Что такое гидравлические клапаны?

Все о гидравлических клапанах

Гидравлические клапаны — это механические устройства, которые используются для регулирования потока жидкости в гидравлическом контуре или системе. 

Их можно использовать для полного закрытия линии, перенаправления жидкости под давлением или для контроля уровня потока в определенной области. 

Разработанные в широком диапазоне стилей, эти клапаны могут управляться вручную или автоматически с помощью физической, механической, пневматической, гидравлической или электрической активации.

Гидравлические клапаны должны выдерживать большое давление жидкости, поскольку характер многих гидравлических систем предполагает высокое давление до 210 кг/см2 или более.

По этой причине их часто изготавливают из стали, железа или других металлов, обладающих достаточной прочностью, чтобы выдерживать непрерывную работу в условиях высокого давления.

В этой статье будет представлена ​​информация о гидравлических клапанах, в том числе о различных типах, их конструкции и соответствующих спецификациях.

Типы гидравлических клапанов

Гидравлические клапаны доступны в самых разных стилях, в том числе многие из них являются общими для других типов клапанов, таких как шаровые, дроссельные, байпасные предохранительные, обратные, игольчатые, отклоняющие, регулирующие, пилотные, пропорциональные и направленные. В широком смысле эти гидравлические клапаны можно охарактеризовать как три основных типа:

• Гидравлические клапаны регулирования давления
• Гидравлические клапаны управления потоком
• Гидравлические распределительные клапаны

Гидравлические клапаны регулирования давления

Клапаны управления гидравлическим давлением используются для регулирования давления жидкости, проходящей через гидравлические системы, для поддержания этого давления на желаемом уровне, определяемом оператором системы.

Жидкостные системы обычно рассчитаны на работу в заданном диапазоне давлений. Эти типы клапанов играют ключевую роль в предотвращении повышения давления, которое может привести к утечке гидравлической жидкости или разрыву труб и трубопроводов. Они также используются для поддержания заданного давления в части гидравлического контура.

Различные типы клапанов регулирования давления, используемых в гидравлических системах, включают предохранительные клапаны, редукционные клапаны, клапаны последовательности, уравновешивающие клапаны и разгрузочные клапаны.

Гидравлические клапаны управления потоком

Гидравлические клапаны управления потоком используются для регулировки скорости потока гидравлической жидкости в гидравлической системе. Эти клапаны имеют порт, который можно отрегулировать так, чтобы площадь проходного сечения можно было изменить, чтобы обеспечить изменение скорости потока через клапан.

Примером использования этого типа гидравлического клапана являются схемы управления такими устройствами, как цилиндры, двигатели или исполнительные механизмы. Скорость движения этих устройств находится в прямой зависимости от расхода – уменьшение расхода снижает скорость их работы и наоборот.

Различные типы гидравлических регулирующих клапанов включают в себя фиксированные регулирующие клапаны, регулируемые регулирующие клапаны, дросселирующие регулирующие клапаны и регулирующие клапаны с компенсацией давления.

Механизм управления потоком в этих клапанах будет варьироваться в зависимости от механической конструкции клапана, который обычно представляет собой один из знакомых типов клапанов, общих для других клапанов, а именно:

• Шар
• Бабочка
• Диафрагма
• Иголка
• Заглушка

Расход может быть измерен несколькими различными способами, которые не являются эквивалентными, поэтому выбор регулирующего клапана требует понимания того, что имеется в виду под расходом. Три общие меры скорости потока включают в себя:

1. Объемный расход – измеряется в единицах объема в единицу времени, например, в м3  /сек или см3/мин.
2. Весовой расход – измеряется в единицах веса в единицу времени, например, кг/сек.
3. Массовый расход – измеряется массой в единицу времени, например порций/сек или кг/мин.

