαρρέοντος λαδιού στην κοιλότητα του ελατηρίου, η κοιλότητα αυτή διαθέτει μία οπή αποστράγγισης για την απομάκρυνση της διαρροής. Οι συσσωρευτές με ελατήριο δεν πρέπει να αποστραγγίζονται εξωτερικά στο δοχείο αποθήκευσης, καθώς αυτό θα προκαλούσε αφρώματα στο λάδι. Ανεξάρτητα από το αν το άκρο του σωλήνα αποστράγγισης βρίσκεται πάνω ή κάτω από το επίπεδο του υγρού στο δοχείο αποθήκευσης, ο συσσωρευτής θα προκαλεί πάντα αφρώματα κατά τη λειτουργία του — όταν ο συσσωρευτής εκτοξεύει γρήγορα ροή, το λάδι που βρίσκεται πάνω από τον εμβολοφόρο δεν μπορεί να ακολουθήσει την κίνηση του εμβόλου, δημιουργώντας μερικό κενό στην κοιλότητα του ελατηρίου και προκαλώντας την αποχώριση αέρα από το λάδι. Κατά την επαναφόρτιση του συσσωρευτή, ο εμβολοφόρος κινείται προς τα επάνω, ωθώντας το λάδι που περιέχει αέρα πίσω στο δοχείο αποθήκευσης. Οι αφροί στο δοχείο αποθήκευσης είναι ανεπιθύμητοι, γι’ αυτό οι συσσωρευτές με ελατήριο συνήθως δεν αποστραγγίζονται εξωτερικά.
Για συσσωρευτές με ελατήριο που διαθέτουν εξωτερική αποστράγγιση της κοιλότητας του ελατηρίου, εάν φθαρεί το σφράγισμα του εμβόλου, απαιτείται άμεση παρέμβαση. Εάν δεν πραγματοποιηθεί εγκαίρως η επισκευή, ενδέχεται να απαιτηθεί μία εργασία καθαρισμού.
Σχήμα 8-7: Συσσωρευτής με ελατήριο. Η δύναμη του ελατηρίου — και κατά συνέπεια η αποθηκευμένη πίεση — αυξάνεται καθώς το έμβολο κινείται προς τα επάνω. Χρησιμοποιείται σε μικρά συστήματα χαμηλής πίεσης.
Ο υδραυλικός/αερίου συσσωρευτής είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος σε βιομηχανικά υδραυλικά συστήματα. Χρησιμοποιεί συμπιεσμένο αέριο για να διατηρεί τη λειτουργική δύναμη στο αποθηκευμένο λάδι.
ΑΣΦΑΛΕΙΑ: Σε βιομηχανικά συστήματα που χρησιμοποιούν υδραυλικούς/αερίου συσσωρευτές, χρησιμοποιείτε πάντα ξηρό αζώτιο. Μην χρησιμοποιείτε ποτέ συμπιεσμένο αέρα, καθώς οι μίγματα αερίου/υδρατμών λαδιού είναι εκρηκτικά.
Οι υδραυλικοί/αερίου συσσωρευτές διακρίνονται σε τύπου εμβόλου, τύπου διαφράγματος και τύπου κύστης, ανάλογα με τη συσκευή που χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό του αερίου από το λάδι.
Ένας συσσωρευτής τύπου εμβόλου αποτελείται από έναν κύλινδρο και ένα κινητό έμβολο με ελαστικά στεγανωτικά δακτυλίδια. Ο ανώτερος χώρος του εμβόλου γεμίζει με συμπιεσμένο αέριο. Όταν λάδι πληρώνεται στον κύλινδρο, το αέριο συμπιέζεται. Καθώς το λάδι αποστραγγίζεται από τον συσσωρευτή, η πίεση του αερίου μειώνεται. Όταν όλο το λάδι έχει αποστραγγιστεί, το έμβολο φτάνει στο τέλος της διαδρομής του και κλείνει την έξοδο, διατηρώντας το αέριο εντός του συσσωρευτή.
Ο συσσωρευτής τύπου μεμβράνης είναι μια σφαίρα που σχηματίζεται με τη σύνδεση δύο μεταλλικών ημισφαιρίων με βίδες. Ο εσωτερικός χώρος διαιρείται από μια συνθετική ελαστική μεμβράνη — η ανώτερη θαλάμος γεμίζει με αέριο. Όταν λάδι υπό πίεση εισέρχεται στον άλλο θάλαμο, το αέριο συμπιέζεται. Μόλις όλο το λάδι έχει αποστραγγιστεί, η μεμβράνη καλύπτει την έξοδο και διατηρεί το αέριο εντός του συσσωρευτή· η μεμβράνη δεν εκτίθεται πέραν του πάχους της.
Ένας αποθηκευτικός δοχείος τύπου μπαλονιού αποτελείται από μεταλλικό περίβλημα και εσωτερικό μπαλόνι από συνθετικό καουτσούκ. Το μπαλόνι γεμίζεται με αέριο. Όταν το λάδι εισέρχεται στο περίβλημα, το αέριο στο μπαλόνι συμπιέζεται και το λάδι εξέρχεται από το περίβλημα. Όταν όλο το λάδι έχει εκκενωθεί, η πίεση του αερίου προσπαθεί να ωθήσει το μπαλόνι μέσω της εξόδου — ωστόσο, όταν το μπαλόνι έρθει σε επαφή με τη βαλβίδα καθίσματος στην έξοδο, το λάδι εντός του περιβλήματος σφραγίζεται αυτόματα.
Σχήμα 8-8: Τρεις τύποι αποθηκευτικών δοχείων υγρού/αερίου. Όλοι χρησιμοποιούν συμπιεσμένο αζώτιο για την αποθήκευση υδραυλικής ενέργειας. Ο τύπος με έμβολο (πάνω), ο τύπος με διάφραγμα (στη μέση) και ο τύπος με μπαλόνι (κάτω) διαφέρουν ως προς τον τρόπο με τον οποίο χωρίζονται το αέριο και το λάδι.
Τα αποθηκευτικά δοχεία μπορούν να εκτελούν διάφορες λειτουργίες σε υδραυλικά συστήματα: παροχή ροής, διατήρηση πίεσης και απορρόφηση κρούσεων.
Η παροχή ροής είναι μία από τις εφαρμογές ενός αποθηκευτικού δοχείου. Ένα φορτισμένο αποθηκευτικό δοχείο αποτελεί μια πηγή υδραυλικής δυναμικής ενέργειας. Όταν το σύστημα απαιτεί μεγαλύτερη ροή από αυτήν που μπορεί να παρέχει η αντλία, η ενέργεια που έχει αποθηκευτεί στο αποθηκευτικό δοχείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ροής στο σύστημα. Για παράδειγμα, εάν μια μηχανή έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ο πραγματικός χρόνος λειτουργίας της να είναι πολύ σύντομος κατά τον κύκλο λειτουργίας της, μια αντλία μικρής αντλητικής ικανότητας μπορεί να φορτίζει το αποθηκευτικό δοχείο για κάποιο χρονικό διάστημα. Κατά τη λειτουργία της μηχανής, η κατευθυντική βαλβίδα μετακινείται στη θέση εργασίας και το αποθηκευτικό δοχείο εξέρχεται αμέσως με πιεσμένο λάδι προς τον ενεργοποιητή, όπως απαιτείται. Αυτή η μέθοδος χρήσης του αποθηκευτικού δοχείου μαζί με μια μικρή αντλία αποθηκεύει την κορυφαία ισχύ — δηλαδή, αντικαθιστά τη μεγάλη ροή/ισχύ μιας μεγάλης αντλίας/κινητήρα σε σύντομο χρονικό διάστημα με την πιο μικρή ροή/ισχύ μιας μικρής αντλίας/κινητήρα, η οποία μέσα σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα παρέχει την ίδια μέση ισχύ.
