Pri tlakovom regulačnom ventile sa nastavenie tlaku zvyčajne vykonáva úpravou predpätia pružiny pomocou nastavovacieho skrutkovača. Tlak sa mení otáčaním skrutkovača.

Obrázok 11-1: Tlakový regulačný ventil s normálne uzavretou polohou. Nastavovací skrutkovač nastavuje predpätie pružiny, ktoré určuje tlak, pri ktorom sa jazdec zdvihne a ventil sa otvorí.
V hydraulických systémoch majú bežne uzavreté tlakové regulačné ventily niekoľko použití. Okrem toho, že sa používajú ako pojistné ventily systému, môžu tiež riadiť postupnosť akcií – teda zabezpečiť, aby sa jedna akcia uskutočnila pred druhou. Môžu sa tiež používať na vyváženie vonkajších mechanických síl.
Bežne uzavretý tlakový regulačný ventil, ktorý riadi uskutočnenie jednej akcie pred druhou, sa nazýva postupnostný ventil.
V hydraulickom obvode, ktorý vykonáva súčasne upínanie aj vŕtanie, musí sa upínací valec najskôr vysunúť pred tým, ako sa vysunie vŕtací valec. Aby sa to dosiahlo, postupový ventil je umiestnený v obvode tesne pred vŕtacím valcom. Pružina v postupovom ventile neumožňuje jadru spojiť primárny a sekundárny prietok, kým sa tlak nedostane dostatočne vysoko na prekonanie sily pružiny – dovtedy je prietok k vŕtaciemu valcu blokovaný. Preto sa najskôr vysunie upínací valec. Keď upínací valec príde do kontaktu s obrobkom, čerpadlo musí poskytnúť vyšší tlak na prekonanie odporu. Tým sa zvýši tlak nad pilotný tlak pôsobiaci na jadro postupového ventilu, čo spôsobí spojenie primárneho a sekundárneho prietoku a prietok sa presmeruje k vŕtaciemu valcu – vŕtací valec sa potom začne pohybovať.

Obrázok 11-2: Obvod s postupovým ventilom. Keď postupový ventil blokuje prietok k vŕtaciemu valcu, kým sa v systéme nevytvorí dostatočný tlak, upínací mechanizmus sa vždy uzavrie skôr, než začne vŕtanie.
Normálne uzavretý regulátor tlaku používaný na vyváženie alebo podporu záťaže (napríklad lisovacej dosky) sa nazýva vyvážovací ventil.
V obvode lisu, keď smerový ventil privádza kvapalinu do slepej komory valca, lisovacia doska pripojená k piestovému tyči spadne nekontrolovane vplyvom gravitácie a čerpadlo bude vysávať kvapalinu do prázdna. Aby sa tomu zabránilo, je do obvodu za lisovacím valcom inštalovaný normálne uzavretý regulátor tlaku. Vnútorný rozvádzač tohto ventilu neotvorí hlavnú cestu zo vstupu na výstup, kým tlak na spodnej strane nevzrastie nad tlak vyvolaný hmotnosťou lisovacej dosky. Inými slovami, pri prívode oleja do slepej komory valca tento prístup počas celého zdvihu nadol vyváža hmotnosť lisovacej dosky.
Urovnávací ventil sa môže použiť aj na brzdenie rotačného pohybu hydraulického motora zaťaženého veľkou záťažou. Pri hydraulickom motore, ktorý poháňa ťažké kolesá, sa po dosiahnutí určitej rýchlosti môže motor pretočiť (vyjsť z kontroly). Ak sa upevní urovnávací ventil na výstupnom potrubí motora, tento ventil sa otvorí len vtedy, keď tlak na výstupe dosiahne nastavenú hodnotu. Tento protitlak kompenzuje silu vznikajúcu z premeny rotačného momentu ťažkých kolies.