Некоторые из распространенных гидравлических клапанов управления потоком:

• Клапаны переменного расхода с компенсацией давления
• Клапаны переменного расхода с компенсацией давления и температуры
• Приоритетные клапаны
• Клапаны замедления
• Пропорциональные регулирующие клапаны с компенсацией давления
• Логические клапаны пропорционального регулирования расхода

Гидравлические распределительные клапаны

Гидравлические направляющие клапаны используются для направления гидравлической жидкости в контуре или системе к различным устройствам по мере необходимости. Они переключаются между отдельными положениями, такими как выдвижение, втягивание или нейтральное положение, например, для управления гидравлическим цилиндром.

Они также способны переходить в промежуточные состояния, в которых их можно использовать для управления скоростью, направлением или ускорением исполнительного механизма.

Простая форма дискретного гидрораспределителя — это бинарный клапан, который либо блокирует, либо пропускает поток жидкости. Обратные клапаны являются примером и используют поршень, шар или тарелку для уплотнения седла, когда жидкость пытается пройти в направлении, противоположном желаемому.

Более сложные гидрораспределители могут иметь несколько портов, поскольку по своей природе они перемещают жидкость между этими разными портами клапана для подачи гидравлических устройств.

В результате они характеризуются стандартизированной системой нумерации, состоящей из двух числовых значений, таких как 2/2 или 4/3. Первое число в этой системе определяет количество портов для жидкости, которые содержит клапан, а второе число указывает количество состояний или положений клапана, которые может достичь клапан.

Таким образом, 2/2 представляет собой двухходовой клапан с двумя положениями, а 4/3 представляет собой четырехходовой клапан с тремя положениями. В последнем примере клапана 4/3, который можно использовать для управления гидравлическим цилиндром, три положения будут представлять:

1. Нейтральное положение — все порты клапанов заблокированы, поток жидкости не допускается.
2. Выдвижение — клапан направляет жидкость от гидравлического насоса к крышке цилиндра, в результате чего цилиндр выдвигается.
3. Втягивание — клапан направляет жидкость от гидравлического насоса к штоку цилиндра, заставляя цилиндр втягиваться.

Во многих гидрораспределителях используются золотники, которые скользят между каналами, позволяя жидкости течь через открытые порты, в зависимости от положения золотника в корпусе клапана.

Клапаны могут использовать одну или несколько катушек для достижения желаемого управления портом. Другими элементами управления потоком в этих клапанах могут быть плунжеры или тарельчатые клапаны.

Компонент клапана, который перемещает эти элементы управления потоком, известен как привод клапана или привод. Эти устройства обеспечивают правильную последовательность и синхронизацию изменений положения клапана, которые необходимы для управления гидравлическим контуром или системами.

Варианты типа исполнительного механизма включают механическое срабатывание, пилотное срабатывание или электрическое/электронное срабатывание.

Механическое приведение в действие может включать в себя ручное управление клапаном, такое как рычаги, нажимные кнопки или педали, но чаще относится к автоматическим механическим устройствам, таким как кулачки, ролики, рычаги, пружины и т.п.

Пилотное срабатывание относится к использованию жидкости под давлением для содействия перемещению элементов управления потоком клапана.

Этот стиль работы оператора также удобен во взрывоопасных средах, где использование электрических/электронных устройств не рекомендуется из-за потенциального риска возникновения искр, вызывающих взрыв.

Электрическое/электронное срабатывание включает использование соленоидов, которые преобразуют электрические сигналы в виде тока, подаваемого на катушку соленоида, в механическое движение плунжера, которое может генерировать либо линейное, либо вращательное смещение.

Электрические соленоиды ограничены по силе, которую можно создать, поэтому переключение гидравлических контуров высокого давления прямым действием невозможно.

Комбинация использования соленоида с активацией пилота позволяет соленоиду переключать контуры пилота более низкого давления, которые затем можно использовать для управления портами более высокого давления.

Технические характеристики гидравлического клапана

Гидравлические клапаны определяются с использованием нескольких параметров, которые относятся к их размеру, пропускной способности, соединениям и механизму срабатывания.

