Supape de presiune Tablou general:
p→ supape de presiune › N. I.- 1. Siguranta; deversare - 2. Succesiune - 3. Conectare - 4. Deconectare › N. D.- Reducere Nh=p∙Q Q → continuu › dresel › regulator de debit – cu 2 cai - cu 3 cai › servodistribuitor →discontinuu › distribuitoare › supape de sens
Supape de presiune Aceste echipamente influenteaza in mare masura presiunea din circuitele hidraulice.Ele pot indeplini una din urmatoarele functii: 1. Protectie la suprasarcina prin limitarea presiunii maxime(supapele de siguranta) 2. Realizeaza succesiunea miscarii a doua sau mai multe MH in functie de valoarea presiunii(supape de succesiune, de conectare si deconectare) 3. Leaga la circuit o ramura a acestuia la atingerea unei anumite valori a presiunii (supape de conectare 4. Leaga la rezervor pompa sau o ramura a circuitului (supapa de deconectare) 5. Controleaza si mentine constanta presiunea pe o ramura a circuitului, valoare mai mare decat in restul circuitului(supape de reducere)
In functie de tendinta manifestata de arcul supapei, acestea pot fi: normal inchise sau normal deschise. La cele normal deschise arcul are tendinta de a detine deschisa calea de trecere prin supapa. In fuctie de modul in care actioneaza arcul reglabil exista doua variante: 1. Supape de presiune cu comanda directa. 2. Supape de presiune cu comanda pilotata. 1. Supape de presiune cu comanda directa
Sunt cele la care arcul reglabil actioneaza direct asupra elementului mobil al supapei
2. Supape cu comanda pilotata
Sunt constituite din 2 supape de presiune: una principala si una pilot. La aceste supape arcul reglabil actioneaza asupra supapei pilot. Aceasta regleaza presiunea prin care se impune presiunea de deschidere a supapei principale
Din punct de vedere constructiv supapele pot fi diferentiate dupa 2 criterii: I In functioe de modul de prindere a circuitului hidraulic : a) Pentru placa b) Modulara c) De tip cartus II Tine de diametrul nominal al aparatului si supapa de presiune se realizeaza acoperind toata gama de diametre nominale ( DN 6, 8, 10, 16, 20, 25, 32, 50, 100). Principiul de lucru al supapelor de presiune normal inchise Orice supapa de presiune are in componenta minimum 3 elemente: 1. Un element mobil 2. Un arc la care se poate regla comprimarea 3. Corpul aparatului in care este prelucrat si scaunul de asezare a elementului mobil Fp=p ∙ Fa= k∙x Pd ∙ Pd=
= k∙x
Fa`=k(x+h) Deschiderea supapei are loc din momentul in care forta de presiune creata de lichid este egala cu forta elastica din arc. Prin tensionarea puntii arcului reglam forta elastica si implicit presiunea la care se deschide supapa. Supapa nu intervine asupra valorilor presiunii aflate sub valoarea presiunii de deschidere. Ceea ce supapa asigura este limitarea presiunii in circuit la valoarea reglata prin tensionarea arcului. Daca supapa este legata in derivatie, inaltimea de ridicare h a elementului mobil urmareste legea de variatie a presiunii. Daca supapa este legata in serie, deschiderea ei trebuie sa asigure trecerea intregului debit de lichid (indiferent cu cat depaseste presiunea din circuit, presiunea de deschidere, ridicarea h a elementului mobil va fi aceeasi, dictata fiind de valoarea debitului)
Schema structurala a supapelor de presiune normal inchise cu comanda directa In principiu supapa include o semipunte B cu rezistenta Ri=0 si un comparator. Comparatorul din structura supapei realizeaza permanent comparatie intre forta de presiune dependenta de presiunea din circuit si forta din arcul reglabil. Rezultatul acestei comparatii are ca efect modificarea rezistentei hidraulice reglabile Re incepand din momentul in care presiunea in circuit atinge valoarea presiunii de deschidere. Practic se poate materializa schema structurala fie cu elemente de tip sertar, fie cu elemnt conic.In cazul materializarii cu element de tip sertar fetele laterale ale sertarului materializeaza comparatorul; pe aceste fete exercitandu-se forta de presiune p si forta dinamica. Muchia activa m de pe sertar contribuie impreuna cu corespondentul ei din corp la reglarea rezistentei hidraulice Re a carei deschidere este x. Cat timp presiunea in circuit este mai mica decat presiunea de deschidere, calea de trecere prin supapa este inchisa ( x=0; Re= ∞) . A=𝚷∙d∙x Din momentul in care presiunea depaseste presiunea de deschidere, sertarul va fi deplasat si se va crea o deschidere x care va determina deversarea unei parti din debit la rezervor, efectul fiind mentinerea presiunii la valoarea presiunii de deschidere. Practic este posibil ca in circuit presiunea reglata sa fie mai mare decat presiunea de deschidere, aceasta deoarece deplasarea elementului mobil cu x presupune cresterea fortei din arc cu o componenta k*x. Fa=k∙ Fa`=k∙ +k∙x
