Kafla 9: Streymstýringarvalv

Opnunin

Opnunin er hlutfallslega lítil opnun í streymferli vætis. Streymið í gegnum opnunina er áhrifar af nokkrum þáttum, þeirra þriggja helstu eru:

1. Munur Stærð
2. Tryggjarsamdráttur yfir opnunina
3. Hitastig vætisins

Áhrif opnunarstærðar á streymið

Stærð opnunarinnar stýrir streymið í gegnum hana. Algeng dæmi úr daglegu lífinu er sprauta fyrir vatnsþvottahöggvi — ef opnunin er lítil kemur vatnið út sem finn skýr eða skýr. Ef opnunin er stærri verður það til straums. Í báðum tilfellunum takmarkar sprautan opnunina streymið á ákveðinn hátt — streymið í gegnum opnunina er ákvarðað af stærð opnunarinnar.

Mynd 9-1: Rásstýringarvalva í rás. Valvan minnkar rásinni til lyftuslengunnar. Aukalekinn frá þrýstidælinu fer yfir öryggisvalv. Minnkaða rásin verður að líklegri orku (hraða) við holuna.

Fast orrifsi

Fast holuvalva hefur opnunargráðu sem ekki er hægt að stilla. Algengustu dæmin um slíkar holur í hydraulískri tækni eru borðholan í rörpluggi eða áhrekssvalva, eða fyrirstillt rásstýringarvalva frá framleiðslu.

Breytanleg holuvalva

Í flestum tilvikum er nauðsyn fyrir breytanlegri holuvalvu frekar en fastri, því að hún er fleksiblari. Dæmi um breytanlegar holuvalvur eru gáttvalva, kúluvalva og nálvalva.

Hliðarventill

Gáttvalva hefur bein rás gegnum sig. Stærð holunnar er breytt með því að snúa handtöku til að opna eða loka gáttinni í rásinni. Þótt gáttvalvur séu ekki hönnuðar fyrir rásstýringu geta þær verið notaðar sem rásbegrænsunaraðilar í sumum grófum rásamælingarkerfum.

KÚLUVENTI

Straumgangur í kúluklaka er ekki beinur — hann gerir 90° snúning. Opnunin er sætið og keilulaga eða kúlulaga stöngin á snúðgöngunni. Stærð opnunarinnar er stillt með því að breyta staðsetningu kúlustönginnar.

Nálarstillingarklaka

Straumur í gegnum nálarstillingarklakur gerir líka 90° snúning, og fer síðan í gegnum opnun. Þessi opnun samanstendur af bilinu milli klakastöngvar með þveru enda og klakasætisins. Stærð opnunarinnar er breytt með því að stilla staðsetningu keiluformu endans miðað við klakasætið. Vegna þess að stillingarþræðirnar á klakastönginni eru fínþræððar og oddurinn er keilulaga breytist stærð opnunarinnar hægt og jafnt. Í hydraulískum kerfum er nálarstillingarklakan algengasta breytilega opnunin.

Mynd 9-2: Tegundir breytilegra opnunanna. Nálarstillingarklakan (neðst) er algengustu í hydraulískum kerfum — keilulaga oddurinn og fínþræððu þræðirnar leyfa mjög nákvæma og jafna straumstillingu.

Notkun nálarstillingarklaku í rás

Dæmigert rásnotkunin notar jákvæða frávísunar pumpu með 5 gpm (18,95 Lpm), öryggisvalva, stýrivalva, breytilega opnun (nálvalva) og hydraulískan sílinder með pistonsvæði á 3 in² (19,35 cm²). Ef öryggisvalvan er stillt á 500 psi (34,48 bar) og pumpan gefur 5 gpm:

Þegar nálvalvan takmarkar flæðið í aðeins 2 gpm (7,58 lpm), er hreyfihraði stangs = 2 × 19,25 ÷ 3 = 13 ft/min (3,96 m/min). Öryggisvalvan takmarkar kerfisþrýstinginn við 500 psi (34,48 bar) með því að leiða eftirstöðuðu 3 gpm (11,37 lpm) í olíuskipuna.