Τα αποθηκευτικά δοχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διατήρηση της πίεσης. Όταν η αντλία/ο κινητήρας παρέχει ροή σε άλλα τμήματα του συστήματος, ένα αποθηκευτικό δοχείο μπορεί να διατηρεί την πίεση σε μία κλάδο του κυκλώματος.
Όταν το σύστημα απαιτεί τον κύλινδρο σύσφιξης Α να επιστρέψει, ο κύλινδρος σύσφιξης Β πρέπει να διατηρήσει την πίεση. Καθώς η κατευθυντήρια βαλβίδα Α μετακινείται, η πίεση στην υδραυλική αντλία και στις γραμμές του κυλίνδρου Α μειώνεται γρήγορα, ενώ ο κύλινδρος Β διατηρείται υπό πίεση από τον αποθηκευτήρα, ο οποίος έχει ήδη αποθηκεύσει επαρκές ποσό πιεστικού λαδιού για να αντισταθμίσει τις διαρροές στις γραμμές του κυλίνδρου Β.
Σε μία άλλη εφαρμογή, ένας εργαστηριακός κύλινδρος που βρίσκεται κοντά σε φούρνο υφίσταται υψηλή περιβαλλοντική θερμοκρασία, η οποία προκαλεί θερμική διαστολή του λαδιού. Ο αποθηκευτήρας απορροφά την αυξημένη όγκο και διατηρεί την πίεση σε σχετικά σταθερό επίπεδο. Χωρίς τον αποθηκευτήρα, η αύξηση της πίεσης στις γραμμές θα ήταν ανεξέλεγκτη και θα μπορούσε να προκαλέσει ρήξη του περιβλήματος των εξαρτημάτων, των σωλήνων ή των συνδέσμων.
Σχήμα 8-10: Αποθηκευτήρας για διατήρηση πίεσης. (Πάνω) Διατηρεί την πίεση σε μία κλάδο του κυκλώματος ενώ η αντλία εξυπηρετεί άλλον. (Κάτω) Απορροφά τις μεταβολές όγκου λόγω θερμικής διαστολής του λαδιού κοντά σε πηγές θερμότητας.
Οι συσσωρευτές υγρών/αερίων μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την απορρόφηση των δονήσεων του συστήματος. Οι δονήσεις σε ένα υδραυλικό σύστημα μπορούν να προκληθούν από την αδράνεια ενός φορτίου που είναι συνδεδεμένο με κύλινδρο ή κινητήρα, ή από αιφνίδια διακοπή της ροής ή γρήγορη αλλαγή κατεύθυνσης της βαλβίδας, προκαλώντας έτσι δονήσεις λόγω αδράνειας του υγρού. Ένας συσσωρευτής στο κύκλωμα μπορεί να απορροφήσει ένα μέρος των δονήσεων και να εμποδίσει τη διάδοσή τους σε ολόκληρο το σύστημα.
Εξωτερικές μηχανικές δυνάμεις μπορούν επίσης να προκαλέσουν υδραυλικές δονήσεις. Ένα φορτίο που είναι συνδεδεμένο με υδραυλικό κύλινδρο με τάση αναπήδησης ωθεί το έμβολο προς τα πίσω, δημιουργώντας υδραυλικές δονήσεις. Ένας συσσωρευτής στη γραμμή του κυλίνδρου, εάν είναι φορτισμένος σωστά, βοηθά στη μείωση του αντίκτυπου των δονήσεων. Εάν είναι φορτισμένος λανθασμένα, μπορεί επίσης να προκαλέσει υπερπίεση.
Επειδή οι συσσωρευτές υγρού/αερίου χρησιμοποιούν συμπιεσμένο αέριο για την αποθήκευση πίεσης λαδιού, οι ιδιότητες του αερίου επηρεάζουν την απόδοση του συσσωρευτή. Όταν φορτώνεται ένας συσσωρευτής υγρού/αερίου, το αέριο συμπιέζεται και η θερμοκρασία του αυξάνεται. Σε σταθερή πίεση, το ζεστό αέριο καταλαμβάνει περισσότερο χώρο από το ψυχρότερο αέριο.
Η ισόθερμη διαδικασία περιγράφει την κατάσταση λειτουργίας του συσσωρευτή όταν η θερμοκρασία του αερίου διατηρείται σταθερή. Κατά τη φόρτιση, η ισόθερμη λειτουργία σημαίνει ότι το αέριο συμπιέζεται αρκετά αργά ώστε όλη η θερμότητα που παράγεται από τη συμπίεση να αποδιαχείται πλήρως. Η αδιαβατική διαδικασία περιγράφει την κατάσταση λειτουργίας του συσσωρευτή όταν η θερμοκρασία του αερίου μεταβάλλεται. Κατά τη φόρτιση, η αδιαβατική συμπίεση σημαίνει ότι το αέριο συμπιέζεται τόσο γρήγορα, ώστε όλη η θερμότητα να παραμένει εγκλωβισμένη.
Για έναν συσσωρευτή υγρού/αερίου που φορτώνεται στην ίδια πίεση, η ισόθερμη διαδικασία αποθηκεύει περισσότερο λάδι από την αδιαβατική διαδικασία.
Αριθμητικό παράδειγμα: Ένας σωληνοειδής αποθηκευτής πίεσης αρχικά έχει πίεση αερίου 500 psi (34,48 bar) και θερμοκρασία 70°F (21°C). Εάν φορτωθεί μέχρι 1.000 psi (68,97 bar) με αδιαβατική διαδικασία (γρήγορα), η θερμοκρασία και η πίεση αυξάνονται ενταύθα. Στα 1.000 psi (68,97 bar) η λάδι παύει να εισέρχεται· η θερμοκρασία είναι 150°F (65,6°C) και ο αποθηκευτής αποθηκεύει 135 in³ (2.215,65 cm³) λαδιού. Εάν φορτωθεί ισόθερμα (αργά), η θερμοκρασία παραμένει σταθερή στους 70°F (21°C) σε όλη τη διάρκεια· στα 1.000 psi (68,97 bar) η λάδι παύει να εισέρχεται και ο αποθηκευτής αποθηκεύει 150 in³ (2.458,5 cm³) λαδιού.
Σχήμα 8-12: Ισόθερμη έναντι αδιαβατικής φόρτισης. Η αργή (ισόθερμη) φόρτιση αποθηκεύει περισσότερο λάδι από τη γρήγορη (αδιαβατική) φόρτιση στην ίδια τελική πίεση, επειδή η θερμοκρασία παραμένει χαμηλότερη και το αέριο καταλαμβάνει λιγότερο χώρο.