Obrázok 11-3 Urovnávací ventil. (Hore) Zabraňuje nekontrolovanejšiemu poklesu lisovacej dosky. (Dole) Zabraňuje pretočeniu (vyjdeniu z kontroly) hydraulického motora zaťaženého veľkou záťažou, keď záťaž poháňa motor.
Jednoduchý uzávierkový ventil sa skladá v podstate z telesa ventilu so zátkou, ktorá je namáhaná tuhou pružinou. Keď tlak na strane zátky oproti pružine stúpne dostatočne vysoko, zátka sa posunie a otvorí priechod, ktorým sa časť prietoku zo smerového čerpadla odvedie do nádrže.
V príkladovej obvode je jednoduchý uzáverový ventil nastavený tak, že keď tlak na výstupe z čerpadla dosiahne 1 000 psi (68,97 bar), začne prechádzať uzáverovým tokom 10 gpm (37,9 l/min). To neznamená, že sa ventil náhle otvorí pri tlaku 1 000 psi – skôr sa pri tlakoch nižších ako 1 000 psi (68,97 bar) začne ventil otvárať už pri nižšom tlaku a časť toku sa odvádza do nádrže. Keď sa tlak blíži k 1 000 psi (68,97 bar), otvor sa postupne zväčšuje, aby prešiel väčší objemový tok do nádrže. V bode nastavenia 1 000 psi (68,97 bar) je veľkosť otvoru dostatočná na prechod celého toku 10 gpm (37,9 l/min). Keď klesne tlak v systéme pod tlak otvorenia uzáverového ventilu, spojenie s nádržou vytvorené otvorením ventilu z obvodu zmizne.

Otvorenie uzáverového ventilu je v podstate funkciou otvoru. Rovnako ako akékoľvek iné zariadenie s otvorom, aj prietok cez neho je ovplyvnený teplotou kvapaliny a teda aj jej viskozitou.
Pre uzáver s uvoľňovacím tlakom nastaveným na 1 000 psi (68,97 bar), ktorý odvádza prietok 10 gpm (37,9 l/min), sa predpokladá, že viskozita oleja sa nemení. Pri izbovej teplote je viskozita oleja v nádrži zariadenia 400–500 SUS (86,3–107,9 cSt). Pri tejto viskozite sa pri nastavení uvoľňovacieho tlaku systému na 1 000 psi (68,97 bar) odvádza prietok 10 gpm (37,9 l/min) cez otvor uzávera. Po zohriatí oleja sa tlak čerpadla môže znížiť na 900 psi (62 bar) alebo ešte menej. Dôvodom je, že so stúpaním teploty oleja klesá jeho viskozita – napríklad na 100 SUS (21,6 cSt). To znamená, že nižší tlakový účinok stačí na prevedenie prietoku 10 gpm (37,9 l/min) cez otvor uvoľňovacieho uzávera do nádrže.
Opak sa deje, keď je uvoľňovací uzáver nastavený na pracovnú viskozitu – pri štarte čerpadla je teplota oleja nízka a jeho viskozita vysoká, čo môže spôsobiť dosiahnutie tlaku čerpadla 1 100 psi (75,9 bar). V systémoch s prísne stanovenými maximálnymi limitmi tlaku čerpadla by sa mal systém pred nastavením uvoľňovacieho uzávera predhriať.

Obrázok 11-5 Vplyv teploty na nastavenie uzáverového ventilu. Studený (vyššej viskozity) olej vyžaduje vyšší tlak na prechod rovnakého prietoku. Pred nastavením uzáverového ventilu vždy predhrejte systém.
Opotrebovanie čerpadla ovplyvňuje tiež nastavenie uzáverového ventilu. Pri uzáverovom ventile nastavenom na prebytok 10 gpm (37,9 l/min) pri tlaku 1 000 psi (68,97 bar) sa 10 gpm (37,9 l/min) prietoku čerpadla môže odviesť cez otvor ventilu do nádrže, pokiaľ je na vstupnom prípojnom mieste ventilu zabezpečený tlak 1 000 psi (68,97 bar). Keď sa čerpadlo hydraulické čerpadlo opotrebuje, jeho výstupný prietok klesá; klesá aj prietok cez uzáverový ventil, a preto klesá aj tlak. Pri ventile nastavenom na prebytok 1 000 psi (68,97 bar) pri 10 gpm (37,9 l/min) sa pri opotrebovaní čerpadla prietok prebytku zníži na 5 gpm (18,95 l/min) a tlak uzáverového ventilu systému môže klesnúť len na 900 psi (62 bar). Pri úprave nastavenia uzáverového ventilu môžu nastať podobné situácie.


