Κεφάλαιο 9: Βαλβίδες Ελέγχου Ροής

Το οπή

Μια οπή είναι μια σχετικά μικρή ανοιγμένη διαδρομή σε ένα ρεύμα ρευστού. Η ροή μέσω μιας οπής επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες, οι τρεις κύριοι εκ των οποίων είναι:

1. Μέγεθος οριφέλας
2. Διαφορά πίεσης στα δύο άκρα της οπής
3. Θερμοκρασία υγρού

Επίδραση του μεγέθους της οπής στη ροή

Το μέγεθος της οπής ελέγχει τη ροή που διέρχεται από αυτήν. Ένα κοινό καθημερινό παράδειγμα είναι το ακροφύσιο της κηπευτικής λάστιχας — εάν η έξοδος του ακροφυσίου είναι μικρή, το νερό εκτοξεύεται ως λεπτό ατμό ή ψεκασμός. Εάν η έξοδος είναι μεγαλύτερη, μετατρέπεται σε ισχυρή ροή. Σε και τις δύο περιπτώσεις, το ακροφύσιο της λάστιχας λειτουργεί ως οπή που περιορίζει την κατεύθυνση της ροής του νερού — η ροή μέσω της οπής καθορίζεται από το μέγεθος της εξόδου.

Σχήμα 9-1: Βαλβίδα ελέγχου ροής σε ένα κύκλωμα. Η βαλβίδα περιορίζει τη ροή προς τον κύλινδρο. Η περίσσευμα ροής της αντλίας διοχετεύεται μέσω της βαλβίδας ασφαλείας. Η περιορισμένη ροή μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια (ταχύτητα) στην οπή.

Σταθερή Οπή

Μια σταθερή διαφραγματική οπή έχει μέγεθος ανοίγματος που δεν μπορεί να ρυθμιστεί. Τα πιο συνηθισμένα παραδείγματα στην υδραυλική τεχνολογία είναι η διάτρηση σε ένα φράγμα σωλήνα ή σε βαλβίδα ελέγχου ροής, ή η βαλβίδα ελέγχου ροής με προρυθμισμένη ροή από το εργοστάσιο.

Μεταβλητή διαφραγματική οπή

Τις περισσότερες φορές απαιτείται μια μεταβλητή διαφραγματική οπή αντί για μια σταθερή, καθώς είναι πιο προσαρμόσιμη. Οι βαλβίδες πύλης, οι σφαιρικές βαλβίδες και οι βελονοειδείς βαλβίδες είναι όλες παραδείγματα μεταβλητών διαφραγματικών οπών.

Βαλβίδα πύλης

Η βαλβίδα πύλης διαθέτει διαδρομή ροής ευθείας διέλευσης. Το μέγεθος της διαφραγματικής οπής αλλάζει με την περιστροφή της λαβής για άνοιγμα ή κλείσιμο της πύλης στη διαδρομή ροής. Αν και οι βαλβίδες πύλης δεν σχεδιάστηκαν για έλεγχο ροής, σε ορισμένα απλά συστήματα μέτρησης ροής μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως συσκευές περιορισμού ροής.

ΚΑΛΟΣ ΚΑΛΟΣ

Οι διαδρομές ροής των σφαιρικών βαλβίδων δεν είναι ευθείες — σχηματίζουν γωνία 90°. Η διαφραγματική οπή αποτελείται από το κάθισμα και το κωνικό ή σφαιρικό πώμα στην περιστρεφόμενη διαδρομή. Το μέγεθος του ανοίγματος της διαφραγματικής οπής ρυθμίζεται με την αλλαγή της θέσης του σφαιρικού πώματος.

Κλειδί Βελού

Η ροή μέσω βαλβίδων βελόνας στρέφεται επίσης κατά 90°, και στη συνέχεια διέρχεται από μια οπή. Αυτή η οπή αποτελείται από το κενό μεταξύ της βαλβίδας ράβδου με κωνικό άκρο και του καθίσματος της βαλβίδας. Το μέγεθος της οπής αλλάζει ρυθμίζοντας τη θέση της κωνικής επιφάνειας σε σχέση με το κάθισμα της βαλβίδας. Επειδή οι σπείρες ρύθμισης στη ράβδο της βαλβίδας είναι λεπτές και η ακρία είναι κωνική, το μέγεθος αυτής της οπής αλλάζει σταδιακά. Στα υδραυλικά συστήματα, η βαλβίδα βελόνας είναι η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μεταβλητή οπή.