Κατά την εκροή λαδιού, το αέριο διαστέλλεται και ψύχεται. Σε σταθερή πίεση, το ψυχρότερο αέριο καταλαμβάνει μικρότερο όγκο από το θερμότερο αέριο. Στην πράξη, η λειτουργία του αποθηκευτήρα είναι κατά κανόνα αδιαβατική — όχι ισόθερμη. Στις επόμενες ενότητες, το κύριο ενδιαφέρον δεν είναι πόσο λάδι μπορεί να αποθηκεύσει ο αποθηκευτήρας, αλλά πόσο λάδι εκτοξεύει πριν η πίεση μειωθεί σε χαμηλότερο επίπεδο, γεγονός που επηρεάζεται σημαντικά από την προεφόρτωση.
Όταν ο αποθηκευτήρας είναι εντελώς άδειος από λάδι, η πίεση του αερίου που εισάγεται στον αποθηκευτήρα υγρού/αερίου αποτελεί την πίεση προεφόρτωσης. Αυτή η πίεση επηρεάζει σημαντικά τον αποτελεσματικό όγκο και την απόδοση απορρόφησης κραδασμών του αποθηκευτήρα.
Οι συσσωρευτές υγρού/αερίου που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ροής στο σύστημα ή για τη διατήρηση της πίεσης λειτουργούν συνήθως μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης εργασιακής πίεσης. Όταν είναι πλήρως φορτωμένοι με λάδι, οι συσσωρευτές φθάνουν στη μέγιστη εργασιακή πίεση. Όταν απαιτείται, η εργασιακή πίεση μειώνεται και ο συσσωρευτής εκτοξεύει λάδι μέχρι μία χαμηλότερη ελάχιστη πίεση. Ο όγκος λαδιού που εκτοξεύει ο συσσωρευτής μεταξύ της μέγιστης και της ελάχιστης εργασιακής πίεσης αποτελεί τον αποτελεσματικό όγκο.
Η προεφόρτιση επηρεάζει τον αποτελεσματικό όγκο. Παράδειγμα: ένας συσσωρευτής υγρού/αερίου όγκου 231 in³ (3.786 cm³) σε ένα σύστημα χρησιμοποιεί μία μικρή αντλία για να φορτώσει λάδι μέχρι την πίεση λειτουργίας του συστήματος, η οποία είναι 2.000 psi (137,9 bar). Για την παροχή ροής, η πίεση επιτρέπεται να μειωθεί στα 1.500 psi (103,4 bar). Η επιλεγμένη πίεση προεφόρτισης καθορίζει την ποσότητα λαδιού που παρέχει ο συσσωρευτής στο σύστημα.
Από τον πίνακα απόδοσης, ένας συσσωρευτής όγκου 231 in³ (3.786 cm³) με προφόρτιση 100 psi (6,89 bar) μπορεί να αποθηκεύσει 210 in³ (3.441,9 cm³) λαδιού σε ισόθερμη φόρτιση στα 1.000 psi (άνω όριο = τιμές ισόθερμης φόρτισης). Στα 1.500 psi (103,4 bar) αποθηκεύει 202 in³ (3.310,8 cm³), παρέχοντας 8 in³ (131 cm³) μεταξύ των δύο πιέσεων. Αυτός ο συσσωρευτής με χαμηλή προφόρτιση αποθηκεύει πολύ λάδι, αλλά παρέχει ελάχιστη ποσότητα.
Με αύξηση της προφόρτισης στα 1.000 psi (68,96 bar), ο συσσωρευτής αποθηκεύει 93 in³ (1.524,3 cm³) στα 2.000 psi (137,9 bar) και 59,5 in³ (975 cm³) στα 1.500 psi (103,4 bar), παρέχοντας 33,5 in³ (594,1 cm³). Η υψηλότερη προφόρτιση αποθηκεύει λιγότερο λάδι, αλλά παρέχει πολύ περισσότερο. Με προφόρτιση 1.400 psi (96,6 bar), η αποθηκευμένη ποσότητα λαδιού είναι ελάχιστη, ενώ η παρεχόμενη ποσότητα λαδιού είναι μέγιστη.
Σχήμα 8-13: Πίνακας απόδοσης συσσωρευτή (χωρητικότητα 231 in³). Υψηλότερη πίεση προφόρτισης παρέχει περισσότερο λάδι ανά κύκλο μεταξύ καθορισμένων ορίων πίεσης, αλλά αποθηκεύει λιγότερο συνολικό λάδι. Επιλέξτε την προφόρτιση βάσει του απαιτούμενου αποτελεσματικού όγκου, όχι της συνολικής χωρητικότητας.
Η αποτελεσματική όγκος εξόδου ενός συσσωρευτή πρέπει να ελέγχεται μέσω της παροχής. Για τη διατήρηση της πίεσης, η ελεγχόμενη παροχή καθορίζεται από τη διαρροή που πρέπει να αντισταθμιστεί. Για τους συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται για την παροχή λαδιού υπό πίεση, όταν η κατευθυντήρια βαλβίδα στον αγωγό εξόδου αλλάζει θέση, η αποτελεσματική όγκος εξόδου είναι υπερβολικά γρήγορη. Γι’ αυτόν τον λόγο, αυτοί οι συσσωρευτές διαθέτουν συχνά βαλβίδες ελέγχου παροχής και βαλβίδες παράκαμψης ελέγχου ροής στις εισόδους/εξόδους τους.
Όταν ένας συσσωρευτής υγρού/αερίου χρησιμοποιείται ως απορροφητής κραδασμών, η προεφόρτισή του ρυθμίζεται συνήθως ελαφρώς πάνω από τη μέγιστη εργασιακή πίεση του κυκλώματος (ρυθμίζεται περίπου σε 100 psi / 6,896 bar πάνω από τη μέγιστη πίεση που καθορίζεται από τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας). Εάν η μέγιστη εργασιακή πίεση καθορίζεται από τη βαλβίδα ασφαλείας, η προεφόρτιση μπορεί να ρυθμιστεί περίπου 100 psi πάνω από τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας.
Η προεφορτιστική πίεση ενός συσσωρευτή υγρού/αερίου επηρεάζει την ικανότητά του απορρόφησης κραδασμών. Σε ένα υδραυλικό σύστημα, οι κραδασμοί προκαλούνται από εξωτερικές μηχανικές δυνάμεις που ασκούνται σε ένα κύλινδρο ή κινητήρα, με αποτέλεσμα μια απότομη αύξηση της πίεσης, ή από την αδράνεια του υγρού όταν μια υδραυλική βαλβίδα κλείνει απότομα.