Constructia supapei de presiune normal inchisa cu comanda directa Pd∙s=Fa+p`∙s Sertarul cilindric (1) este cel care pe suprafetele laterale sus-jos sesizeaza forta de presiune respectiv forta din arcul tensionat (6) si le compara permanent. Din momentul in care presiunea atinge valoarea impusa prin reglarea arcului, sertarul se deplaseaza si se deschide legatura cu rezervorul. Construirea corpului din 3 parti, corpul principal (2) si capacele (3), (5), permite obtinerea pentru aceeasi supapa a celore 4 moduri diferite de lucru. Aparatul permite legarea caii de comanda Px atat in interiorul P al supapei cat si in exterior. Pentru legarea in exterior practice se roteste capacul (3) cu 180° ceea ce are ca efect intreruperea legaturii cu intrarea in supapa si se inlatura dopul (4), in locul sau conectandu-se conducte de legatura cu zona in care dorim sa urmarim valoarea presiunii. Acest mod de conectare pentru Px se numeste Px extern. In zona in care este amplasat arcul (6) al supapei se cumuleaza pierderile de debit prin jocul dintre sertarul (1) si corpul (2). Acestea trebuie obligatoriu deversate la rezervor. Daca iesirea din supapa T se va conecta la rezervor canalizatia de deversare Tx, se poate lega cu T iesirea din supapa. Numim acest mod de conectare cu Tx intern. Daca iesirea din supapa T se leaga la un circuit de presiune atunci obligatoriu nu mai legam Tx cu iesirea T din supapa.Practic se roteste capacul superior (5) cu 180 ° ceea ce inseamna intreruperea legaturii interne si prin inlaturarea dopului (8) si legarea unei conducte la rezervor se realizeaza Tx extern. Din combinarea variantelor posibile pentru Px si Tx rezulta cele 4 variante de lucru pentru supapa normal inchisa: 1. Px intern Supapa de siguranta, deversare Tx intern 2. Px intern Supapa de succesiune Tx extern 3. Px extern Supapa de deconectare Tx intern
4. Px extern Supapa de conectare Tx extern
In ceea ce priveste prima functie, Px intern, Tx intern diferenta dintre cele 2 metode de lucru consta in aceea ca supapa de deversare este deschisa tot timpul permitand deversarea la rezervor a unui surplus de debit, iar supapa de siguranta se va deschide atunci cand presiunea din circuit depaseste valoarea considerata maxim admisa. Toate cele 4 moduri de lucru prezentate pentru supapa normal inchisa cu comanda directa sunt valabile si pentru supapa normal inchisa cu comanda pilotata.
1. Sistemul hidraulic cu supapa de deversare =Ve ∙ S Din cauza amplasarii droserului Dr in serie cu MHL se limiteaza corespunzator debitul Q2 trimis catre motorul hidraulic. Diferenta dintre debitul dat de pompa Q1 si debitul trimis catre motorul hidraulic Q2 este deversata la rezervor prin supapa de presiune Sp care lucreaza ca supapa de deversare. Modul de lucru ca deversare, presupune ca supapa sa fie deschisa tot timpul, iar aceasta se produce deoarece la iesirea din pompa este tot in acest timp o presiune egala cu presiunea reglata la supapa. Asocierea dintre pompa cu debit fix P, supapa de deversare Sp si droserul Dr legate in serie formeaza o sursa de presiune constanta (presiune reglata la supapa) si debit variabil (reglat cu droserul Dr ). Daca in acest sistem prin deschiderea complete a droserului intreg debitul pompei este trimis catre motorul hydraulic Q1=Q2, pompa singura lucreaza ca sursa de debit constant Q, iar iesirea la pompa va fi variabil ΔQ=0 (supapa este inchisa) si va depinde de incarcarea “FR: de la tija motorului hidraulic. 2. Sisteme hidraulice cu supapa de succesiune 3. Sistemul hidraulic are 2 motoare liniare MHL 1 si MHL 2.