Σχήμα 9-2: Τύποι μεταβλητών οπών. Η βαλβίδα βελόνας (κάτω μέρος) είναι η πιο συνηθισμένη στα υδραυλικά συστήματα — η κωνική ακρία και οι λεπτές σπείρες της επιτρέπουν πολύ ακριβή και σταδιακή ρύθμιση της ροής.

Εφαρμογή βαλβίδας βελόνας σε ένα κύκλωμα

Το παράδειγμα κυκλώματος χρησιμοποιεί αντλία θετικής μετατόπισης των 5 gpm (18,95 Lpm), βαλβίδα ασφαλείας, κατευθυντική βαλβίδα, μεταβλητή οπή (βαλβίδα βελόνας) και υδραυλικό κύλινδρο με εμβαδόν εμβόλου 3 in² (19,35 cm²). Εάν η βαλβίδα ασφαλείας ρυθμιστεί σε 500 psi (34,48 bar) και η αντλία παρέχει 5 gpm:

Με τη βαλβίδα βελόνας να περιορίζει τη ροή σε μόνο 2 gpm (7,58 lpm), η ταχύτητα ράβδου = 2 × 19,25 / 3 = 13 ft/min (3,96 m/min). Η βαλβίδα ασφαλείας περιορίζει την πίεση του συστήματος σε 500 psi (34,48 bar) αποκλείοντας την υπόλοιπη ροή 3 gpm (11,37 lpm) στη δεξαμενή.

Άνοιγμα της οπής της βαλβίδας βελόνας

Η περιστροφή της βαλβίδας βελόνας προς τα έξω αυξάνει την οπή — περισσότερη ροή διέρχεται προς τον κύλινδρο, μέχρι το όριο πίεσης της βαλβίδας ασφαλείας. Η ταχύτητα ράβδου αυξάνεται.

Κλείσιμο της οπής της βαλβίδας βελόνας

Η περιστροφή της βαλβίδας βελόνας προς τα μέσα μειώνει την οπή. Λιγότερη ροή εισέρχεται στον κύλινδρο, οπότε η ταχύτητα ράβδου μειώνεται.

Επίδραση της διαφοράς πίεσης στη ροή

Η ροή μέσω μιας οπής επηρεάζεται από τη διαφορά πίεσης. Επειδή η πίεση αποτελεί δυναμική ενέργεια σε ένα υδραυλικό σύστημα, όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά πίεσης στην οπή, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροή μέσω αυτής.

Καθημερινό παράδειγμα — αερόστρωμα

Μετά από μια μέρα στην παραλία ή στον κατασκηνωτικό χώρο, αφαιρείτε το βύσμα από ένα φουσκωμένο αερόστρωμα και αφήνετε τον αέρα να εκκενωθεί ελεύθερα. Επειδή η διαφορά πίεσης μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού είναι μικρή, το στρωμάτιο καταρρέει σιγά-σιγά. Πιέστε δυνατά το στρωμάτιο — η εσωτερική πίεση αυξάνεται σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση, η διαφορά πίεσης αυξάνεται και ο αέρας εκκενώνεται πιο γρήγορα.

Πιέστε απαλά έναν σωλήνα οδοντόπαστας — βγαίνει μια μικρή ποσότητα. Πιέστε δυνατά — εκτοξεύεται περισσότερη οδοντόπαστα, η οποία μπορεί να πέσει στο πάτωμα. Αν πατηθεί ο σωλήνας οδοντόπαστας με το πόδι, η διαφορά πίεσης από το εσωτερικό προς την ατμοσφαιρική πίεση είναι μεγαλύτερη από ό,τι όταν πιέζεται με το χέρι, οπότε περισσότερη οδοντόπαστα εξέρχεται πιο γρήγορα.

