سوپاپهای کنترل جریان

6-3-3 سوپاپهای کنترل جریان

سوپاپ کنترل جریان وسیله ای است که برای تنظیم شدت جریان یا دبی مایعات و گازها درون لوله استفاده می شود. سوپاپ شامل تنگنایی برای عبور جریان است که سطح مقطع این تنگنا می تواند متغیر باشد. نقش سوپاپ کنترل جریان در سیستم و همچنین موقعیت قرار گیری ان نیز برای بهینه بودن عملکرد سیستم بسیار حیاتی می باشد. نقش اصلی سوپاپ کنترل جریان، کاهش میزان جریان در مدار هیدرولیکی است. یکی از مهمترین کاربرد های سوپاپهای کنترل جریان در سیستمهای هیدرولیکی، کنترل شدت جریان ورودی به سیلندرها و موتورها برای تنظیم سرعت آنها می باشد و هر گونه کاهش در میزان شدت جریان سبب کاهش سرعت عمگر خواهد شد. طرح های مختلفی از سوپاپهای مورد استفاده برای کنترل جریان وجود دارد. بسیاری از این طرحها برای کاربرد های خاص در نظر گرفته شده اند .  بعضی از پارامترهایی که در طی مراحل طراحی یک سوپاپ کنترل جریان می بایست در نظر گرفته شود شامل:

  • حداقل یا حداکثر شدت جریان و چگالی سیال که بر روی اندازه سوپاپ ها تاثیر گذار است.
  • خاصیت خورندگی سیال که جنس مواد تشکیل دهنده ساختار سوپاپ را مشخص می کند.
  • افت فشار مورد نیاز در سوپاپ
  • میزان نشتی مجاز از سوپاپ هنگام بسته بودن آن
  • حداکثر میزان صدا از سوپاپ که می تواند تحمل شود
  • روشهای اتصال سوپاپ به مدار از قبیل پیچ ها، اتصال فلانج و جوش

سوپاپ های کنترل جریان به انواع ذیل تقسیم بندی می شوند:

سوپاپ های کنترل جریان غیر قابل تنظیم یا ثابت که نماد گرافیکی آن در شکل (6-28a) نشان داده شده است.

سوپاپ های کنترل جریان قابل تنظیم که نماد گرافیکی آن در مدارهای هیدرولیکی شکل (6-28b) نشان داده شده است.

علاوه بر این ممکن است تقسیم بندی های دیگری هم داشته باشند مثل دروازه ای

سوپاپ کنترل جریان جبران کننده فشار(حساس به فشار)

در ادامه به طور خلاصه انواع سوپاپ های کنترل جریان رایج در سیستم های هیدرولیکی را بررسی و عملکرد، نقش و کاربرد هر یک از آنها تحلیل خواهد شد.

سوپاپ های فلکه ای(بشقابی)

این نوع سوپاپ ساده ترین شکل از سوپاپ های کنترل جریان است. دلیل نامگذاری این سوپاپ به این اسم بخاطر عضو دایره ای است که با اعمال فشار به آن و قرار گیری آن در نشیمنگاه سوپاپ ، به منظور بستن سوپاپ استفاده می شود. تصویر شماتیکی از این سوپاپ در شکل (6-29) نشان داده شده است.

سیال از طریق سوپاپ در گوشه های راست به سمت لوله ها جریان می یابد. هنگامی که این سوپاپ باز می شود سطح کامل بشقاب، یک دفعه از نشیمنگاه بلند می شود، در نتیجه این عمل در یک سوپاپ بشقابی خفگی فراوانی در جریان ایجاد می شود. در سیستم های هیدرولیکی سوپاپ های بشقابی می تواند هم به صورت دستی با استفاده از فلکه چرخان و یا مکانیکی با استفاده از یک عملگر (محرک) راه اندازی شود.

سوپاپ پروانه ای

سوپاپ های پروانه ای نوع دیگری از انواع سوپاپ های کنترل جریان است. این سوپاپ شامل یک صفحه بزرگ است که درون لوله ها چرخانده می شود و میزان عبور جریان سیال از طریق زاویه قرار گیری این صفحه دایره ای تعین می شود.

شکل (6-30) طرح ساده ای از سوپاپ پروانه ای را نشان می دهد. مزیت این نوع سوپاپ این است که تقریباً هر اندازه ای از آن را می توان ساخت. این سوپاپ ها به طور وسیع برای کنترل جریان گاز به کار می روند اما با این حال مشکل اصلی این نوع سوپاپ ها مقدار زیاد نشتی از آنها در حالت قطع می باشد.