MHL1- cu simpla actiune si revenire prin arc MHL2- diferential cu dubla actiune
Pentru distribuitorul 1 pentru pistonul se alimenteaza MHL 1 dar catre MHL 2 nu trece lichid deoarece este intrerupta de supapa Sp2 normal inchisa. In aceasta situatie se realizeaza doar miscarea pistonului 1. Dupa ce acesta a parcurs intreaga cursa presiunea incepe sa creasca si in momentul in care valoarea reglata la Sp2 supapa se deschide si permite alimentarea celui de-al doilea motor incercand deplasarea pistonului. Pentru cel de-al doilea motor se poate regla si cu ajutorul droserului Dr amplasat pe conducta de evacuare. Se constanta ca prezenta supapei de presiune Sp 2 asigura succesiunea miscarii la cele 2 motoare. Pentru miscarea de revenire se conecteaza distribuitorul in pozitia II si se leaga camera motorului 1 la rezervor producandu-se revenirea pistonului acestuia sub actiunea arcului.Simultan va avea loc si miscarea la pistonul 2 la care se alimenteaza camera prin tija, la care lichidul evacuat pe tija este creat de supapa de sens Ss2. Pentru miscarea de revenire acelasi droser Dr intervine regland viteza. In circuitul hidraulic mai exista o supapa de presiune Sp1, aceasta functionand ca supapa de siguranta in cazul in care nu intervine droserul (la miscarea 1 si lucreaza ca supapa de deversare pentru 2 si 3).
Sistemul hidraulic cu supapa de deconectare p1 x s = Fa + p2 x s →Tx →p2 ≈ 0 →pd= → Tx≠T p1-p2 =
Exemplul prezentat contine un caz mai rar de reglare a supapei de presiune exceptia constand in aceea ca drenajul Dr nu este legat la rezervor ci la un circuit de presiune. Din aceasta cauza presiunea de deschidere a supapei Sp2 nu poate fi considerata ca raportul dintre forta elicoidala si suprafata activa. In acest caz de conectare in ecuatia de forma apare suplimentar o forta de presiune p2-s, care actioneaza in acelasi sens cu forta dinamica. Deschiderea ei va avea loc in functie de caderea de presiune (p1, p2) considerate intre ptsi px. In circuitul exemplificat aceasta diferenta de presiune reprezinta diferenta de presiune de pe droserul Dr din circuitul motorului hidraulic rotativ. Practic in acest sistem supapa de presiune
Sp2 se va deschide in momentul in care caderea de presiune este egala prin valoarea impusa prin tensionarea arcului supapei. In acest mod este legata deschiderea supapei Sp2 de o anumita valoare care va parcurge droserul si prin aceasta de o anumita valoare a functiei motorului hidraulic rotativ. Pe aceasta baza in sistemul prezentat miscarea la motorul hidraulic liniar intr-un sens sau celalalt se va obtine doar atunci cand exista o anumita turatie la axul motorului hidraulic rotativ. In acest circuit supapa de presiune Sp2 este cea care conecteaza motorul liniar la sursa, pe perioada in care turatia la motorul hidraulic rotativ are o anumita valoare impusa. Pe circuitul motorului al doilea este amplasata supapa de presiune Sp2 care este legata cu comanda circuitului Sp1 si drenajul circuitului din rezervor, el lucrand ca supapa de conectare, rolul ei fiind ca atunci cand ramura din stanga deconecteaza camera cu tija prin conectarea acesteia la rezervor. In acest moment deplasarea tijei la motorul 2 se obtine numai dupa deplasarea cursei de deplasare a tijei la motorul 2 sau daca incarcarea tijei este la momentul 1. Pentru sensul tijei intra nu mai exista nici un fenomen de conditionare, miscarea putanduse face simultan sau succesiv in functie de conectarea electromagnetilor D1 si D2. Supapa de presiune Sp1 din acest circuit are rol de supapa de siguranta ea simuland valoarea presiunii admisa. Cele 4 moduri de conectare ale supapei de presiune normal inchisa cu comanda directa raman direct. si supapele normal inchise cu comanda pilotata.