Επίδραση της διαφοράς πίεσης στη ροή μέσω βαλβίδας βελόνης σε ένα κύκλωμα

Στο απεικονιζόμενο κύκλωμα, η βελονοειδής βαλβίδα περιορίζει την παροχή της αντλίας από 5 gpm (18,95 Lpm) σε 3 gpm (11,37 Lpm). Ρύθμιση της ασφαλειακής βαλβίδας: 500 psi (34,48 bar). Αντίσταση φορτίου: 200 psi (14 bar). Η πίεση εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας ισούται με τη ρύθμιση της ασφαλειακής βαλβίδας: 500 psi (34,48 bar). Από αυτά τα 500 psi (34,48 bar), τα 200 psi (14 bar) υπερνικούν την αντίσταση του φορτίου· η υπόλοιπη διαφορά πίεσης των 300 psi (21 bar) διοχετεύει 3 gpm (11,3 Lpm) μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας, παράγοντας ταχύτητα ράβδου 19,25 ft/min (5,87 m/min). Τα υπόλοιπα 2 gpm (7,58 Lpm) διέρχονται από την ασφαλειακή βαλβίδα προς τη δεξαμενή.

Αύξηση της ρύθμισης της ασφαλειακής βαλβίδας

Διατηρώντας αμετάβλητη την πίεση του φορτίου και τη ρύθμιση της βελονοειδούς βαλβίδας, η αύξηση της ρύθμισης της ασφαλειακής βαλβίδας σε 600 psi (41,38 bar) έχει ως αποτέλεσμα η πίεση εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας να γίνει 600 psi (41,38 bar). Από αυτήν, τα 200 psi (14 bar) υπερνικούν το φορτίο· η νέα διαφορά πίεσης των 400 psi (28 bar) διοχετεύει τώρα 4 gpm (15 Lpm) μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας. Η ταχύτητα της ράβδου αυξάνεται σε 26 ft/min (7,92 m/min).

Η πίεση του φορτίου αυξάνεται

Επαναφέρετε τη βαλβίδα ασφαλείας στην τιμή 500 psi (34,48 bar) με τη βελονοειδή βαλβίδα αμετάβλητη. Η αύξηση του φορτίου οδηγεί σε αύξηση της πίεσης φορτίου σε 400 psi (28 bar). Η πίεση εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας παραμένει 500 psi (34,48 bar), αλλά τώρα μόνο η διαφορά πίεσης των 100 psi (6,9 bar) διοχετεύει ροή μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας — μόνο 1 gpm (3,79 lpm). Η ταχύτητα του εμβόλου μειώνεται σε 6 ft/min (30 mm/s). Τα υπόλοιπα 4 gpm (15 lpm) διέρχονται από τη βαλβίδα ασφαλείας.

Αυτό δείχνει ότι η ροή μέσω μιας βελονοειδούς βαλβίδας μεταβάλλεται με κάθε μεταβολή πίεσης σε οποιαδήποτε πλευρά του ανοίγματος. Για να μετρηθεί με ακρίβεια η ροή μέσω μιας βελονοειδούς βαλβίδας, πρέπει να ακυρωθούν ή να αντισταθμιστούν αυτές οι μεταβολές πίεσης.

Βαλβίδα Ελέγχου Ταχύτητας (Βαλβίδα Ρύθμισης Ροής με Αντιστάθμιση Πίεσης)