Типовые спецификации для этих клапанов приведены ниже, но следует учитывать, что эти параметры могут различаться у разных производителей и поставщиков клапанов, и поэтому могут существовать различия в представлении от поставщика к поставщику.

Данные, представленные ниже, должны служить общим индикатором того, что необходимо учитывать при выборе гидравлического клапана.

• Тип клапана — относится к требуемому конкретному типу гидравлического клапана, который может отражать физический стиль (шаровой, обратный, игольчатый и т. д.) или может относиться к искомому управлению (управление потоком, регулирование давления или управление направлением).
• Механизм срабатывания клапана — отражает средства, с помощью которых изменяется положение клапана, или способ работы клапана, например, пилотный, соленоидный или механический.
• Конфигурация клапана – отражает количество портов, количество состояний или положений переключения и определенное состояние покоя для клапана, например, 3/2 нормально закрытый (NC).
• Материал корпуса — определяет материал, из которого изготовлен корпус клапана, это может быть алюминий, латунь, бронза, нержавеющая сталь или инженерный пластик, и это лишь некоторые из возможных вариантов.
• Тип среды — определяет характер конкретной жидкости (жидкость или газ), с которой клапан может работать без каких-либо вредных воздействий. Примеры типов сред включают топливо, масло и воду.
• Размер порта — отражает размер впускного и выпускного портов клапана, представленный либо в имперских единицах, таких как дюймы, либо в метрических единицах, таких как миллиметры.
• Тип порта (или тип монтажа) — определяет желаемый тип порта или монтаж/интерфейс для клапана, например, фланцевый, коллекторный, резьбовой и т. д.
• Рабочее напряжение — для клапанов с электрическим приводом указывает как величину, так и тип электрического управляющего сигнала, который используется для подачи питания на соленоид клапана. Электромагнитные клапаны доступны с широким диапазоном рабочих напряжений переменного и постоянного тока, которые можно использовать для удовлетворения различных условий применения.
• Рабочая частота – для клапанов с электроприводом, которые питаются переменным напряжением, частота – это количество циклов в секунду переменного тока, подаваемого на соленоид, обычно указывается в герцах (например, 60 Гц).
• Коэффициент расхода — коэффициент расхода или Cv клапана измеряет способность клапана пропускать через себя поток жидкостей или газов. Стандартное определение коэффициента расхода состоит в том, что он представляет собой объем воды, который будет проходить через клапан при температуре 15,5 ^o С в течение одной минуты, когда перепад давления на клапане составляет 1 psi. клапан (перепад давления на выходе-входе). Большие значения коэффициента потока отражают большее количество потока.
• Расход — вместо коэффициента расхода поставщики клапана могут указывать расход клапана в таких единицах, как, например, галлоны или литры в минуту.
• Максимальное номинальное давление – это максимальное значение давления, которое может выдержать клапан при установке в гидравлический контур или систему.
• Минимальное рабочее давление – отражает минимальное давление, которое должно существовать в системе для эффективной работы клапана. В то время как многие клапаны прямого действия могут работать при давлении 0 бар, для клапанов непрямого действия может потребоваться наличие минимального давления, которое можно использовать для облегчения срабатывания клапана. Некоторые клапаны указаны с использованием диапазона давления.
• Рабочая температура или температурный диапазон — указывает рекомендуемый диапазон температур, для работы в котором предназначен клапан.
• Применение — указывает предполагаемое использование или рынок для клапана, например, химическая промышленность, лифты или самолеты. Наличие определения предполагаемой отрасли или варианта использования может оказаться полезным при выборе клапана, поскольку понимание того, что отрасль может помочь выявить дополнительные требования или спецификации, обусловленные этими условиями эксплуатации.

В этой статье представлена ​​краткая информация о гидравлических клапанах, в том числе о том, что они из себя представляют, о различных типах и основных характеристиках.