سوپاپ کروی

سوپاپ کروی یا ساچمه ای نمونه دیگری از سوپاپهای کنترل جریان می باشند که در شکل (6-31) نشان داده شده است. ایندسته از سوپاپها از یک ساچمه کروی سوراخ دار ساخته شده اند که در درون نشیمنگاه ماشین کاری شده ای چرخانده می شود. برای درک بهتر روشی که برای کنترل جریان در ایندسته از سوپاپها به کار گرفته می شود.

سوپاپ گلویی یا بدون جبران کننده فشار (غیر حساس به فشار)

این نوع سوپاپ جایی استفاده می شود که فشارهای سیستم نسبتاً ثابت هستند و سرعتهای متحرک خیلی بحرانی نمی باشد. اساس کار آنها بر این اصل است که اگر افت فشار در تنگنا ثابت باشد جریان عبوری از تنگنا نیز ثابت خواهد بود. تصویری از این سوپاپ در شکل (6-34) نشان داده شده است. این سوپاپ همچنین شامل یک سوپاپ یکطرفه است که امکان عبور جریان آزاد را در مسری مخالف فراهم می کند در این حالت عبور جریان محدود نمی شود.

هنگامیکه بار روی محرک بطور قابل ملاحظه ای تغییر کند، فشار سیستم نیز تغییر می کند. بنابراین شدت جریان عبوری از این سوپاپ نیز تغییر خواهد کرد و این یک عیب محسوب می شود.

سوپاپ های کنترل جریان حساس به تغییرات فشار(جبران کننده فشار)

شکل (6-35)، عملکرد یک سوپاپ حساس به تغییرات فشار را نشان می دهد. این طرح شامل یک هیدروستات(مغزی توازن) است که اختلاف فشاری معادل kg/  (psi20) را در دو طرف دهانه در طول سوپاپ ایجاد می کند. همچنین سطح گذر سیال در تنگنا را می توان بوسیله یک پیچ تنظیم تعیین نمود. سطح تنگنا، شدت جریان عبوری سیال را که می بایست کنترل شود را تعیین می کند.هیدروستات معمولاً بوسیله فنر سبکی باز نگه داشته می شود البته زمانیکه فشار ورودی زیاد می شود و بر نیروی فنر غلبه کند هیدروستات بسته می شود. بدین ترتیب مسیر عبور کاهش پیدا کرده و از عبور جریان بیش از حد از تنگنا جلوگیری می شود. در نتیجه مقداری از سیال از طرریق سوپاپ می تواند عبور کند که اختلاف فشار ورودی و خروجی معادل با kg/   4/1 باشد.

به منظور درک بهتر مفهوم تعادل فشار در سوپاپهای کنترل جریان اجازه دهید کنترل جریان در یم پمپ جابجایی ثابت و پمپ با فشار قابل تنظیم را ارزیابی کنیم تا فرق بین آنها مشخص شود.شکل (6-34) یک نمونه از کنترل جریان در یک مدار هیدرولیکی با پمپهای دبی ثابت مشخص شده است. در این سیستم بخشی از سیال به منظور کاهش جریان ارسالی به عملگر از طریق سوپاپ فشار شکن به مخزن برگشت داده می شود. سوپاپ کنترل جریان که در این مدار از یک سوپاپ سوزنی استفاده شده است بسته می باشد در نتیجه فشار بالا دست افزایش می یابد. هنگامی که فشار سیستم به فشار تنظیم شده در سوپاپ فشار شکن نزدیک شود، سوپاپ فشار شکن باز شده و بخشی از سیال به مخزن تخلیه می شود.

مطابق با شکل (6-37) در سیستمهایی که از پمپ با فشار قابل تنظیم استفاده می شود تفاوتی که در کنترل جریان آنها وجود دارد این است که سیال از طریق سوپاپ فشار شکن عبور داده نمی شود. هنگامیکه فشار سیستم به حد خاصی برسد حجم جابجایی پمپ کاهش پیدا کرده و جریان خروجی پمپ کم می شود بدین ترتیب از افزایش فشاردر سیستم جلوگیری می شود.

طرح سوپاپ کنترل جریان با جبران کننده فشار به گونه ای است که امکان ایجاد فشارهای مختلفی را قبل و یا بعد از تنگنا فراهم می کند. در مدارهایی که از این نوع سوپاپ کنترل جریان استفاده می شود در اثر تغییر بار سیستم، سرعت عملگرها تغییری نمی کند.