Opnun á nálvalvuopnun

Að snúa nálvalvunni út aukar opnunina — meira flæði fer í sílindurinn, allt upp að þrýstingsmarki öryggisvalvunnar. Hreyfihraði stangs eykst.

Loka á nálvalvuopnun

Að snúa nálvalvunni inn minnkar opnunina. Minna flæði fer í sílindurinn, svo hreyfihraði stangs minnkar.

Áhrif þrýstingsmunar á flæði

Straumur í gegnum holu er áhróður af þrýstisbilinu. Þar sem þrýstir er hæfileg orka í hydraulískum kerfum, því meiri er þrýstisbilinu yfir holu, því meiri er straumurinn í gegnum hana.

Dagleg dæmi — loftmálta

Eftir dag á ströndinni eða á leirstöðu fjarlægir þú stönguna úr uppblásinni loftmálta og látur loftið flæða frjálslega út. Þar sem innri/yttri þrýstisbilinu er lítið, fellur máltaan hægt saman. Ýttu á máltauna mjúklega — innri þrýstirinn hækkar miðað við loftþrýstinn, bilinu eykst og loftið flæðir út hraðar.

Ýttu mjúklega á túbuna með tannkrámuna — lítið magn kemur út. Ýttu sterkt — meira tannkráma er ýtt út og getur jafnvel komið á gólfið. Ef þú trýstur á túbuna með fótunum, er þrýstisbilinu frá innri þrýstinni til loftþrýstis stærri en þegar hún er ýtt með höndunum, svo meira tannkráma kemur út hraðar.

Áhrif þrýstisbilins á straum í needle-valve (nálarstýring) í rás

Í rásinni sem sýnd er takmarkar nælurhnútur pumpuflæðið á 5 gpm (18,95 Lpm) í 3 gpm (11,37 Lpm). Stillun yfirþrýstisvalvsins er 500 psi (34,48 bar). Álagshindrunin er 200 psi (14 bar). Inntaksspennan á nælurhnúturnum jafngildir stillun yfirþrýstisvalvsins: 500 psi (34,48 bar). Af þessum 500 psi (34,48 bar) vinnur 200 psi (14 bar) sigur á álagshindrunina; eftirstöðvaður 300 psi (21 bar) spennuskil virkar 3 gpm (11,3 Lpm) í gegnum nælurhnúturna og gefur stafrann hraða 19,25 ft/min (5,87 m/min). Þeir 2 gpm (7,58 Lpm) sem eftir eru fara í gegnum yfirþrýstisvalvið í tankinn.

Hækkun stillunar yfirþrýstisvalvsins

Með því að halda álagsspennunni og stillun nælurhnútsins óbreyttum og hækka yfirþrýstisvalvið í 600 psi (41,38 bar): verður inntaksspennan á nælurhnúturna 600 psi (41,38 bar). Af þessu vinnur 200 psi (14 bar) sigur á álagið; 400 psi (28 bar) spennuskil virkar núna 4 gpm (15 Lpm) í gegnum nælurhnúturna. Hraði stafrans hækkar í 26 ft/min (7,92 m/min).

Álagsspennan hækkar

Endurstilla losunaraðilinn aftur á 500 psi (34,48 bar) með því að láta needle-valvuna vera óbreytt. Hlaðan aukast: hlaðunarþrýstingurinn stígur upp í 400 psi (28 bar). Inntaksþrýstingurinn á needle-valvuna er samt 500 psi (34,48 bar), en nú er aðeins 100 psi (6,9 bar) mismunur sem dregur rásina í gegnum needle-valvuna – aðeins 1 gpm (3,79 lpm). Stöngin fer hraðar niður í 6 ft/min (30 mm/s). Þeir 4 gpm (15 lpm) sem eftir eru fara yfir losunaraðilinn.