Supapa de presiune normal inchisa cu comanda pilotata Supapa de presiune cu comanda pilotata este compusa practice din 2 supape normal inchise cu comanda directa. La supapa principala care este cea care dirijeaza lichidul din circuitul de forta apar urmatoarele modificari:
1. Arcul supapei are doar rolul de a da caracterul normal inchis al acesteia si nu poate fi modificata tensionarea 2. Presiunea variabila de deschidere pentru aceasta supapa se impune cu ajutorul fortelor de presiune care pot avea anumite valori obtinute prin modificarea presiunii din incinta de comanda.Rolul modificarii valorii acestei presiuni revine unei supape numita supapa pilot, care este o supapa de presiune normal inchisa cu comanda directa. Necesitatea existentei supapei pilotate →din urmatoarele considerente:
1. Diametrul nominal care impune ca peste o anumita valoare sa nu existe cresterea valorii de gabarit si se foloseste forta de presiune in loc de forta elastic de determinare 2. Necesitatea reglarii cu aceeasi supapa cu atat a unei presiuni mici cat si a unei presiuni mari. Daca se utilizeaza impunerea presiunii in circuitul hidraulic im mod evident aceasta depinde de comprimarea acesteia. Nu este posibil ca utilizand acelasi arc sa se poata impune valori mici si valori mari. Din acest motiv supapepele de presiune cu comanda directa sunt realizate de 3 categorii de dimensiuni ale presiunii: joase, medii, ridicate. Diferenta dintre cele 3 este doar in constanta elastica. Daca inlocuim impunerea cu forta elastic cu impunerea printr-o forta de presiune este evident ca putem regla atat presiuni joase cat si presiuni ridicate. 3. La supapele cu comanda directa apare in mod evident dependent presiunii reglate de debitul care parcurge supapa. Acest fenomen are drept cauza ridicarea elementului mobil odata cu cresterea debitului. Aceasta crestere suplimentara determina cresterea debitului si implicit cresterea presiunii necesare mentinerii elementului mobil ridicat. In cazul in care forta de impunere a presiunii de deschidere este o forta de presiune. Fenomenul de dependenta a presiunii de deschidere, a debitului care trece prin supapa ramane si in cazul supapei pilotate. Supapa este tot cu comanda directa, dar diferentele realizate ridicarii elementului mobil sunt mult mai mici in cazul supapei pilotate.
Supapa de presiune normal inchisa cu comanda pilotata Supapa de presiune cu comanda pilotata este formata din 2 supape, cea principal sic ea pilot. Ambele sunt supape de presiune normal inchise. Supapa principala are drept caracteristica faptul ca presiunea de deschidere nu se impune prin tensiunea unui arc elicoidal ci printr-o forta de presiune. Presiunea care influenteaza aceasta forta se numeste presiune de comanda si este reglata cu ajutorul supapei pilot. Supapele pilotate sunt necesare constructiv din urmatoarele considerente:
1. Pentru diametre nominale mari 2. Pentru cazul in care intervalul de presiune pe care dorim sa-l reglam este foarte larg 3. Pentru cazul in care dorim ca presiunea reglata sa fie cat mai putin influentata de debitul care trece prin aparat
Schema structural a supapei de presiune normal inchisa cu comanda pilotata Supapa principal se compune dintr-un comparator si o semipunte B cu Ri=0 iar supapa pilot se compune dintr-un comparator si o semipunte B normal. Pentru supapa principala sunt componentele din zona I iar pentru supapa pilot cele din II. Comparatorul supapei principale C sesizeaza pe fata din stanga presiunea din circuit iar pe fata din dreapta presiunea de comanda la care se adauga presiunea rezultata prin prezenta arcului.(Fa/s) Arcul a introduce o comp. de tensiune de mica valoare constanta, rolul arcului fiind doar acela de a da supapei principale caracterul de normal inchisa. Pentru supapa principala presiunea de deschidere este dependenta de valoare presiunii de comanda. Pistonul comparatorului supapei principale se afla in echilibru atunci cand fortele care actioneaza pe fata din stanga sunt = cu cele care actioneaza pe fata din dreapta. Exista mai multe pozitii de echilibru ale pistonului , pentru fiecare dintre acestea fiind influentata o anumita deschidere a rezistentei hidraulice Re. Presiunea de comanda este reglata cu ajutorul supapei pilot.Valoarea acestei presiuni este impusa initial prin reglarea arcului a1. Comparatorul supapei pilot C1 sesizeaza pe fata din stanga o forta de presiune dependenta de comanda (Pc x s1) iar pe fata din dreapta forta elastica din arcul a1. Rezultatul acestei comp.influenteaza deschiderea rezervoarelor hidraulice Re1; deschiderea pentru aceast rezistenta se va stabiliza la acea valoare pentru care se realizeaza echilibrul de forte asupra pistonului comparatorului C1.
