Uitvoering van ventielen

In de hydrauliek worden, zoals bekend, ventielen toegepast om vloeistofstromen te regelen. Met een ventiel kan bijvoorbeeld in en uit gestuurd worden of een motor linksom of rechtsom laten draaien, met andere woorden men heeft zeggenschap over de stromingsrichting van de vloeistof.

Als we echter de hoeveelheid olie (dus de flow) willen regelen dan moeten we gebruik maken van een druk gecompenseerd

stroomregelventiel, immers deze regelt de olieflow onafhankelijk van de belasting.

Vervolgens voegen we het ventiel en de stroomregeling samen en we hebben een proportioneel ventiel.

Als we dus een “zwart/wit” ventiel bedienen dan staat het of vol open of dicht. Bij proportionale ventielen wordt nu de doorlaatopening geregeld en zo dus ook de olieflow, maar let op, alleen de doorlaatopening regelen impliceert nog niet dat ook de flow

proportioneel geregeld wordt. Zoals reeds gezegd is hiervoor ook de drukval over het ventiel van belang.

Afbeelding 13.1.2: Schematische voorstelling van een ventiel met drukbalans.

Als de druk in D groter wordt dan 15 bar dan zal de plunjer naar rechts bewogen worden en zal de verbinding van p naar T geopend worden en de pomp kan z’n olie kwijt. De systeemdruk komt nu dus overeen met een druk van 15 bar, dit zal af te lezen zijn op manometer E.

Als nu de plunjer van het ventiel 1 naar rechts bewogen wordt, dan wordt er een opening gemaakt en wel van p → A. Tevens wordt het meetkanaal geopend en kan de druk in ruimte C oplopen waardoor de drukbalans weer naar links beweegt en vervolgens de opening p → T gedeeltelijk af gaat sluiten. Het zal duidelijk zijn dat de ∆p tussen p en A altijd 15 bar is en dat de drukbalans deze constant houdt. Als de drukbalans deze ∆p constant houdt, dan zal het duidelijk zijn dat bij een bepaalde stand van het ventiel en wijzigende liermotor belasting de flow constant blijft omdat ∆p constant blijft.

Het schema op afbeelding 13.1.2 kan ook anders getekend worden, zie hiervoor afbeelding 13.1.3.

We zullen zien dat er twee manieren zijn om een proportioneel ventiel te maken, te weten:

• Met behulp van een bij geschakelde veiligheid als drukbalans.

Proportioneel wil dus zeggen dat de olieflow door het ventiel moet corresponderen met de opening van het ventiel. Afbeelding 13.1.1 geeft dit aan.

Afbeelding 13.1.1.

Op de afbeelding is te zien dat lijn A het verloop is van de flow met veranderende ∆p en lijn B geeft aan het verloop bij gelijkblijvende ∆p. Het zal duidelijk zijn dat dit voorbeeld genomen is voor een ventiel met een maximale doorlaat van 50 liter per minuut.

Als we nu een proportionaal ventiel willen maken dan moeten we er voor zorgen dat de drukval over het ventiel onder alle mogelijke omstandigheden hetzelfde blijft. Met alle omstandigheden wordt bedoeld:

• Alle belastingsomstandigheden.

• Alle standen van de plunjer in het ventiel.

We zullen er dus zorg voor moeten dragen dat elk ventiel uitgerust is met een drukbalans, zie hiervoor afbeelding 13.1.2

In de getekende stand staat het ventiel 1 dicht. Dus p →A is

afgesloten. Rechts van de drukbalans (2) ter plaatse van punt C in de tekening staat dus geen druk, immers het kanaal in A is afgesloten en ook nog eens via een smoring met de tank verbonden. Stel dat de veerdruk ter plaatste van C 15 bar is, dan staat er in dit geval dus 15 bar op de drukbalans.

Als vervolgens de vaste pomp gestart wordt, dan zal er olie via de boring in de plunjer van de drukbalans naar ruimte D stromen. In de ruimte D wordt nu een druk opgebouwd.

Afbeelding 13.1.3:2/2 ventiel met drukbalans.

In het voorbeeld kunnen we duidelijk zien dat we met een veiligheid als drukbalans te maken hebben. Deze toepassing zal goed werken zolang we het systeem beperkt houden, als we namelijk gaan werken met parallel geschakelde ventielen zal blijken dat het geheel niet meer naar behoren werkt. Als voorbeeld nemen we een opstelling volgens

Afbeelding 13.1.4:Parallelschakeling van een cilinder met motor.

Uit het voorbeeld zoals geschetst in afbeelding 13.1.4 zal ook blijken dat de cilinder en de motor niet onafhankelijk van elkaar kunnen werken.

Immers in de getekende stand, systeem in rust en met een draaiende pomp, zullen de veiligheidsventielen (drukbalans) (1) en (2) vol open staan waardoor de pomp alle olie via deze veiligheden naar de tank afvoert.