Tlak prasknutia je tlak, pri ktorom uzáver prepojovacej cesty začne otvárať uzáver prepojovacej cesty. Pre jednoduchý uzáver prepojovacej cesty je tento tlak mierne nižší ako nastavená hodnota uzávera prepojovacej cesty. Jednoduché uzávery prepojovacej cesty majú charakteristiku predprasknutia tlaku.
Na diagrame výkonovej krivky jednoduchého uzávera prepojovacej cesty je uzáver nastavený tak, aby prepojoval 10 gpm (37,9 lpm) pri tlaku 1 000 psi (68,97 bar). Krivka ukazuje, že uzáver sa otvára pri tlaku 800 psi (55,2 bar) a keď sa tlak blíži k 1 000 psi (68,97 bar), prietok prepojenia sa zvyšuje – nakoniec pri tlaku 1 000 psi (68,97 bar) je otvor dostatočne veľký na prevedenie 10 gpm (37,9 lpm).
Predčasné otvorenie (predčasné prasknutie) pojistného ventilu je pre systém nevýhodou. Predpokladajme, že čerpadlo/motor vytvára tlak 750 psi (51,7 bar) a dodáva 10 gpm (37,9 lpm) kvapaliny do hydraulického valca, pričom na zaťaženie je potrebný tlak 550 psi (37,9 bar) a zvyšných 200 psi (13,8 bar) sa spotrebuje na prekonanie odporu kvapaliny. Pri použití jednoduchého pojistného ventilu nastaveného na 1 000 psi (68,97 bar) sa tento ventil v danom okamihu neotvorí a celý tlakový olej sa priamo smeruje do pracovného zaťaženia.
Ak sa tlak zaťaženia zvýši na 700 psi (48,28 bar), čerpadlo/motor musí zvýšiť svoj výstupný tlak na 900 psi (62,1 bar) (za predpokladu konštantného výtokového prietoku). Keďže tlak prasknutia pojistného ventilu je 800 psi (55,2 bar), pri aktuálnom tlaku čerpadla sa 5 gpm (18,95 lpm) oleja odvedie okolo ventilu, čo znamená, že hydraulický valec dostane menej ako celý prietok čerpadla a pohybová operácia sa preto vykoná zníženou rýchlosťou. Súčasne preteká olej cez otvor pojistného ventilu a vzniká nadbytočné teplo.
Ak je tlak zaťaženia 750 psi (51,7 baru), čerpadlo/motor musí vytvárať tlak 950 psi (65,5 baru) – pri ešte vyššom prebytku prietoku cez otvor pretlakového ventilu klesá rýchlosť aktuátora ďalej a vzniká ešte viac zbytočného tepla.

Obrázok 11-7 Vplyv tlaku pred otvorením. Jednoduchý pretlakový ventil začne odvádzať prietok už pred dosiahnutím nastaveného tlaku, čím sa zníži rýchlosť aktuátora a pri stredných tlakoch zaťaženia sa energia premieňa na teplo.
Normálne uzavretý tlakový regulačný ventil má v normálnej polohe primárny a sekundárny port odpojené a meria tlak na primárnom porte. Normálne otvorený tlakový ventil má v normálnej polohe primárny a sekundárny port spojené a meria tlak na sekundárnom porte.
Redukčný ventil je zvyčajne normálne otvorený tlakový regulačný ventil.
Redukčný ventil funguje tak, že sníma tlak v oblasti za ventilom. Keď sa tlak za ventilom rovná nastaveniu ventilu, jeho zátkový prvok čiastočne uzatvorí prietok a vytvorí otvor, ktorý premení nadbytočnú energiu tlaku pred ventilom na teplo. Ak klesne tlak za ventilom, zátkový prvok sa otvorí viac, čím sa umožní opätovné zvýšenie tlaku.
V príklade upínacieho obvodu musí upínací valec B vyvinúť menšiu silu ako upínací valec A. Na dosiahnutie tohto cieľa je pred upínacím valcom B nainštalovaný redukčný ventil, ktorý zníži tlak privádzaný do valca B na hodnotu nastavenú na redukčnom ventile. V tomto nastavenom tlakovom bode sa zátkový prvok redukčného ventilu správa ako regulovateľný otvor a premení nadbytočnú energiu tlaku pred ventilom na teplo. Valec B teda upína pri zníženom tlaku.
Tlak na sekundárnom výstupnom prípoji redukčného ventilu pri menovitých prietokových podmienkach je nižší ako pri nulovom prietoku. Rozdiel medzi týmito dvoma redukovanými tlakmi je statický pokles tlaku redukčného ventilu. Statický pokles je nevyhnutnou charakteristikou redukčného ventilu, ktorá ďalej vysvetľuje, prečo sa tlak zvyšuje s rastúcim prietokom. Redukčný ventil s menovitým prietokom 15 gpm (56,85 lpm) pri menovitom prietoku a menovitom pracovnom tlaku má statický pokles tlaku približne 50 psi (3,45 bar), zatiaľ čo redukčný ventil s menovitým prietokom 100 gpm (379 lpm) môže mať statický pokles tlaku až 150 psi (10,3 bar).