Ο συσσωρευτής μπορεί να απορροφήσει το μέρος του λαδιού υψηλής πίεσης που προκαλείται από τους κραδασμούς και το οποίο μπορεί να συμπιεστεί και να μεταφερθεί. Μια γραμμή που περιλαμβάνει συσσωρευτή γίνεται συμπιεστή πάνω από μια ορισμένη πίεση. Εάν η προεφορτιστική πίεση του συσσωρευτή είναι πολύ χαμηλή, ήδη αποθηκεύει κάποιο λάδι πριν φτάσει ο κραδασμός, οπότε μπορεί να απορροφήσει μόνο 4 in³ (65,6 cm³). Εάν η προεφορτιστική πίεση είναι 2.500 psi (172,4 bar) — πολύ υψηλή — η πίεση ανεβαίνει σχεδόν στα 2.800 psi (193 bar) πριν απορροφήσει 4 in³. Για τους απορροφητές κραδασμών, η προεφορτιστική πίεση είναι εξαιρετικά σημαντική.
Ένας συσσωρευτής υγρού/αερίου φορτώνεται με αέριο στην κατάλληλη προεπιφόρτιση μία φορά. Αυτό σημαίνει ότι η ίδια προεπιφόρτιση δεν μπορεί να διατηρηθεί επ' αόριστον. Κατά τη λειτουργία του συσσωρευτή, το συμπιεσμένο αέριο διαρρέει μέσω της βαλβίδας αερίου — ενδεχομένως λόγω βλάβης της βαλβίδας αερίου ή κακής στεγανότητας, ή λόγω προβλήματος με την κωνική επιφάνεια του κορμού της βαλβίδας που καθίζει στο κάθισμα της βαλβίδας. Η πίεση του αερίου μειώνεται επίσης σταδιακά κατά την εκκένωση λαδιού σε συσσωρευτές με μπλάντζα και με διάφραγμα — αυτό συνήθως συμβαίνει καταστροφικά, προκαλώντας την ρήξη του συνθετικού ελαστικού υλικού του διαφράγματος. Για συσσωρευτές με έμβολο, κατά τη διαδικασία εκκένωσης, το φορτισμένο αέριο μπορεί να διαφεύγει πέρα από φθαρμένα στεγανοποιητικά μέσα από την περιοχή του εμβόλου. Η σταδιακή απώλεια της προεπιφόρτισης μπορεί να υποδηλώνει έναν συσσωρευτή με έμβολο που παρουσιάζει κάποιο βαθμό φθοράς.
Η σωστή προεφορτιστική πίεση είναι κρίσιμη για την απόδοση του συσσωρευτή υγρού/αερίου, γι’ αυτό πρέπει να ελέγχεται τακτικά. Για τον έλεγχο της προεφορτιστικής πίεσης απαιτείται μια συσκευή φόρτισης με μανόμετρο. Η συσκευή αποτελείται κυρίως από έναν φορτιστικό δακτύλιο, μια βαλβίδα αποπίεσης και ένα μανόμετρο.
Διαδικασία ελέγχου: αδειάστε ολόκληρο το λάδι από τον συσσωρευτή, αφαιρέστε το προστατευτικό καπάκι (συνήθως στη βαλβίδα αερίου στο πάνω μέρος). Με τη λαβή του δακτυλίου πλήρως ανασυρμένη, ελέγξτε ότι η βαλβίδα αποπίεσης είναι κλειστή. Συνδέστε τον φορτιστικό δακτύλιο στη βαλβίδα αερίου του συσσωρευτή, σφίξτε την πτερυγωτή ροδέλα του δακτυλίου και διασφαλίστε αξιόπιστη σύνδεση με τη βαλβίδα αερίου. Εισάγετε τη βίδα του δακτυλίου για να πιέσετε πλήρως τον πυρήνα της βαλβίδας αερίου του συσσωρευτή· διαβάστε την ένδειξη του μανομέτρου — αυτή είναι η προεφορτιστική πίεση του συσσωρευτή.
Εάν η προφόρτιση είναι σωστή, περιστρέψτε τη λαβή του σφιγκτήρα προς τα έξω για να κλείσετε τη βαλβίδα αερίου του συσσωρευτή, ανοίξτε τη βαλβίδα αποστράγγισης για να αποσυμπιεστεί η συσκευή φόρτισης, χαλαρώστε την πτερυγωτή βίδα του σφιγκτήρα, αφαιρέστε τη συσκευή από τον συσσωρευτή και επανατοποθετήστε το προστατευτικό καπάκι της βαλβίδας αερίου.
Εάν η προφόρτιση είναι υπερβολικά υψηλή, ανοίξτε τη βαλβίδα αποστράγγισης για να απελευθερώσετε την περίσσεια πίεση. Εάν η προφόρτιση πρέπει να αυξηθεί, πρώτα τραβήξτε τη λαβή του σφιγκτήρα για να κλείσετε τη βαλβίδα αερίου του συσσωρευτή, ανοίξτε τη βαλβίδα αποστράγγισης για να μειώσετε την πίεση της συσκευής φόρτισης, στη συνέχεια κλείστε τη βαλβίδα αποστράγγισης, συνδέστε τη συσκευή φόρτισης σε κύλινδρο αζώτου. Περιστρέψτε τη λαβή του σφιγκτήρα προς τα μέσα για να πιέσετε πλήρως τον πυρήνα της βαλβίδας αερίου του συσσωρευτή, ανοίξτε τη βαλβίδα του κυλίνδρου αζώτου για να εισέλθει αργά το αέριο στον συσσωρευτή. Όταν ο δείκτης δείχνει την επιθυμητή πίεση, κλείστε τη βαλβίδα αερίου. Μόλις ο δείκτης δείξει τη σωστή προφόρτιση, κλείστε τη βαλβίδα του κυλίνδρου αζώτου, τραβήξτε τη λαβή του σφιγκτήρα για να κλείσετε τη βαλβίδα αερίου του συσσωρευτή, ανοίξτε τη βαλβίδα αποστράγγισης και στη συνέχεια αποσυνδέστε τον εύκαμπτο σωλήνα φόρτισης και τη συσκευή φόρτισης.
Σχήμα 8-15: Έλεγχος και ρύθμιση της προφόρτισης του συσσωρευτή. (Πάνω) Φθαρμένα σφραγίσματα εμβόλου προκαλούν σταδιακή απώλεια προφόρτισης. (Κάτω) Τυποποιημένο κιτ φόρτισης με αζώτο — χρησιμοποιείτε πάντα ξηρό αζώτο, ποτέ συμπιεσμένο αέρα.
Σε ένα τυπικό υδραυλικό κύκλωμα με αποθηκευτικό δοχείο, όταν το αποθηκευτικό δοχείο είναι πλήρως φορτισμένο και κανένα τμήμα του συστήματος δεν λειτουργεί, η παροχή της αντλίας/κινητήρα πρέπει να αποφορτίζεται στη δεξαμενή υπό την ελάχιστη δυνατή πίεση. Στο απεικονιζόμενο κύκλωμα, χρησιμοποιείται βαλβίδα απόρριψης για την απόφορτιση. Μόλις το αποθηκευτικό δοχείο φορτιστεί στη ρύθμιση της βαλβίδας απόρριψης, η βαλβίδα ανοίγει και κατευθύνει την παροχή της αντλίας στη δεξαμενή.