Από τα παραπάνω παραδείγματα, κάθε μεταβολή της πίεσης σε οποιαδήποτε πλευρά της στενής διατομής επηρεάζει τη ροή μέσω της βαλβίδας βελόνας, μεταβάλλοντας την ταχύτητα του ενεργοποιητή. Για να μετρηθεί με ακρίβεια η ροή μέσω μιας στενής διατομής ανεξάρτητα από τις μεταβολές της πίεσης, πρέπει να αντισταθμιστούν αυτές οι μεταβολές πίεσης. Η βαλβίδα βελόνας είναι μια μη αντισταθμισμένη βαλβίδα ελέγχου ροής — αποτελεί καλή συσκευή μέτρησης ροής, εφόσον η διαφορά πίεσης παραμένει σταθερή και η βελόνα είναι καλά κεντραρισμένη. Για πιο ακριβή έλεγχο ροής, πρέπει να χρησιμοποιηθεί μια αντισταθμισμένη ως προς την πίεση βαλβίδα ελέγχου ροής (βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας). Πρόκειται για έναν ρυθμιστή ροής που αντισταθμίζει τις μεταβολές πίεσης στην είσοδο και στην έξοδο της στενής διατομής.

Οι βαλβίδες ελέγχου ταχύτητας (αντισταθμισμένες ως προς την πίεση βαλβίδες ελέγχου ροής) διακρίνονται σε τύπου «εισόδου» και παράκαμψης.

Κατασκευή βαλβίδας ελέγχου ταχύτητας τύπου «εισόδου»

Η βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας τύπου «εισόδου» με αντιστάθμιση ως προς την πίεση αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας με θύρες εισόδου και εξόδου, μια βαλβίδα βελόνας, ένα αντισταθμιστικό έμβολο και ένα ελατήριο προέντασης.

Λειτουργία της βαλβίδας τύπου «εισόδου»

Για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί ο τύπος με εισαγωγή μέσω μετρητή, αναλύουμε βήμα προς βήμα τη λειτουργία του. Όταν η στρεφόμενη βαλβίδα ρύθμισης μετακινηθεί πλήρως προς την πλευρά Α, όλο το πιεστικό λάδι εισόδου φτάνει στην τρύπα της βελονοειδούς βαλβίδας. Καθώς η στρεφόμενη βαλβίδα ρύθμισης μετακινείται ελαφρώς προς την πλευρά Β, το πιεστικό λάδι εισόδου υφίσταται σύνεση. Για να διατηρηθεί ανοιχτό το διάστημα ροής, η στρεφόμενη βαλβίδα ρύθμισης είναι ελατηριωμένη προς την πλευρά Α. Η πίεση εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας αισθάνεται μέσω μιας εσωτερικής διαδρομής ελέγχου προς το άκρο Α της στρεφόμενης βαλβίδας ρύθμισης· όταν η πίεση αυξηθεί πάνω από τη δύναμη ελατηρίου, η βαλβίδα μετακινείται προς την πλευρά Β.

Εάν η διατομή της βελόνης ρυθμιστή ρυθμιστεί έτσι ώστε να διέρχεται μέσω αυτής λιγότερη ροή από τη μέγιστη ροή της αντλίας, η πίεση στην είσοδο της βελόνης ρυθμιστή αυξάνεται μέχρι την τιμή ρύθμισης της βαλβίδας ασφαλείας. Όταν η πίεση στην είσοδο της βελόνης ρυθμιστή υπερβεί τη δύναμη του ελατηρίου του συμπληρωματικού εμβόλου, το συμπληρωματικό έμβολο μετακινείται προς την κατεύθυνση B, περιορίζοντας την εισερχόμενη ροή. Όταν η ροή μέσω της διατομής του συμπληρωματικού εμβόλου είναι ίση με την έξοδο της αντλίας, η πίεση στην είσοδο της βελόνης ρυθμιστή σταθεροποιείται στην τιμή πίεσης του ελατηρίου. Για παράδειγμα, με τιμή ελατηρίου 100 psi (6,89 bar) και ρύθμιση βαλβίδας ασφαλείας σε 500 psi (34,48 bar): η πίεση στην είσοδο είναι 500 psi (34,48 bar). Καθώς το λάδι διέρχεται μέσω της διατομής του συμπληρωματικού εμβόλου, 400 psi (28 bar) μετατρέπονται σε θερμότητα, με αποτέλεσμα η πίεση στην είσοδο της βελόνης ρυθμιστή να μειωθεί σε 100 psi (6,89 bar). Αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από την πίεση στην είσοδο της βαλβίδας ελέγχου ροής, λόγω της λειτουργίας του συμπληρωματικού εμβόλου, η πίεση στην είσοδο της βελόνης ρυθμιστή διατηρείται στα 100 psi (6,89 bar).