Þetta sýnir að rásin í gegnum needle-valvu breytist við hvaða þrýstingsbreytingu sem er á hvorutveggja hlið orífisins. Til að mæla rásina í gegnum needle-valvu nákvæmlega verða þessar þrýstingsbreytingar að vera háðar hvort öðru eða jafnvægðar.

Hraðastýrivalva (þrýstingssjálfbælend rásstýrivalva)

Úr dæminu hér að ofan áhrifar hverja þrýstibreytingu á hvorugum megin við holuna á flæði í nálarhnappnum, sem breytir hraða virkils. Til að mæla flæðið nákvæmlega í gegnum holu óháð þrýstibreytingum verður að kompensera fyrir slíkum þrýstibreytingum. Nálarhnappur er ókompenseruður flæðistýringarhnappur — hann er góður flæðimælir svo fremis sem þrýstismunurinn er staðall og nálan er vel miðjuð. Fyrir nákvæmari flæðistýring ætti að nota þrýstikompenseran flæðistýringarhnapp (hraðastýringarhnapp). Þetta er flæðistýrir sem kompenserar fyrir þrýstibreytingar framundan og bakvið holuna.

Hraðastýringarhnappar (þrýstikompenserir flæðistýringarhnappar) má skipta í innflæðistýringartegund og yfirferðartegund.

Bygging innflæðistýringarhnapps

Innflæðistýringarhnappurinn með þrýstikompensun samanstendur af hnappahólf, inn- og útflæðishólum, nálarhnappi, kompenseringarskífu og spennufjöður.

Hvernig innflæðistýringartegundin virkar

Til að skilja hvernig mælitægiverkunin virkar greinum við hana skref fyrir skref. Þegar jafnvægisstöngin er fullu færð á hlið A, nær allur innkomandi ýtrisolía nálarhnútsopnunina. Á meðan jafnvægisstöngin færist smá á áttina að hlið B er innkomandi ýtrisolía þrýstbregðin. Til að halda flæðigöngunni opinni er jafnvægisstöngin fjöðurdrifin á áttina að hlið A. Ýtrisþrýstingur í nálarhnútsinntökunni er mældur gegnum innri stjórnleið til enda A jafnvægisstöngarinnar — þegar þrýstingurinn hækkar yfir fjöðurdrifshleðsluna færist stöngin á áttina að hlið B.

Ef opnun þvermáls klóðaþrýstistýrisins er stillt þannig að minna en fullur pumpuflæði fer í gegnum hana, hækkar þrýstingur við innslátt klóðaþrýstistýrisins upp í þrýstihöldunarstillingu. Þegar þrýstingurinn við innslátt klóðaþrýstistýrisins hækkar yfir fjöðrunarþrýsting á jafnvægisskífunni, færist jafnvægisskífunin á áttina B og takmarkar innkomandi flæði. Þegar flæðið í gegnum opnun þvermáls jafnvægisskífunnar jafngildir útflæði pumpunnar, stöðvast þrýstingurinn við innslátt klóðaþrýstistýrisins við fjöðrunarþrýstinginn. Til dæmis, með fjöðrunarþrýstingi 100 psi (6,89 bar) og þrýstihöldun stillt á 500 psi (34,48 bar): þrýstingurinn við innslátt er 500 psi (34,48 bar); þegar olía rennur í gegnum opnun þvermáls jafnvægisskífunnar, breytist 400 psi (28 bar) í hita og þrýstingurinn við innslátt klóðaþrýstistýrisins lækkar til 100 psi (6,89 bar). Þetta þýðir að óháð þrýstingi við innslátt flæðistýrisins, vegna virkan jafnvægisskífunnar, er þrýstingurinn við innslátt klóðaþrýstistýrisins haldaður á 100 psi (6,89 bar).

Mynd 9-5 Hraðistýringarmælir (þrýstikompenseraður). Jafnvægisskífunin fyrir þrýstikompensun heldur þrýstisvöldunina yfir nálarhnútanum fastan óháð breytingum á inntaksspennu eða útgangsspennu — og veitir nákvæma, jafna rás.