Συνήθως, αυτός ο τύπος απόφορτισης μπορεί να διαρκέσει μόνο λίγα δευτερόλεπτα, καθώς υπάρχει πάντα κάποια διαρροή κατά μήκος της ροής πίσω από την αντεπιστροφική βαλβίδα. Το αποθηκευτικό δοχείο πρέπει να αντισταθμίζει αυτήν τη διαρροή — η πίεση μειώνεται σταδιακά — η βαλβίδα απόρριψης κλείνει σταδιακά και η οπή προς τη δεξαμενή γίνεται όλο και μικρότερη, μέχρις ότου η πίεση στο αποθηκευτικό δοχείο πέσει κάτω από την πίεση ανοίγματος της βαλβίδας. Καθώς η βαλβίδα κλείνει, η αντλία/ο κινητήρας πρέπει να αναπτύξει μεγαλύτερη ισχύ για να επαναφορτίσει το αποθηκευτικό δοχείο στη ρύθμιση της βαλβίδας απόρριψης.
Για να διασφαλιστεί ότι η αντλία/ο κινητήρας είναι πλήρως αποφορτισμένος πριν από την επαναφόρτιση του συσσωρευτή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί διακόπτης πίεσης. Στο κύκλωμα, ο διακόπτης πίεσης ανιχνεύει την πίεση του συσσωρευτή και στέλλει ένα ηλεκτρικό σήμα ενεργοποίησης σε μια καθορισμένη τιμή πίεσης. Το ηλεκτρικό σήμα κατευθύνεται σε μια διόδευτη ηλεκτροβαλβίδα κανονικά κλειστού τύπου — αυτή η ηλεκτροβαλβίδα μπορεί να ελέγχει μια βαλβίδα ασφαλείας ελεγχόμενη από πιλοτική πίεση για την αποφόρτιση. Όταν ο συσσωρευτής φορτιστεί στην καθορισμένη τιμή πίεσης του διακόπτη, το ρελέ στέλνει ένα σήμα στην ηλεκτροβαλβίδα για να αποφορτίσει τη βαλβίδα ασφαλείας και να κατευθύνει τη ροή της αντλίας/του κινητήρα στη δεξαμενή μέσω της βαλβίδας ασφαλείας.
Σχήμα 8-16: Κυκλώματα αποφόρτισης συσσωρευτή. (Πάνω) Απλή βαλβίδα εκκένωσης — αποφορτίζει στη δεξαμενή όταν ο συσσωρευτής φτάσει την καθορισμένη πίεση, αλλά τείνει να εναλλάσσεται. (Κάτω) Διακόπτης πίεσης με βαλβίδα ασφαλείας ελεγχόμενη από πιλοτική πίεση — διασφαλίζει πλήρη αποφόρτιση και ακριβή έλεγχο της ζώνης πίεσης.
Μετά τη φόρτιση του αποθηκευτικού δοχείου, μια βαλβίδα αποφόρτισης διαφορικής πίεσης μπορεί να αντικαταστήσει το διακόπτη πίεσης και την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα για να απελευθερώσει τη βαλβίδα ασφαλείας και να αποφορτίσει την αντλία/τον κινητήρα. Η βαλβίδα αποφόρτισης διαφορικής πίεσης είναι μια υδραυλική βαλβίδα σχεδιασμένη ειδικά για εφαρμογές με αποθηκευτικά δοχεία. Όπως προκύπτει από το όνομά της, αυτή η βαλβίδα χρησιμοποιεί διαφορά πίεσης για να αποφορτίσει την αντλία/τον κινητήρα.
Η βαλβίδα αποφόρτισης διαφορικής πίεσης αποτελείται από μια βαλβίδα ασφαλείας με πιλοτική λειτουργία, μια βαλβίδα ελέγχου και ένα διαφορικό έμβολο, ενσωματωμένα σε ένα κορμό βαλβίδας. Ο κορμός της βαλβίδας διαθέτει τρεις υδραυλικές προσαγωγές: πρόσβαση πίεσης, πρόσβαση επιστροφής και πρόσβαση αποθηκευτικού δοχείου.
Μέσα στη βαλβίδα αποφόρτισης διαφορικής πίεσης, η αντεπιστροφική βαλβίδα και η βαλβίδα ασφαλείας με πιλοτική λειτουργία λειτουργούν κανονικά. Το λάδι της αντλίας μπορεί να φορτίζει τον αποθηκευτήρα μέσω της αντεπιστροφικής βαλβίδας. Το διαφορικό έμβολο βρίσκεται απέναντι από τον πιλοτικό άξονα της βαλβίδας ασφαλείας και μπορεί να κινείται ελεύθερα μέσα στον κύλινδρό του. Οι δύο άκρες του εμβόλου εκτίθενται σε ίσες επιφάνειες πίεσης. Όταν ο αποθηκευτήρας φορτίζεται, η πίεση και στις δύο πλευρές του εμβόλου είναι σχεδόν ίση (αγνοώντας την πτώση πίεσης μέσω της αντεπιστροφικής βαλβίδας), οπότε το έμβολο δεν κινείται. Όταν η πίεση στον πιλοτικό άξονα της βαλβίδας γίνει επαρκής, ο πιλοτικός άξονας ωθείται μακριά από τη θέση του — όπως είναι γνωστό, αυτή η πιλοτική κίνηση μπορεί να περιορίσει την πίεση στην κοιλότητα του ελατηρίου της κύριας βαλβίδας. Εφόσον η κοιλότητα του ελατηρίου της κύριας βαλβίδας και ένα άκρο του διαφορικού εμβόλου είναι υπό περιορισμένη πίεση, το έμβολο κινείται προς τον πιλοτικό άξονα της βαλβίδας, ωθώντας τον πιλοτικό άξονα πλήρως μακριά από τη θέση του, με αποτέλεσμα την απελευθέρωση της ελεγχόμενης πίεσης από την κοιλότητα του ελατηρίου του κύριου άξονα, την αποφόρτιση της βαλβίδας ασφαλείας και την αποφόρτιση της αντλίας/κινητήρα. Ταυτόχρονα, η αντεπιστροφική βαλβίδα κλείνει, ώστε το λάδι του αποθηκευτήρα να μην μπορεί να εκκενωθεί μέσω της βαλβίδας ασφαλείας.
Η διαφορική επιφάνεια του εμβόλου που εκτίθεται στην πίεση είναι 15% μεγαλύτερη από την επιφάνεια του άξονα της βαλβίδας ελέγχου. Εφόσον η δύναμη = πίεση × επιφάνεια, η δύναμη που διατηρεί τον άξονα της βαλβίδας ελέγχου σε ανυψωμένη θέση είναι 15% μεγαλύτερη από τη δύναμη που ανυψώνει τον άξονα της βαλβίδας ελέγχου. Αυτό σημαίνει ότι το ελατήριο πρέπει να ασκήσει δύναμη μεγαλύτερη κατά 15% από κάποια άλλη πηγή για να επαναφέρει τον άξονα της βαλβίδας ελέγχου στη θέση του — ή η πίεση του συστήματος πρέπει να μειωθεί κατά 15% προτού ο άξονας της βαλβίδας ελέγχου μπορέσει να επαναφερθεί στη θέση του.