Σχήμα 9-5 Βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας με εισαγωγή (με αντιστάθμιση πίεσης). Το αντισταθμιστικό έμβολο διατηρεί σταθερή την πτώση πίεσης στη βελονοειδή βαλβίδα, ανεξάρτητα από τις μεταβολές της πίεσης στην είσοδο ή στην έξοδο — παρέχοντας ακριβή και σταθερή παροχή.

Για το προηγούμενο κύκλωμα με βελονοειδή βαλβίδα, η διαφορά πίεσης στην οπή της βελονοειδούς βαλβίδας αποτελεί μόνο το μισό της ιστορίας — πρέπει επίσης να αντισταθμιστεί η πίεση που επικρατεί στην έξοδο της βελονοειδούς βαλβίδας. Με άλλα λόγια, πρέπει να διατηρείται μια σταθερή διαφορά πίεσης. Για να επιτευχθεί αυτό, η πίεση στην έξοδο της βελονοειδούς βαλβίδας διοχετεύεται επίσης μέσω ενός ελεγκτικού αγωγού στην κοιλότητα του ελατηρίου προφόρτισης του αντισταθμιστικού εμβόλου. Τώρα δύο δυνάμεις ασκούνται στην πλευρά Α του αντισταθμιστικού εμβόλου: η δύναμη του ελατηρίου και η πίεση του λαδιού στην έξοδο.

Εάν η δύναμη του ελατηρίου = 100 psi (6,89 bar), η διαφορά πίεσης στη βελόνα θα περιορίζεται σε τιμή υψηλότερη από την πίεση στην κατεύθυνση ροής κατά 100 psi (6,89 bar). Εφόσον η βαλβίδα ασφαλείας έχει ρυθμιστεί σε επαρκώς υψηλή τιμή, η διαφορά πίεσης στην οπή της βελόνας είναι πάντα ίση με την τιμή της πίεσης του ελατηρίου. Με αυτόν τον τρόπο, η διαφορά πίεσης που προκαλεί τη ροή μέσω της βαλβίδας βελόνας παραμένει σταθερή — δεν επηρεάζεται από διακυμάνσεις της πίεσης στην κατεύθυνση εισόδου ή εξόδου.

Βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας εισόδου σε ένα κύκλωμα

Στο κύκλωμα, η βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας εισόδου ρυθμίζεται σε 3 gpm (11,37 L/min). Βαλβίδα ασφαλείας 500 psi (34,48 bar), πίεση φορτίου 200 psi (13,79 bar). Ελατήριο ρυθμιστικού εμβόλου = 100 psi (6,89 bar). Η αντλία προσπαθεί να διοχετεύσει όλα τα 5 gpm (18,95 L/min) μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας, προκαλώντας αύξηση της πίεσης εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας. Στα 300 psi (21 bar), το ρυθμιστικό έμβολο μετακινείται και περιορίζει τη ροή, με αποτέλεσμα η πίεση εισόδου του ελέγχου ροής να αυξηθεί μέχρι τη ρύθμιση της βαλβίδας ασφαλείας, δηλαδή στα 500 psi (34,48 bar). Από αυτά τα 500 psi (34,48 bar), τα 200 psi (13,79 bar) χρησιμοποιούνται για να υπερνικηθεί το φορτίο· τα 100 psi (6,89 bar) διοχετεύουν ροή μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας· τα υπόλοιπα 200 psi (13,79 bar) από τα 500 psi μετατρέπονται σε θερμότητα καθώς η ροή διέρχεται από την οπή του ρυθμιστικού εμβόλου. Η ροή σε αυτό το σημείο είναι 3 gpm (11,37 L/min) και η ταχύτητα του εμβόλου = 19 ft/min (97,83 mm/s).