Obrázok 11-9 Statický pokles tlaku redukčného ventilu. Výstupný tlak je počas prietoku mierne nižší ako v prípade zastavenia prietoku. Čím je väčší menovitý prietok ventilu, tým je tento rozdiel väčší.
Keď sa uzáver regulátora tlaku pohybuje v tele ventilu, do priestoru nad uzáverom uniká určité množstvo oleja pod tlakom. Aby ventil správne fungoval, musí byť priestor nad uzáverom neustále odvodňovaný, aby sa zabránilo zablokovaniu pohybu uzávera. Odvodnenie sa dosahuje vytvorením odvodňovacej dráhy vo vnútri tela ventilu a jej pripojením k nádrži.
Ak je sekundárny port regulátora tlaku pripojený k nádrži – ako napríklad u uzáverov na ochranu pred preťažením a u vyvážacích ventilov – odvodňovacia dráha je pripojená vo vnútri k sekundárnemu portu (návratovému portu). Toto sa nazýva vnútorné odvodnenie.
Ak je sekundárny port regulátora tlaku tlakovým portom (pracovným portom), ako napríklad u postupných ventilov a redukčných ventilov, odvodňovacia dráha tvorí samostatnú čiaru vedúcu do nádrže. Toto sa nazýva vonkajšie odvodnenie. Postupné ventily a redukčné ventily sú zvyčajne regulátory tlaku s vonkajším odvodnením.
Doteraz sa tlakové snímanie vykonávalo cez kanály vo vnútri tela ventilu. Zvyčajne sa pri normálne uzavretých ventilech sníma tlak na primárnom prípojnom porti a pri normálne otvorených ventilech na sekundárnom prípojnom porti. Tento spôsob tlakového snímania sa nazýva priame riadenie alebo lokálne riadenie. Tlakový regulačný ventil môže tiež snímať tlak z iného miesta v systéme prostredníctvom vonkajšieho potrubia – toto sa nazýva diaľkové riadenie alebo pilotné riadenie.

Obrázok 11-10 Priame riadenie (vľavo) sníma tlak na prípojnom porte samotného ventilu. Diaľkové riadenie (vpravo) umožňuje, aby vzdialený tlakový signál otvoril alebo upravil ventil – je užitočné pri vybáňaní akumulátora a pri postupnom ovládaní viacerých hydraulických valcov.
Vybaňovací ventil je diaľkovo riadený normálne uzavretý tlakový regulačný ventil. Keď tlak v systéme v bode snímania dosiahne prednastavenú hodnotu, ventil odvádza prietok do nádrže.
V obvode akumulátora s priamym regulátorom tlaku, keď sa akumulátor naberie na nastavený tlak ventilu, výstupný prietok čerpadla sa vráti do nádrže pri nastavení prepúšťacieho ventilu. Toto spôsobuje významné straty energie a vytvára veľké množstvo zbytočného tepla. Pripojením riadiacej čiary k uzáverovému ventilu za odberovým ventilom sa dosiahne to, že keď sa akumulátor naberie na nastavený tlak ventilu, riadiaci tlak otvorí ventil a presmeruje prietok čerpadla do nádrže pri najnižšom možnom tlaku. V tomto okamihu čerpadlo nemusí poskytovať vysoký tlak na udržanie odberového ventilu otvoreného, pretože riadiaci tlak pochádza z akumulátora, ktorý je izolovaný uzáverovým ventilom. Keďže tlak čerpadla v tomto bode je zanedbateľný, straty energie sú tiež zanedbateľné.