Αυτό διασφαλίζει ότι η βαλβίδα αποφόρτισης διαφορικής πίεσης διατηρεί την αντλία/τον κινητήρα σε κατάσταση αποφόρτισης μετά τη φόρτιση του αποθηκευτή, μέχρις ότου η πίεση μειωθεί κατά ένα καθορισμένο ποσοστό — συνήθως περίπου 15% της ρύθμισης της βαλβίδας ελέγχου. Για παράδειγμα, όταν η βαλβίδα ελέγχου ρυθμίζεται σε 1.000 psi (69 bar), η αποφόρτιση λαμβάνει χώρα μεταξύ 1.000 psi (69 bar) και 850 psi (59 bar)· όταν η βαλβίδα ελέγχου ρυθμίζεται σε 2.000 psi (138 bar), το εύρος αποφόρτισης είναι από 2.000 psi (138 bar) έως 1.700 psi (117 bar).
Σε κάθε εφαρμογή, για να πραγματοποιηθεί χρήσιμο έργο με την υδραυλική ενέργεια, αυτή πρέπει να μετατραπεί σε μηχανική ενέργεια. Οι υδραυλικοί κύλινδροι μετατρέπουν την υδραυλική ενέργεια σε γραμμική μηχανική κίνηση.
Ένας υδραυλικός κύλινδρος αποτελείται από έναν κύλινδρο (σώμα), ένα κινούμενο έμβολο με εύκαμπτους σφραγιστικούς δακτυλίους που συνδέονται με μια ράβδο εμβόλου, καθώς και από δύο τερματικά καπάκια. Τα τερματικά καπάκια μπορούν να είναι ενσωματωμένα με σπείρωμα, με φλάντζα, με τραβηγμένη επεξεργασία ή να είναι συγκολλημένα στο σώμα του κυλίνδρου. Στους βιομηχανικούς υδραυλικούς κυλίνδρους χρησιμοποιούνται συνήθως συνδέσεις της ράβδου εμβόλου με βίδες. Όταν η ράβδος εμβόλου κινείται, αναφέρεται ως «σετ σφραγίδας ράβδου εμβόλου» ή ως «αποσυναρμολογούμενος οδηγός δακτύλιος», ο οποίος καθοδηγεί και υποστηρίζει τη ράβδο εμβόλου.
Το άκρο με τη ράβδο εμβόλου ονομάζεται «άκρο ράβδου»· το άλλο άκρο, χωρίς ράβδο, ονομάζεται «τυφλό άκρο». Οι θύρες εισόδου και εξόδου βρίσκονται στα καπάκια του άκρου ράβδου και του τυφλού άκρου.
Για τη σωστή λειτουργία, το σφράγισμα του εμβόλου και του οδηγού της ράβδου εμβόλου του υδραυλικού κυλίνδρου πρέπει να είναι αξιόπιστο. Συνηθισμένα σφραγίσματα που χρησιμοποιούνται στα εμβόλα υδραυλικών κυλίνδρων είναι τα σφραγίσματα με χείλος, οι δακτύλιοι εμβόλου από χυτοσίδηρο ή μονά/διπλά σφραγίσματα διπλής κατεύθυνσης. Τα υλικά και τα συστατικά των σφραγισμάτων πρέπει να επιβεβαιωθεί ότι είναι συμβατά με το υδραυλικό υγρό και τις συνθήκες λειτουργίας.
Το πολυστρωματικό σφράγισμα της ράβδου εμβόλου είναι ένα αποτελεσματικό τύπος σφράγισμας για τη ράβδο εμβόλου, που αποτελείται από ένα κύριο σφράγισμα με εσωτερική επιφάνεια σφράγισματος σε σχήμα χείλους, έναν καθαριστήρα (wiper) που έρχεται συνεχώς σε επαφή με την επιφάνεια της ράβδου εμβόλου κατά τη λειτουργία και αφαιρεί το υδραυλικό λάδι από την επιφάνεια της ράβδου εμβόλου. Το δευτερεύον σφράγισμα κατά της σκόνης συλλέγει το υπολειπόμενο λάδι που αφήνει το κύριο σφράγισμα και, κατά την εισαγωγή της ράβδου εμβόλου, αφαιρεί οποιαδήποτε ξένη ουσία που έχει προσκολληθεί στη ράβδο εμβόλου.
Όπως περιγράφεται παραπάνω, το λάδι που συσσωρεύεται στην κοιλότητα μεταξύ της κύριας σφράγισης και της σφράγισης απέναντι στη σκόνη μπορεί να επιστρέψει στο εσωτερικό του κυλίνδρου κατά τη διάρκεια της φάσης ανάκλισης — αυτό είναι φυσιολογικό. Ωστόσο, εάν το διάστημα κίνησης του κυλίνδρου είναι ιδιαίτερα μεγάλο (10 ft / 3,05 m ή μεγαλύτερο), το λάδι που συσσωρεύεται στην κοιλότητα της σφράγισης μπορεί να είναι αρκετό ώστε να υπερβεί την ικανότητα σφράγισης της ράβδου του εμβόλου. Σε αυτήν την περίπτωση και όταν υπάρχει περίσσευμα λαδιού στην κοιλότητα της σφράγισης, η κοιλότητα της σφράγισης της ράβδου του εμβόλου πρέπει να διαθέτει εξωτερική σύνδεση αποστράγγισης.
Σχήμα 8-18: Λεπτομέρειες κατασκευής κυλίνδρου. Το καπάκι του άκρου της ράβδου περιέχει τη διάταξη σφράγισης της ράβδου του εμβόλου. Για κυλίνδρους με μεγάλο διάστημα κίνησης, προστίθεται μία θύρα αποστράγγισης για να αποτραπεί η υπερφόρτωση της σφράγισης από το λάδι.
Όταν η υδραυλική ενέργεια κινεί το έμβολο του κυλίνδρου στο τέλος της διαδρομής (στο τέλος της κίνησης του κυλίνδρου), η αδράνεια του λαδιού μετατρέπεται σε κρούση — η λεγόμενη «υδραυλική κρούση». Εάν η ενέργεια είναι αρκετά μεγάλη, αυτή η κρούση μπορεί να προκαλέσει ζημιά στους υδραυλικούς κυλίνδρους.
Για να προστατευθούν οι υδραυλικοί κύλινδροι από υπερβολικά κρουστικά φορτία, μπορούν να εγκατασταθούν συσκευές αμόρτισης. Οι συσκευές αμόρτισης μπορούν να επιβραδύνουν το έμβολο του κυλίνδρου καθώς πλησιάζει στο τέλος της διαδρομής του. Οι συσκευές αμόρτισης μπορούν να εγκατασταθούν σε ένα ή και στα δύο άκρα ενός υδραυλικού κυλίνδρου.
Μία συσκευή αμόρτισης αποτελείται από μία βαλβίδα ελέγχου ροής με βελόνα και έναν ακίδα αμόρτισης που είναι εγκατεστημένη στο τυφλό άκρο του εμβόλου, καθώς και από ένα μανίκι αμόρτισης που βρίσκεται στον ράβδο του εμβόλου. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν ως πώματα σε κάθε άκρο.