Constructia supapei de presiune normal inchisa cu comanda pilotata Schema structurala generala poate fi materializata in diverse moduri: -
Cu elemente tip sertar Cu elemente conice
Acestea participa la realizarea rezistentei hidraulice reglabile si tot ele sunt cele care fac comparatia intre diverse forte. In orice varianta constructive se respecta schema structural prezentata care este esentiala pentru ca aparatul sa lucreze conform modului de lucru impus. Elementul mobil 1 al supapei principale este cel care realizeaza functia de comparator sesizand pe fata inferioara o forta de presiune dependenta de presiunea din circuit iar pe fata superioara o forta de presiune dependent de Pc la care se adauga forta din arcul 2. Arcul 2 este cel care are rolul de a readuce elemental mobil pe scaunul din corpul 8 conferind supapei principale caracter de normal inchisa. Atata timp cat p este mai mica decat presiunea reglata la arcul 6 al supapei pilot, presiunea Pc va fi egala cu presiunea p, deoarece neaparand circuitul de lichid nu va aparea cadere de presiune pe rezistenta fixa 10. In aceste conditii fortele care actioneaza asupra elementului mobil 1 vor fi favorabile mentinerea acesteia asezat pe scaunul din corpul 8 (Re=∞) supapa principala ramanand inchisa. In momentul in care presiunea in circuit va atinge valoarea impusa prin reglarea initiala a supapei pilot, elemental mobil 4 al acesteia se deplaseaza de pe scaun si un debit de lichid va parcurge supapa pilot fiind evacuate pe Tx. Din acest moment apare curgerea lichidului pe canalizatia Tx si implicit o cadere de presiune pe rezistenta fixa 10. Astfel ca presiunea in spatele elementului mobil 1 va scadea si echlibrul de forte asupra elementului 1 va fi favorabil ridicarii acestuia deschizand fereastra de trecere din circuitul principal de la P catre T. Ca si in cazul supapei cu comanda directa pot fi obtinute 4 moduri diferite de legare in circuit deoarece atat pentru Px cat si pentru Tx exista 2 variante : legatura interna (Px legat cu P si Tx legat cu T) sau legatura externa prin inlaturarea dopurilor 11 sau 5 si obturarea legaturilor interne. Se obtin astfel cele 4 moduri de legare: - Px intern Tx intern (siguranta, deversare) - Px intern Tx extern (succesiune) - Px extern Tx extern (conectare) - Px extern Tx intern (deconectare) Aparatul din desen este in varianta demontare pe placa deoarece orificiile de legatura cu circuite P si T comunica pe aceeasi fata a aparatului numita oglinda (o) pe care sunt amplasate garniturile de etansare (9). Pentru legarea conductelor de legatura mai este necesar un bloc intermediar pe una din fetele caruia este montata supapa si pe oricare din celelalte 5 comunica cu iesire filetata cele 2 legaturi P, T putand fi legate conducte prin intermediul niblurilor.
Supape de presiune normal deschise La acest tip de supape arcul are tendinta de a mentine deschisa calea de trecere. Locul in care se urmareste presiunea pentru aceste supape este iesirea din supapa iar elemental mobil inchide mai mult sau mai putin calea de trecere, obiectivul fiind mentinerea ….. a presiunii la iesirea din supape.
Schema structurala a supapei de presiune normal deschisa cu comanda directa
In principiu supapa normal deschisa se compune dintr-un comparator si o semipunte C cu Re=∞.
Constructia supapei normal deschisa cu comanda directa
Elementul mobil de tip sertar 1 materializeaza comparatorul C prin fetele sale superioara si inferioara. Pe fata superioara este asezata o forta de presiune dependenta de presiunea reglata Pr la iesirea din supapa iar pe fata superioara actioneaza forta din arcul 2 pe care il putem comprima cu ajutorul lui 3 modificand forta din arc si implicit valoarea presiunii reglate. Elementul mobil se afla in echilibru la egalitatea celor 2 forte: forta din arc sic ea de presiune (Pr x s). Daca presiunea reglata tinde sa se modifice efectul va fi deplasarea elementului mobil, modificarea deschiderii x si diminuarea debitului de lichid care parcurge supapa, obiectivul fiind ca presiunea sa revina la valoarea impusa. Elementul mobil va ajunge intr-o noua pozitie de echilibru cu o alta deschidere x` pentru care se ajunge ca presiunea sa fie egala cu cea impusa, variatia lui x compensand tendinta de modificare a presiunii Pr. Supapa de presiune normal deschisa lucreaza intr-o singura varianta si anume ca supapa de reducere.
Modelul matematic