Wanneer nu bijvoorbeeld de cilinder bediend moet worden, dan zal het ventiel (3) geschakeld moeten worden, maar let op, wat er ook gebeurd, het veiligheidsventiel (2) blijft vol open staan, immers de druk in de meetleiding (6) is nog steeds 0 bar. Hierdoor blijft de pomp z’n olie dus drukloos naar de tank rondpompen met als resultaat dat de cilinder niet bediend kan worden. Ditzelfde geldt wanneer enkel de motor bediend moet worden, ook dan zal het geheel niet in werking treden.

Conclusie:

Met behulp van een veiligheid als drukbalans, volgens voorgaand voorbeeld, kan het systeem niet parallel werken.

We zullen nu een ander systeem belichten en wel een systeem met een reduceer als drukbalans, zie hiervoor afbeelding 13.1.5.

Afbeelding 13.1.5:Proportioneel ventiel met reduceer als drukbalans.

In het voorbeeld volgens afbeelding 13.1.5 staan weer dezelfde cilinder en hydromotor afgebeeld. Het verschil in de tekening is nu de

drukbalans (1) en (2), deze zijn nu uit- gevoerd als reduceer.

De “lastdruk” van de cilinder en de motor kan via de wisselkleppen (6) en (7) doorgegeven worden aan de reduceren (1) en (2).

Stel dat de beide reduceren een ingestelde veerkracht hebben van 15 bar. In de getekende stand, dat wil zeggen systeem in rust en

draaiende pomp, zal de druk na de reduceren 15 bar bedragen, de olie kan niet weg, dus zal de druk voor de reduceren de druk bereiken gelijk aan die van de instelling van veiligheidsventiel (5). De rest van de olie wordt dus via het veiligheidsventiel naar de tank afgevoerd wat uiteraard gepaard gaat met warmteontwikkeling, maar hierover later meer.

Stel dat de cilinder en de motor gelijktijdig bediend worden en dat de “lastdruk” van de cilinder 80 bar bedraagt en die van de motor 150 bar. Aan de “onderkant” van de reduceer (1) staat nu dus 80 bar plus 15 bar veerdruk is 95 bar. Met andere woorden de instelling is momenteel 95 bar en over het ventiel (3) staat een drukval van 15 bar. Ook al stijgt of daalt de lastdruk van de cilinder, de drukval van 15 bar over het ventiel blijft altijd aanwezig, dus blijft ook de flow

constant bij een gegeven klepstand en wisselende lastdruk.

Op de “onderkant” van de reduceer (2) staat nu dus een druk van 150 bar vermeerderd met 15 bar veerdruk, dus 165 bar. Hetzelfde geldt nu voor de motor, het drukverschil over het ventiel (4) blijft altijd 15 bar.

Hier blijkt dus dat met gebruikmaking van de reduceren

parallelschakeling met behulp van proportionele ventielen een goede keus is. We hebben nu alleen het probleem van warmteontwikkeling nog.

Zoals reeds aan het begin gezegd is, wordt alle overtollig olie via de hoofdveiligheid afgevoerd naar de tank, dat dit gepaard gaat met enorme warmteontwikkeling wordt als bekend zijnde verondersteld. Echter warmteverlies is ook energieverlies. Dat energieverlies een kostenpost is moge duidelijk zijn, vandaar dat we als we een vaste pomp gebruiken, hier een oplossing voor moeten bedenken en wel zo dat wanneer er geen olie van het systeem “gevraagd” wordt de pomp gewoon drukloos staat rond te pompen. Een mogelijkheid is een schakeling te maken volgens afbeelding 13.1.6.

Afbeelding 13.1.6: Parallelschakeling waarbij pomp in rust “drukloos” rondpompt.

Het enige verschil met afbeelding 13.1.5 is dat er nu een veiligheid A bijgeschakeld is. De instelling van de veiligheid is bijvoorbeeld 20 bar. Als het systeem in rust is dan bedraagt de aangevoerde druk via meetleidingen (6) en (7) 0 bar, dus staat de veiligheid afgesteld

op 20 bar, dit is dus al aanzienlijk minder dan in het voorgaande geval. Wanneer de cilinder of motor bediend wordt, zal de lastdruk nu dus ook onder de veiligheid A komen te staan, waardoor de ingestelde druk hoger wordt.

Veiligheid A neemt dus altijd de hoogst optredende lastdruk aan, waardoor het systeem goed blijft functioneren. Verder zal het duidelijk zijn dat de hoofdveiligheid nu pas aangesproken wordt bij een

systeemdruk van 250 bar. Maar ook dit is nog te ondervangen door een veiligheid bij te plaatsen waardoor de optredende pompdruk niet hoger wordt dan bijvoorbeeld 230 bar, zie hiervoor afbeelding 13.1.7. Hier is nu als aanvulling een veiligheid B bijgeplaatst die is ingesteld op 230 bar. Dit houdt echter in dat nu de maximaal mogelijk optredende lastdruk ook 230 bar zal bedragen. Het schema zal verder geen uitleg behoeven, immers als in de leiding C een druk heerst van 230 bar, dan zal de veiligheid B openen en deze druk vasthouden.

Afbeelding 13.1.7: Parallelschakeling met lastbegrenzing.