Fyrir eldri nálarhnútukringlun var þrýstisvöldunin yfir nálarhnútuhólinu aðeins helmingurinn af sögunni — þrýstinn niðurfarið frá nálarhnútanum verður líka að vera kompenserður. Með öðru orðum verður að halda fastri þrýstisvöldun. Til að ná þessu markmiði er þrýstinn niðurfarið frá nálarhnútanum einnig leið til stýriopuns í holu fjöðrunnar sem virkar á jafnvægisskífunina. Nú verka tvær kraftar á hlið A jafnvægisskífunar: fjöðrunarkrafturinn og þrýstinn í olíunni niðurfarið.

Ef fjöðrunaraflið = 100 psi (6,89 bar), verður þrýstismunur klóðaropins takmarkaður þannig að hann sé hærra en niðurstígspýlsan um 100 psi (6,89 bar). Svo lengi sem yfirþrýstistýrið er stillt á nægilega hátt, er þrýstismunur klóðaropins alltaf jafn fjöðrunarþrýstingi. Með því er þrýstismunurinn sem dregur gegnum klóðaropinu fastur — og ekki áhrifar af breytingum á þrýstingi í upprás- eða niðurstígsáttunni.

Hraðastýri við innflæðu í rás

Í rásinni er hraðastýringarventillinn fyrir innkomandi rás stilltur á 3 gpm (11,37 Lpm). Öryggisventillinn er 500 psi (34,48 bar), og lastþrýstingurinn er 200 psi (13,79 bar). Fjöður fyrir jafnvægisskífu = 100 psi (6,89 bar). Pumpan reynir að ýta allri rásinni, 5 gpm (18,95 lpm), í gegnum nálarventilinn, sem veldur aukningu á þrýstingi við innkomu nálarventilsins. Við 300 psi (21 bar) færsk skífan fyrir jafnvægi og takmarkar rásina, sem veldur aukningu á þrýstingi við innkomu rásstýringarventilsins upp í stillingu öryggisventilsins, 500 psi (34,48 bar). Af þessum 500 psi (34,48 bar) eru 200 psi (13,79 bar) notað til að vinna móti last; 100 psi (6,89 bar) dregur rásina í gegnum nálarventilinn; og þeir 200 psi (13,79 bar) sem eftir eru af þeim 500 psi umbreytast í hita þegar rásin fer í gegnum op skífu fyrir jafnvægi. Rásin hér er 3 gpm (11,37 Lpm) og hraði stangsins = 19 ft/min (97,83 mm/s).

Aukning á lastþrýstingi og stillingu öryggisventils

Ef þrýstidreifing á hleðslu hækkar til 400 psi (27,58 bar) eða ef öryggisþrýstistillingin er endursett á 600 psi (41,38 bar), er enn 100 psi (6,89 bar) á að drive-a flæðið í gegnum næludúk. Svo lengi sem öryggisþrýstistillingin er sett hátt nóg til að færa jöfnunarspólinn, verður útflæðið til síldarinnar fast 3 gpm (11,37 Lpm).

Bygging á hraðastýringardúk með yfirleiðingu

Hraðastýringardúkur með yfirleiðingu samanstendur af dúkhlutaborgu með inn- og útflæðisháls og afturleiðingarháls, næludúk, jöfnunarspóli og fjöðurspjöld.

Hvernig hraðastýringardúkur með yfirleiðingu virkar

Jöfnunarspólinn í þessum dúk opnar og lækkar yfirleiðingargöngu til afturleiðingar í olíutankinn. Jöfnunarspólinn er fjöðurspjöldur til að loka (neðri staða). Ef fjöðurspjöldurinn hefur þrýstikraft 100 psi (6,89 bar), verður þrýstidreifingin við innflæðisháls næludúksins takmörkuð við 100 psi (6,89 bar). Þegar flæðið í gegnum dúkinn er upphaflega sendur fullkomlega í olíutankinn. Í venjulegum rekstri er jöfnunarspólinn fjöðurspjöldur í lokastöðu.