Αύξηση της πίεσης φορτίου και της ρύθμισης της βαλβίδας ασφαλείας

Εάν η πίεση φορτίου αυξηθεί σε 400 psi (27,58 bar) ή η πίεση απελευθέρωσης ρυθμιστεί σε 600 psi (41,38 bar), υπάρχει ακόμα ροή 100 psi (6,89 bar) μέσω της βελονοθλίπτης βαλβίδας. Εφόσον η πίεση απελευθέρωσης είναι ρυθμισμένη σε επαρκώς υψηλή τιμή για να κινήσει το ρυθμιστικό έμβολο, η ροή εξόδου προς τον κύλινδρο θα παραμείνει σταθερή στα 3 gpm (11,37 Lpm).

Κατασκευή βαλβίδας ελέγχου ταχύτητας τύπου παράκαμψης

Η βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας τύπου παράκαμψης αποτελείται από ένα σώμα βαλβίδας με θύρες εισόδου, εξόδου και επιστροφής, μία βελονοθλίπτη βαλβίδα, ένα ρυθμιστικό έμβολο και ένα ελατήριο προέντασης.

Πώς λειτουργεί ο τύπος παράκαμψης

Το ρυθμιστικό έμβολο αυτής της βαλβίδας ανοίγει και κλείνει μία διαδρομή παράκαμψης προς την επιστροφή στη δεξαμενή. Το ρυθμιστικό έμβολο είναι ελατηριωτό προς το κλειστό (κατώτερο) θέση. Εάν το ελατήριο έχει δύναμη 100 psi (6,89 bar), η πίεση εισόδου της βελονοθλίπτης βαλβίδας θα περιοριστεί σε 100 psi (6,89 bar). Όταν η ροή μέσω της βαλβίδας αποστέλλεται πλήρως στη δεξαμενή λαδιού στην αρχική της κατάσταση. Κατά την κανονική λειτουργία, το ρυθμιστικό έμβολο είναι ελατηριωτό προς την κλειστή θέση.

Η πίεση εισόδου της βαλβίδας βελόνας αισθάνεται μέσω ενός εσωτερικού ελεγκτικού αγωγού στην κορυφή του ρυθμιστικού έμβολου. Όταν η πίεση αυξηθεί πάνω από τη δύναμη προέντασης του ελατηρίου, ο ρυθμιστικός έμβολος λειτουργεί ως βαλβίδα ασφαλείας — ανοίγοντας τον παράκαμψης αγωγό και περιορίζοντας την πίεση εισόδου της βαλβίδας βελόνας στα 100 psi (6,89 bar). Η σταθερή πίεση εισόδου της βαλβίδας βελόνας δεν εξασφαλίζει σταθερή παροχή — εάν η πίεση στην έξοδο μεταβληθεί, μεταβάλλεται και η διαφορά πίεσης στην οπή της βελόνας, με αποτέλεσμα να μεταβάλλεται και η παροχή.

Για να αντισταθμιστεί αυτό, η πίεση της βαλβίδας βελόνας στην έξοδο διοχετεύεται μέσω ενός ελεγκτικού αγωγού στον χώρο του ελατηρίου προέντασης του ρυθμιστικού εμβόλου. Τώρα η πλευρά Α του ρυθμιστικού εμβόλου δέχεται δύο δυνάμεις προέντασης: τη δύναμη του ελατηρίου και την πίεση του λαδιού στην έξοδο. Εάν η δύναμη του ελατηρίου αντιστοιχεί σε 100 psi (6,89 bar), η πίεση εισόδου της βαλβίδας βελόνας θα περιοριστεί σε 100 psi (6,89 bar) πάνω από την πίεση εξόδου. Εφόσον η βαλβίδα ασφαλείας έχει ρυθμιστεί σε επαρκώς υψηλή τιμή, η διαφορά πίεσης στην οπή της βελόνας παραμένει σταθερή και ίση με 100 psi (6,89 bar).

Βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας τύπου παράκαμψης σε ένα κύκλωμα

Βαλβίδα ελέγχου ταχύτητας τύπου παράκαμψης ρυθμισμένη σε 3 gpm (11,37 Lpm). Πίεση ασφαλείας: 500 psi (34,48 bar), πίεση φορτίου: 200 psi (13,79 bar), πίεση ελατηρίου: 100 psi (6,89 bar). Η αντλία προσπαθεί να διοχετεύσει ολόκληρη την παροχή των 5 gpm (18,95 Lpm) μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας. Το στοιχείο ρύθμισης (compensating spool) ανοίγει την παράκαμψη, περιορίζοντας την πίεση εισόδου της βελονοειδούς βαλβίδας στα 300 psi (20,68 bar). Από αυτά τα 300 psi: τα 200 psi (13,79 bar) υπερνικούν το φορτίο, ενώ τα 100 psi (6,89 bar) διοχετεύουν 3 gpm (11,37 Lpm) μέσω της βελονοειδούς βαλβίδας. Οι υπόλοιποι 2 gpm (7,58 Lpm) παρακάμπτονται μέσω του ανοίγματος του στοιχείου ρύθμισης και επιστρέφουν στη δεξαμενή.

Σχήμα 9-8: Κύκλωμα ελέγχου ταχύτητας τύπου παράκαμψης. Το στοιχείο ρύθμισης (compensating spool) διοχετεύει την πλεονάζουσα παροχή της αντλίας απευθείας στη δεξαμενή, αντί να την οδηγεί προς τη βαλβίδα ασφαλείας. Αυτό είναι πιο ενεργειακά αποδοτικό από τον τύπο «μετρητή εισόδου» (meter-in), καθώς η πλεονάζουσα παροχή δεν διέρχεται υπό την πλήρη πίεση του συστήματος.

Αύξηση της πίεσης φορτίου και της ρύθμισης της βαλβίδας ασφαλείας

Εάν η πίεση φόρτισης αυξηθεί σε 400 psi (27,58 bar) ή η πίεση απελευθέρωσης ρυθμιστεί εκ νέου σε 600 psi (41,38 bar), υπάρχει ακόμα πίεση 100 psi (6,89 bar) που ωθεί τη ροή μέσω της βελονοθυρίδας. Εφόσον η πίεση απελευθέρωσης έχει ρυθμιστεί σε επαρκώς υψηλή τιμή για να ανοίξει το στοιχείο εξισορρόπησης, η έξοδος προς τον κύλινδρο παραμένει σταθερή στα 3 gpm (11,37 Lpm).

Επίδραση της θερμοκρασίας στη ροή μέσω οπής

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή αυτού του κεφαλαίου, οι τρεις κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη ροή μέσω ακροφυσίου είναι το μέγεθος του ακροφυσίου, η διαφορά πίεσης και η θερμοκρασία του λαδιού. Όταν αλλάζει η θερμοκρασία του λαδιού, αλλάζει και η ιξώδες του· όταν αλλάζει η ιξώδες του λαδιού, αλλάζει επίσης και η ροή μέσω ακροφυσίου. Για σταθερά ακρόφυσια ή βαλβίδες βελόνας, οι αλλαγές ροής που προκαλούνται από τη θερμοκρασία δεν είναι συνήθως σημαντικές, επειδή το μέγεθος του ακροφυσίου και η διαφορά πίεσης είναι γενικά μεγάλα σε σχέση με τις επιδράσεις της ιξώδους. Ωστόσο, για εφαρμογές που απαιτούν πολύ ακριβή έλεγχο ροής, πρέπει να ληφθούν υπόψη οι επιδράσεις της θερμοκρασίας. Τόσο οι βαλβίδες ελέγχου ταχύτητας τύπου «μετρητή εισόδου» όσο και οι βαλβίδες τύπου «παράκαμψης» είναι γενικά κατάλληλες για τυπικές βιομηχανικές υδραυλικές εφαρμογές.

Για εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετικά ακριβή έλεγχο ροής — ανεξάρτητα από τις αλλαγές θερμοκρασίας — μπορεί να χρησιμοποιηθεί βαλβίδα ελέγχου ροής με θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Αυτός ο τύπος βαλβίδας αντισταθμίζει επίσης τις επιδράσεις της θερμοκρασίας.

Βασικοί Τύποι — Κεφάλαιο 9