Obrázok 11-11: Obvod odberového ventilu. Keď je akumulátor nabitý, uzáverový ventil ho izoluje od čerpadla a odberový ventil presmeruje prietok čerpadla do nádrže pri minimálnom tlaku – čím sa počas pohotovostného režimu ušetrí takmer celá výkonová kapacita čerpadla.
Priamo pôsobiaci vyvážovací ventil inštalovaný v dolnom toku valca, ktorý podopiera lisovaciu dosku, môže účinne vyvážiť alebo eliminovať hmotnosť dosky. Počas lisovacieho procesu však, keď doska prechádza materiálom, by sa jej hmotnosť nemala pridať k celkovej lisovacej sile. Ak to nie je žiadúce, vyvážovací ventil by mal mať diaľkové ovládanie, pričom jeho ovládacia čiara by mala byť pripojená k pracovnej čiare druhého valca. Pri použití vyvážovacieho ventilu s diaľkovým ovládaním je doska stále vyvážená počas pohybu nadol, avšak počas lisovacieho procesu sa jej hmotnosť môže využiť ako súčasť lisovacej sily. Počas celej záberovej fázy pohybu nadol sa počas voľného zdvihu snaží vlastná hmotnosť dosky ťahať piestnicu valca nadol, tlak v hornom toku a tlak v ovládacej čiare klesnú, čo spôsobí tendenciu vyvážovacieho ventilu sa zatvoriť, čím sa zvýši odpor a zabráni sa prietoku, ktorý by mohol udržať krok so smerom nadol; počas lisovacieho procesu je vyvážovací ventil široko otvorený vysokým tlakom v hornom toku ovládacej čiary, pričom na strane piestnice nevzniká protitlak, takže hmotnosť dosky môže prispieť k lisovacej sile.
Poznámka: Zobrazený obvod je zjednodušený diagram. Skutočný obvod vyžaduje vylepšenie, aby sa dosiahla stabilná prevádzka.
V zobrazenom obvode hydraulického motora sa priamo pôsobiaca vyvážovacia ventilová sústava používa na brzdenie rotačnej zotrvačnosti ťažkého zaťaženia. Vyvážovací ventil je nastavený na 800 psi (55,2 baru) a vždy poskytuje protitlak rotujúcemu zaťaženiu, čím sa zabráni prekročeniu rýchlosti zaťaženia nad prietok čerpadla a následnému pretočeniu. Toto však znamená, že tlak na vstupe do motora musí presiahnuť pracovný tlak zaťaženia plus 800 psi (55,2 baru) – to je nevýhoda. Na prekonanie tejto nevýhody sa môže namiesto toho použiť brzdový ventil.