Καθώς ο εμβολοφόρος κύλινδρος υδραυλικού συστήματος πλησιάζει το τέλος της διαδρομής του, η μύτη απόσβεσης ή το μανίκι απόσβεσης εμποδίζει την κανονική έξοδο του λαδιού. Αυτό αναγκάζει το λάδι να διέρχεται μόνο μέσω της βελονοθυρίδας. Ένα μέρος του πιεστικού λαδιού, στη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας, διαφεύγει μέσω της βελονοθυρίδας. Η υπόλοιπη ροή μέσω της βελονοθυρίδας καθορίζει τον ρυθμό επιβράδυνσης του κυλίνδρου. Η ρύθμιση της βελονοθυρίδας καθορίζει τον ρυθμό επιβράδυνσης του εμβόλου. Κατά την αντίστροφη διαδρομή, η ροή εισέρχεται στον κύλινδρο μέσω μιας μονής βαλβίδας ελέγχου (δεν φαίνεται) για να παρακάμψει τη βελονοθυρίδα, οπότε η ταχύτητα αντίστροφης κίνησης δεν επηρεάζεται.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η μήκος διαδρομής ενός υδραυλικού κυλίνδρου πρέπει να περιορίζεται με εξωτερικό έλεγχο. Με την εγκατάσταση ενός βίδα-σταμάτημα που μπορεί να εισάγεται ή να εξάγεται από το κέλυφος, η διαδρομή μπορεί να προρυθμιστεί. Κάθε τύπος ρυθμιστή διαδρομής πρέπει να επαληθευτεί ως προς τις απαιτήσεις για δύναμη σταματήματος, σύγκρουση, κρούση και διαστασιακές επιδράσεις.
Σχήμα 8-19: Αμορτισέρ κυλίνδρων, ρυθμιστές διαδρομής, τρόποι στερέωσης και τύποι φορτίου. Τα αμορτισέρ προστατεύουν τον κύλινδρο στο τέλος της διαδρομής· ο τρόπος στερέωσης καθορίζει το πόσο καλά μπορεί ο κύλινδρος να αντέξει το φορτίο του.
Οι υδραυλικοί κύλινδροι διαθέτουν πολλούς τρόπους στερέωσης, μεταξύ των οποίων: φλάντζες, άξονες στήριξης (trunnions), στερεώσεις με πλευρικά «αυτιά», βίδες κατά την κεντρική γραμμή, διπλές δακτυλιοειδείς στερεώσεις με «αυτιά», ράβδοι σύσφιξης (tie-rods) και στερεώσεις με συγκόλληση. Οι στερεώσεις με κεντρικό «αυτί» ή με συγκόλληση αποτελούν πολύ καλό σχεδιασμό, καθώς εξασφαλίζουν την ελάχιστη δυνατή μη συγκέντρωση (misalignment) κατά τη λειτουργία του κυλίνδρου.
Οι υδραυλικοί κύλινδροι μπορούν να μετατρέψουν την υδραυλική ενέργεια σε ευθύγραμμη ή γραμμική μηχανική κίνηση. Ωστόσο, λόγω της επιλογής μηχανικών μεταδόσεων, οι κύλινδροι μπορούν επίσης να παρέχουν πολλούς διαφορετικούς τύπους μηχανικής κίνησης.
Οι υδραυλικοί κύλινδροι μπορούν να μετακινούν πολλούς διαφορετικούς τύπους φορτίου σε διάφορες εφαρμογές. Γενικά, τα φορτία που ωθούνται από την ράβδο του εμβόλου ονομάζονται «φορτία ώθησης», ενώ τα φορτία που έλκονται από τη ράβδο του εμβόλου ονομάζονται «φορτία έλξης».
Ένας σωλήνας διακοπής είναι ένα στερεό μεταλλικό μανίκι που τοποθετείται στον ράβδο του εμβόλου. Όταν ο ράβδος του εμβόλου ενός κυλίνδρου μεγάλης διαδρομής είναι πλήρως εκτεταμένος, ο σωλήνας διακοπής διαχωρίζει το έμβολο και το μανίκι καθοδήγησης κατά μία απόσταση. Το μανίκι καθοδήγησης του ράβδου του εμβόλου είναι ένα έδρανο που υποστηρίζει τον ράβδο του εμβόλου κατά τη λειτουργία του κυλίνδρου. Σχεδιάστηκε για να αντέχει ορισμένο φορτίο. Το μανίκι καθοδήγησης του ράβδου του εμβόλου — εκτός από το ότι λειτουργεί ως άξονας — αποτελεί επίσης σημείο εφαρμογής φορτίου στον ράβδο του εμβόλου. Σε κυλίνδρους μεγάλης διαδρομής που συνδέονται με φορτία, ο ράβδος του εμβόλου χωρίς στιβαρή καθοδήγηση τείνει να κάμπτεται όταν είναι πλήρως εκτεταμένος, ή μπορεί να προκύψει κάμψη στο μανίκι καθοδήγησης, προκαλώντας πλευρικό φορτίο που ζημιώνει το μανίκι καθοδήγησης του ράβδου του εμβόλου.
Η λειτουργία του σωλήνα διακοπής είναι να διαχωρίζει το έμβολο και το μανίκι καθοδήγησης κατά μία απόσταση όταν ο ράβδος του εμβόλου είναι πλήρως εκτεταμένος, μειώνοντας έτσι το φορτίο στο μανίκι καθοδήγησης του ράβδου του εμβόλου.
Οι υδραυλικοί κύλινδροι υπάρχουν σε πολλούς τύπους. Παρακάτω αναφέρονται ορισμένοι από τους πιο συνηθισμένους τύπους κυλίνδρων· θα εμφανιστούν επίσης σε ορισμένα κυκλώματα εφαρμογής σε επόμενα μαθήματα.
Σχήμα 8-20: Τύποι υδραυλικών κυλίνδρων. Κάθε τύπος είναι κατάλληλος για μια συγκεκριμένη εφαρμογή: τηλεσκοπικός για μεγάλη διαδρομή σε περιορισμένο χώρο, διπλός (tandem) για υψηλή δύναμη σε περιορισμένη διάμετρο κυλίνδρου, διπλού εμβόλου (double-rod) για ίση δύναμη/ταχύτητα και στις δύο κατευθύνσεις.
Ο πιο συνηθισμένος τύπος στη βιομηχανική υδραυλική είναι ο κύλινδρος διπλής δράσης με μονό εμβολοφόρο ράβδο. Για αυτόν τον τύπο, οι κύριες πτυχές που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι η επιτρεπόμενη ροή (gpm) και η πίεση (psi), καθώς και η μετατρεπόμενη μηχανική δύναμη και η κίνηση της ράβδου του εμβόλου.
Το εμβαδόν εμβόλου και το αποτελεσματικό εμβαδόν εμβόλου συζητούνται συνήθως για κυλίνδρους διπλής δράσης με μονό εμβολοφόρο ράβδο. Το μεγάλο εμβαδόν εμβόλου αντιστοιχεί στην πλήρη εγκάρσια διατομή του εμβόλου που εκτίθεται στην πίεση στο «τυφλό» άκρο του κυλίνδρου (δηλαδή στην πλευρά χωρίς ράβδο). Το αποτελεσματικό μικρό εμβαδόν (δακτυλιοειδές εμβαδόν) αντιστοιχεί στο εμβαδόν του εμβόλου που εκτίθεται στην πίεση στην πλευρά της ράβδου, καθώς η ράβδος του εμβόλου καταλαμβάνει μέρος του συνολικού εμβαδού. Ως εκ τούτου, το αποτελεσματικό μικρό εμβαδόν είναι συνήθως μικρότερο από το μεγάλο εμβαδόν.
Η ταχύτητα επέκτασης του εμβόλου του υδραυλικού κυλίνδρου καθορίζεται από το πόσο γρήγορα το υγρό γεμίζει το τυφλό άκρο του κυλίνδρου. Η ταχύτητα του εμβόλου συνήθως εκφράζεται σε ft/min ή m/min:
Ταχύτητα εμβόλου (ft/min) = Παροχή (gpm) × 19,25 / Επιφάνεια εμβόλου (in²)
* Ταχύτητα εμβόλου (m/s) = Παροχή (Lpm) × 0,167 / Επιφάνεια εμβόλου (cm²)
* Εάν υπολογίζετε σε m/s και το αποτέλεσμα είναι μικρότερο των 0,1 m/s, εκφράστε το αποτέλεσμα σε mm/s.
Παράδειγμα: ένας κύλινδρος με επιφάνεια εμβόλου 10 in² (64,5 cm²) λαμβάνει παροχή 5 gpm (18,95 Lpm). Ταχύτητα εμβόλου = (5 × 19,25) / 10 = 9,63 ft/min (49 mm/s). Με διπλάσια παροχή (10 gpm / 37,9 Lpm), η ταχύτητα εμβόλου διπλασιάζεται σε 19,25 ft/min (97,33 mm/s).
Κατά την ανασύρση του εμβόλου, η ροή εισέρχεται στο άκρο του εμβόλου. Για την ίδια εισερχόμενη παροχή, η ταχύτητα ανασύρσεως είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα επέκτασης — χρησιμοποιήστε τη μικρότερη (δακτυλιοειδή) επιφάνεια εμβόλου στον τύπο.
Παράδειγμα: Ροή 10 gpm (38 l/min) εισέρχεται στο άκρο του εμβόλου ενός κυλίνδρου με μεγάλη επιφάνεια 10 in² (65 cm²) και μικρή επιφάνεια 8 in² (52 cm²). Ταχύτητα ανάκλισης = (10 × 19,25) / 8 = 24,06 ft/min (0,12 m/s).
Ταχύτητα εμβόλου (ft/min) = Παροχή (gpm) × 19,25 / Μικρή επιφάνεια (in²)
Ταχύτητα εμβόλου (m/s) = Παροχή (L/min) × 0,167 / Μικρή επιφάνεια (cm²)
Με την ίδια εισερχόμενη παροχή, ένας διπλής ενέργειας κύλινδρος με μονό έμβολο ανακλίνει ταχύτερα από ό,τι εκτείνεται.
Κατά την ανάκλιση, η ροή εισέρχεται στο άκρο του εμβόλου και εξέρχεται από το τυφλό άκρο. Η ροή εκκένωσης είναι μεγαλύτερη από την εισερχόμενη ροή — μπορεί να υπολογιστεί με τον ίδιο τύπο όπως η παροχή σε gpm (l/min), αλλά χρησιμοποιώντας τη μεγάλη επιφάνεια του εμβόλου. Παράδειγμα: 10 gpm εισερχόμενα στο άκρο του εμβόλου με ταχύτητα 24,06 ft/min: ροή εξόδου = (24,06 × 10) / 19,25 = 12,5 gpm (46 L/min).
Όπως φαίνεται, η δύναμη που παράγει ένα υδραυλικό κύλινδρο είναι συνάρτηση της υδραυλικής πίεσης που ενεργεί στην επιφάνεια του εμβόλου του κυλίνδρου. Εάν ένας συγκεκριμένος κύλινδρος χρειάζεται να παράγει μεγαλύτερη δύναμη από την τρέχουσα μέγιστη έξοδο, συχνά αρκεί να αυξηθεί η πίεση σε ανάλογο επίπεδο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η πίεση του συστήματος και το μέγεθος του κυλίνδρου δεν επιτρέπουν τη χρήση μεγαλύτερου κυλίνδρου — ένας ταντέμ κύλινδρος μπορεί να επιλύσει αυτό το πρόβλημα.
Ένας ταντέμ κύλινδρος αποτελείται από δύο ή περισσότερους κυλίνδρους σε σειρά. Οι ράβδοι των εμβόλων είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους, σχηματίζοντας μία κοινή ράβδο εμβόλου. Τα στεγανά των ράβδων των εμβόλων μεταξύ των κυλίνδρων επιτρέπουν σε κάθε κύλινδρο να λειτουργεί ως διπλής ενέργειας. Όταν το μέγεθος του κυλίνδρου περιορίζεται από το διαθέσιμο χώρο και το μέγεθος της μηχανής, παρόλο που η πίεση που παράγει η αντλία/ο κινητήρας είναι σχετικά χαμηλή, μπορεί να επιτευχθεί η ίδια μηχανική δύναμη εξόδου.
Παράδειγμα: Η εγκατάσταση της μεγαλύτερης μηχανής επιτρέπει εμβολοειδές εμβαδόν 10 in² (64,5 cm²). Η μέγιστη πίεση που απαιτείται για να υπερνικηθεί η αντίσταση φορτίου είναι μόνο 500 psi (34,48 bar). Η προσθήκη πίεσης 500 psi (34,48 bar) στην πλευρά του αποτελεσματικού εμβαδού 8 in² (51,6 cm²) με αντίστροφη πίεση δημιουργεί δύναμη 781 psi (53,86 bar). Σε ένα ταντέμ κύκλωμα με δύο κυλίνδρους, ο καθένας υπό πίεση 500 psi (34,48 bar) με εμβαδόν 10 in² και αποτελεσματικό εμβαδόν 8 in², η συνδυασμένη έξοδος είναι πολύ μεγαλύτερη.
ΒΑΣΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ – ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8
|
Σύνταγμα |
Εξίσωση |
Σημειώσεις |
|
Ταχύτητα εξωθήσεως της ράβδου |
v = Q × 19,25 / A_large |
Q σε gpm, A σε in², v σε ft/min |
|
Ταχύτητα εισώθησης της ράβδου |
v = Q × 19,25 / A_small |
Χρησιμοποιήστε το αννουλάριο (μικρό) εμβαδόν |
|
Ταχύτητα ράβδου (SI) |
v = Q × 0,167 / A |
Q σε Lpm, A σε cm², v σε m/s |
|
Εκκένωση από το τυφλό άκρο |
Q_out = v × A_large / 19,25 |
Περισσότερο ρευστό εξέρχεται από ό,τι εισέρχεται κατά την ανασύρσιμη κίνηση |
|
Δύναμη κυλίνδρου |
F = P × A |
F σε lbs, P σε psi, A σε in² |
Καλώς ήρθατε στο HOVOO, μια ελλαδική εργοστάσιο σφραγίδων. Παραγωγή σφραγίδων από PU, Ρούχο και PTFE. Οι σφραγίδες περιλαμβάνουν O-ring, σφραγίδα πιστόνα, σφραγίδα κανόνα, Gray ring και αεριαία σφραγίδα.
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