Innsláttarþrýstingur hnappklóssins er mældur gegnum innri stýriopnun að efri enda jafnvægisspölu. Þegar þrýstingurinn hækkar yfir fjöðurkraftinn verkar jafnvægisspólan sem öryggisventill — opnar umleiðargönguna og takmarkar innsláttarþrýsting hnappklóssins við 100 psi (6,89 bar). Fastur innsláttarþrýstingur hnappklóssins tryggir ekki jafna flow — ef útflæðisþrýstingurinn breytist, breytist þrýstingsmunur hnappopnunnar og flow breytist.

Til að kompensera fyrir þetta er útflæðisþrýstingur hnappklóssins leið til rúms fjöðurkrafts jafnvægisspölu gegnum stýriopnun. Nú hefur A-hlið jafnvægisspölu tvo krafta sem virka á hana: fjöðurkraft og útflæðisolíuþrýsting. Ef fjöðurkrafturinn er 100 psi (6,89 bar), verður innsláttarþrýstingur hnappklóssins takmarkaður við 100 psi (6,89 bar) yfir útflæðisþrýstinginn. Svo lengi sem öryggisventillinn er stilltur á háan nægilega þrýsting, er þrýstingsmunur hnappopnunnar 100 psi (6,89 bar) — fastur.

Hraðstýriventill af umleiðartegund í rás

Hraðastýringarventill af bypassgerð stilltur á 3 gpm (11,37 Lpm). Þrýstifrelsi: 500 psi (34,48 bar), álag: 200 psi (13,79 bar), fjöður = 100 psi (6,89 bar). Pumpan reynir að þrýsta allar 5 gpm (18,95 Lpm) í gegnum nælufjöðurinn. Jafnvægisskífan opnar bypassgangann og takmarkar innsláttarþrýstinginn á nælufjöðurinn við 300 psi (20,68 bar). Af þessum 300 psi: 200 psi (13,79 bar) vinna á álagið, 100 psi (6,89 bar) þrýsta 3 gpm (11,37 Lpm) í gegnum nælufjöðurinn. Þær 2 gpm sem eftir eru (7,58 Lpm) fara í gegnum opnunina á jafnvægisskífunni til baka í tankinn.

Mynd 9-8: Hraðastýringarkerfi af bypassgerð. Jafnvægisskífan leiðir ofbólgan pumpustraum beint til tanksins í stað þess að senda hann yfir þrýstifrelsisventilinn. Þetta er orkueffektívri en kerfið af „meter-in“-gerð því að ofbólginn straumur fer ekki í gegnum heildarþrýstinginn í kerfinu.

Aukning á lastþrýstingi og stillingu öryggisventils

Ef þrýstingur á hleðslu hækkar til 400 psi (27,58 bar) eða ef öryggisþrýstingurinn er endurstilltur á 600 psi (41,38 bar), er enn 100 psi (6,89 bar) að ýta rásinni í gegnum needle-valvuna. Svo lengi sem öryggisþrýstingurinn er stilltur hátt nóg til að opna jafnvægisstöngina, er úttakið til sílindursins fast 3 gpm (11,37 Lpm).

Hitaeffectur á rás í holu

Sem minnt er á í byrjun þessa kafla eru þrjú aðalþættir sem áhrifa röndunarstraum: stærð röndunar, þrýstismunur og olíuhitastig. Þegar hitastig olíunnar breytist breytist einnig viskósitetin — og þegar viskósitetin breytist breytist röndunarstraumurinn líka. Þegar um fastar röndanir eða næludýptar klappur er um ráðið, eru breytingar á straumi vegna hitastigs venjulega ekki miklar, því stærð röndunar og þrýstismunur eru almennt miklar miðað við áhrif viskósitetar. Þótt fyrir notkun sem krefst mjög nákvæmrar stýringar á straumi verði hitaeffektir tekin til greinar.

Fyrir notkun sem krefst mjög nákvæmrar stýringar á straumi — óháð hitabreytingum — má nota hitastýrða straumstýriklappu. Þessi tegund kompenserar líka fyrir hitaeffekta.

Lykilformúlur — Kafla 9