Brzdový ventil je normálne uzavretý regulátor tlaku s priamym aj diaľkovým ovládacím prípojom. Obe metódy ovládania sú pripojené súčasne. Brzdové ventily sa bežne používajú spolu s hydraulickými motormi a v obvodoch hydraulických motora nahradia priamo pôsobiace vyvážovacie ventily.
Brzdný ventil pozostáva z telieska ventilu, rozvádzača, ovládacieho piesta, predpínacej pružiny a zariadenia na nastavenie predpínacej sily pružiny. Teliesko ventilu má primárne, sekundárne, vnútorné ovládacie a vonkajšie ovládacie kanály.
Brzdný ventil je normálne uzavretý ventil. Predpokladajme, že predpätie pružiny je nastavené na priame otvorenie pri tlaku 800 psi (55,2 bar). Keď tlak v vnútornom riadiacom potrubí dosiahne 800 psi (55,2 bar), riadiaci piest sa posunie smerom nahor a tlačí šmykľavý valec, čím sa otvorí brzdný ventil. Keď tlak klesne pod 800 psi (55,2 bar), ventil sa zatvorí. Táto funkcia je identická s funkciou priamo pôsobiaceho protizávažného ventilu. Plocha vnútorného riadiaceho piesta je výrazne menšia ako prierezová plocha šmykľavého valca – pomer plôch je zvyčajne 8:1. Vonkajší riadiaci port je zvyčajne pripojený k druhej pracovnej časti motora. Vonkajší tlak pôsobí na opačnom konci dutiny šmykľavého valca, v ktorej sa nachádza pružina – na otvorenie ventilu stačí len tlak 100 psi (6,89 bar), pretože tento tlak pôsobí na spodný koniec šmykľavého valca, ktorého plocha je osemkrát väčšia ako plocha riadiaceho piesta.
Predpokladajme, že brzdový ventil je nastavený na 800 psi (55,2 baru) priameho ovládania. Keď tlak v prívodnom potrubí motora dosiahne 100 psi (6,89 baru), brzdový ventil sa otvorí a tlak v prívodnom potrubí motora sa úplne využije na otáčanie záťaže (za predpokladu, že 100 psi / 6,89 baru je vyšší). Ak sa záťaž pretočí, tlak v prívodnom potrubí motora klesne, brzdový ventil sa uzavrie a opätovne sa otvorí pri spätnom tlaku 800 psi (55,2 baru), čím sa zvýši odpor a záťaž sa spomalí.
Brzdový ventil je normálne uzavretý regulátor tlaku. Jeho činnosť je priamo spojená s požiadavkami záťaže motora.

Obrázok 11-13: Brzdový ventil. Na rozdiel od jednoduchého protizávažného ventilu má brzdový ventil obojsmerné ovládanie – priame (vnútorné) aj diaľkové (vonkajšie). Pomer plôch 8:1 znamená, že na jeho otvorenie stačí vonkajší pilotný tlak len 100 psi – takže motor môže ľahko poháňať záťaž, pričom stále poskytuje spätný brzdný tlak 800 psi v prípade pokusu záťaže o prekročenie maximálnej rýchlosti.
Okrem uzáverov na odľahčenie a uzáverov na vybíjanie vyžadujú všetky tlakové uzávery pri bežnom pretečení opačný smer prúdenia, aby mohli voľne prechádzať. Tlakové uzávery s normálne uzavretou polohou snímajú tlak na primárnom prípojnom mieste – ak sa smer prúdenia obráti, tlak na primárnom prípojnom mieste klesne, zásuvka sa zatvorí a spojenie medzi primárnym a sekundárnym prípojným miestom sa preruší. Keďže opačné prúdenie nemôže prechádzať cez tlakové uzávery s normálne uzavretou polohou, na obchádzanie tohto typu uzávera je potrebný skontrolný uzáver.
Tlakové uzávery s normálne otvorenou polohou snímajú tlak na sekundárnom prípojnom mieste – pokiaľ sa smer prúdenia obráti, tlak na výstupnej strane zostáva pod nastavenou hodnotou a priechod uzávera zostáva stále otvorený, preto nie je potrebný žiadny skontrolný uzáver pre opačné prúdenie. V praxi sa však v prípade, že tlak na sekundárnom prípojnom mieste stúpne nad nastavenú hodnotu, zásuvka náhle zatvorí. Ako preventívna opatrenie sa často používajú spoločne skontrolné uzávery a redukčné uzávery, aby sa zabezpečilo opačné prúdenie.

Z tohto kapitoly môžeme zhrnúť základné pravidlá pre tlakové regulačné uzávery:

Obrázok 11-15 Grafické symboly všetkých regulačných ventilov tlaku. Poznámka: postupné a redukčné ventily vždy majú vonkajšie odtokové vedenia (znázornené čiarkovanými čiarami smerujúcimi do nádrže). Bezpečnostné, vybavovacie a protizávažné ventily používajú vnútorný odtok.
Základné termíny používané pri regulačných ventiloch tlaku: