فشارشکن هیدرولیک، نحوه انتخاب و انواع شیر فشارشکن Pilot Operated

ارسال توسط

2026-10-16

در 2022-01-18

انتخاب فشارشکن هیدرولیک متناسب با سیستم

نقشه شیر کاهنده فشار پیلوتی با اسپول اصلی، ساچمه پیلوت و پیچ تنظیم

انتخاب یک فشارشکن مناسب در یک سیستم هیدرولیک بسیار حائز اهمیت است به طوری که با انتخاب یک فشارشکن هیدرولیک نامناسب برای سیستم مشکلات بسیار زیادی در آن سیستم پیش می‌آید. برای درک بهتر این که ما برای سیستم هیدرولیک از چه فشارشکنی باید استفاده کنیم تا بهترین بهره وری را در سیستم هیدرولیک داشته باشیم.

یک پرس هیدرولیک ساده را در نظر بگیریم که تشکیل شده است از یک سیلندر هیدرولیکی دو طرفه، یک فشارشکن هیدرولیک، شیر کنترل جهت (شیر برقی) مدار باز و یک پمپ هیدرولیک، با توجه به نوع تولید محصولات احتیاج داریم که از تلاش های مختلف برای ساخت محصولات مختلف استفاده کنیم، به طوری که بازه انتخاب تناژ ما برای مثال بین ۵۰۰ تا ۱۵۰۰ کیلوگرم است و همانطور که می دانید مقدار تناژ وارده یک سیلندر هیدرولیک را به مقدار فشار کاری سیستم تعیین میکند.

پرس هیدرولیکی که ما در نظر گرفتیم برای تولید قطعه A، احتیاج به ۵۰۰ کیلوگرم می باشد و با تنظیم فشارشکن هیدرولیک ما بر روی ۵۰ بار سیلندر هیدرولیک ما، ۵۰۰ کیلوگرم نیرو را تامین می کند؛ در قسمت بعدی تولید قطعه B، ما احتیاج داریم که پرس هیدرولیک ، نیروی معادل هزار کیلوگرم ایجاد کند و در قسمت آخر برای تولید قطعه C از نیروی ۱۵۰۰ کیلوگرم استفاده کنیم.

در پایان کار، ما متوجه می شویم که مقدار تولید قطعه A از قطعات B و C بیشتر است و همچنین مقدار تولید قطعه B از مقدار تولید قطعه C بیشتر است، در اینجا سوال پیش می‌آید که چرا مقدار تولید قطعات با فرض اینکه مقدار مساوی از ساعت تولید برای هر قطعه در نظر گرفته شده با همدیگر متفاوت است؟؟ در صورتی که برای ساخت تمام قطعات از یک پرس هیدرولیک استفاده شده است.

اما پرسش این است که مقدار تفاوت تولید این ۱۰۰ قطعه به چه دلیل است و وقتی که ما به عملکرد پرس هیدرولیک توجه می‌کنیم. می‌بینیم که سرعت حرکت سیلندر هیدرولیک در ساخت هر کدام از قطعات با همدیگر متفاوت است، این به چه معناست اگر در قطعه A سیلندر هیدرولیک در هر دقیقه با فشار 50 bar کار میکند. و در فرآیند تولید قطعه B، 100 bar کار میکند. و در فرایند قطعه C، 150 bar کار میکند و این موضوع بسیار جالب است که چرا یک پرس هیدرولیک برای تولید سه قطعه متفاوت با در نظر گرفتن اینکه برای تولید هر قطعه ما به تناسب متفاوتی از فشار هیدرولیک احتیاج داریم. پرس هیدرولیک با سرعتهای متفاوت کار می‌کند.

برای تولید قطعه A با فشار کاری 50 bar کار می کنیم. برای تولید قطعه B افشار کاری 100 bar کار می‌کنیم و برای تولید قطعه C با فشار کاری 150 bar کار می‌کنیم. تنها تفاوت روند تولید این سه قطعه در فشار کاری آنها می باشد.

در اینجا ما می خواهیم به نکته بسیار جالبی اشاره کنیم که این نکته باعث به وجود آمدن تغییر سرعت سیلندر هیدرولیک برای تولید سه قطعه در سه فشار متفاوت می باشد. ما در اینجا می بینیم که در این سیستم ما از فشارشکن هیدرولیک DIRECT ACTING استفاده کردیم و با بررسی نحوه عملکرد این فشارشکن هیدرولیک به نکته بسیار جالبی برخورد می‌کنیم. این نکته بسیار مهم دو مفهوم CRACKING PRESSURE و OVERRIDE PRESSURE می‌باشد.

به طور ساده معنی دو مفهوم گفته شده در بالا بدین صورت است که اگر مقدار دبی پمپ این سیستم را ۲۰ لیتر در دقیقه در نظر بگیریم. در فشار 50 bar، فشارشکن هیدرولیک مقدار تخلیه روغن به مخزن ۵ لیتر در فشار 100 bar، مقدار تخلیه روغن ۱۰ لیتر و در فشار150 bar، مقدار این تخلیه ۱۵ لیتر بر دقیقه می‌باشد. پس به خوبی مشکل عدم مقدار مساوی تولید قطعه های A و B و C پیدا شد.

این مشکل در واقع به عنوان یک نقص در نوع عملکرد فشارشکن های DIRECT ACTING نیست. بلکه مشکل انتخاب فشارشکن هیدرولیک نامناسب برای این سیستم می‌باشد که باید با 3 فشار کاری متفاوت کار کند. وقتی یک سیستم با فشارهای متفاوت کار می‌کند. تولید کننده نیاز به این دارد که مقدار قطعات تولید شده A و B و C به مقدار مساوی باشد؛ استفاده از این نوع فشارشکن هیدرولیک ، باعث شده است که مقدار تولید قطعات به صورت نامساوی باشد.

برای حل این مشکل ما نیاز داریم که از فشارشکن هیدرولیک (Pressure Relief Valve) مناسب استفاده کنیم. با توجه به عملکرد نامناسب فشارشکن DIRECT ACTING در این سیستم ما باید از نوع دیگری از فشارشکن استفاده کنیم که مشکل به وجود آمده را حل کند. بنابراین باید فشارشکنی را انتخاب کنیم که در فشارهای مختلف که مورد نیاز ما است. یعنی فشارهای 50 bar و 100 bar و 150 bar ، مقدار تخلیه فشارشکن هیدرولیک به تانک روغن برای حفظ فشار کار مورد نیاز ما در هر 3 فشار کاری باید به یک میزان باشد. یعنی در هر سه حالت کاری پرس هیدرولیک در فشارهای مختلف سیستم، ما نیاز به مقدار دبی ثابتی داریم تا مقدار تولید قطعات به یک اندازه باشد.

اما چه نوع فشارشکنی برای سیستم هیدرولیک با فشارهای کاری مختلف مورد نیاز است؟ در ادامه به پاسخ این سوال می‌پردازیم.

فشارشکن هیدرولیک Pilot Operated

فشارشکن هیدرولیک PILOT OPERATED ، قابلیت مورد نیاز ما در این سیستم هیدرولیک را دارا می‌باشد. بطوری که ما با تغییر فشارهای سیستم شاهد این هستیم که مقدار دبی مورد نیاز برای حرکت سیلندر در فشارهای مختلف به صورت یکنواخت است. و تغییر فشار سیستم، در مقدار سرعت حرکت سیلندر هیدرولیک تغییر ایجاد نمی کند.

نحوه عملکرد فشارشکن هیدرولیک Pilot Operated

عملکرد فشارشکن هیدرولیک Pilot Operated به صورتی است که فشارشکن هیدرولیک از دوبخش پایلوت و پایه پایین تشکیل شده است. اسپول مرکزی که وظیفه اصلی تخلیه فشارشکن را برعهده دارد. در قسمت پایین قرار گرفته و کنترل کننده فشار سیستم هیدرولیک در قسمت پایین قرار گرفته. به طوری که در پوسته فشارشکن هیدرولیک یک کانال از خط P قسمت پایلوت به بالا راه پیدا کرده و قسمت پایلوت بالا، یک کانال تخلیه تانک دارد و زمانی که فشار سیستم بر فشار نیروی فنر پایلوت بالا غلبه کند، مقدار نیروی وارده به فنر اسپول مرکزی کاهش پیدا کرده و در نتیجه پیستون اسپول مرکزی به سمت بالا حرکت کرده و روغن به سمت تانک تخلیه می‌شود که این تخلیه باعث به وجود آمدن تعادل در سیستم هیدرولیک با توجه به فشار تنظیم شده، می‌شود.

چه موردی باعث می شود که در این نوع از فشارشکن هیدرولیک در فشارهای کاری متفاوت ما شاهد این باشیم که مقدار تخلیه شده به تانک در فشارهای کاری متفاوت، با توجه به جداول ارائه شده در کاتالوگ (هر محصول که توسط سازنده قطعه تعبیه می‌شود.)، در بازه‌های فشار کاری تعریف شده به یک اندازه است.

همانطور که اشاره شد در پوسته‌های فشارشکن هیدرولیک یک لاین خیلی کوچک از خط فشار به قسمت پایلوت بالا کشیده شده است. این باعث می‌شود که مرجع اندازه گیری مقدار فشار سیستم، مقدار بسیار جزئی از روغن در جریان در سیستم باشد. یعنی زمانی که نیروی فشار سیستم با فنر تنظیم شده در پایلوت بالا غلبه کند. اسپول مرکزی پیستون اصلی تعبیه شده در پایه پایین فشارشکن هیدرولیک حرکت کرده و مقدار اصلی جریان روغن برای تخلیه تانک را برای تنظیم فشار سیستم انجام می دهد. این مطلب به این معناست که در سیستم هیدرولیک که فشارشکن Pilot Operated مورد استفاده قرار گرفته است، مقدار دبی‌ای که نیاز است تا جریان تخلیه اصلی روغن به تانک برای تنظیم فشار سیستم هیدرولیک را ایجاد کند بسیار ناچیز است. به طوری که در فشارهای مختلف مقدار تفاوت این دبی روغن آن قدر کم است که قابل چشم پوشی می‌باشد.

نکته دیگری که در مورد فشارشکن های پایین قابل تحمل است این است که فشارشکن های پایین اپگریدر قابلیت استفاده در دبی های بسیار بالا را دارا می باشند. حتی در بعضی از برندها حتی تا ۳۵۰۰ در دقیقه از این نوع فشارشکن هیدرولیک تولید شده است.

رفع شوک در زمان عملکرد فشارشکن هیدرولیک

در فروش فشار شکن هیدرولیک، فشارشکن های PILOT OPERATED به دو نوع تنظیم دستی و برقی تقسیم می شود. نوع برقی آنها به دو دسته: Normally Close و Normally Open تقسیم می‌شود. منظور از Normally Open در این نوع فشارشکن هیدرولیک این است که در حالت عادی در زمانی که سیستم هیدرولیک وارد عملیات کاری نشده است. روغن ارسالی از سوی پمپ هیدرولیک به سیستم توسط فشارشکن هیدرولیک برقی بلوکی به سمت مخزن روغن هدایت می شود. در زمانی که شیر برقی نصب شده بر روی این فشارشکن فرمان برق را دریافت کند، عملاً فشارشکن تخلیه را قطع کرده و نقش خود را به عنوان ByPass Valve از دست داده و به یک فشارشکن هیدرولیک واقعی تبدیل می شود و جریان کنترل فشار سیستم را انجام می‌دهد؛ اما در فشارشکن های Normally Close فشارشکن در حالت عادی مانند یک فشارشکن واقعی رفتار می کند و مقدار فشار سیستم را تحت نظر دارد و زمانی که به شیر برقی نصب شده روی فشارشکن هیدرولیک فرمان برق داده شود در آن زمان فشارشکن تبدیل به یک ByPass Valve می‌شود و روغن ارسالی از پمپ هیدرولیک را به سمت تانک روغن هدایت می کند.

در اینجا باید به این نکته اشاره کنیم که برای انتخاب یک فشارشکن هیدرولیک مناسب برای یک سیستم، ما باید اطلاعات کافی از نحوه رفتار فشارشکن هیدرولیک در زمان کار سیستم داشته باشیم، بطوری که باید موادر نظر بگیریم که آیا سیستم هیدرولیک ما در فرآیند تولید فقط با یک فشار کاری کار می‌کند و یا امکان دارد با فشارهای کاری متفاوت کار کند.

نحوه عملکرد این نوع فشارشکن هیدرولیک بسیار نرم می باشد. ولی بعضاً در دستگاه‌هایی نیاز است که حتی از ایجاد کوچکترین شوک‌ها به سیستم جلوگیری شود. در این زمان ما می‌توانیم با استفاده از قطعه Dumping Shooting ، این تنش های وارده به سیستم را به حداقل رسانده و به نوعی، کاملاً برطرف می‌کنیم. این قطعه Dumping Shooting بین Pilot و تنه فشارشکن قرار می‌گیرد؛ و در زمان عملکرد فشارشکن هیدرولیک، حرکت پیستون مرکزی را بسیار نرم‌تر می‌کند که این خود، باعث از بین رفتن شوکهای وارده به سیستم می‌باشد.

Cracking Pressure در فشارشکن هیدرولیک چیست

منظور از کلمه‌ی Cracking Pressure نقطه ای است که فشارشکن هیدرولیک در آن زمان وارد مدار کاری سیستم می‌شود؛ و برای تنظیم فشار سیستم اقدام به تخلیه روغن به میزان مناسب به سمت تانک می‌کند، نکته مهم این است که ما برای انتخاب فشارشکن مناسب برای سیستم خود با مراجعه به کاتالوگ و بررسی آن بسیار دقت کنیم که آیا فشارشکنی که مورد نیاز ما هستش با توجه به نوع سیستم هیدرولیک دارای CRACKING PRESSURE مناسب هست یا خیر. زمانی که ما احتیاج داریم در یک سیستم هیدرولیک مانند پرس گفته شده در بالا با فشارهای متفاوت کار کنیم و با تغییر فشارهای متفاوت مقدار دبی ما تغییر پیدا نکند، باید فشارشکن هایی انتخاب کنید که دارای CRACKING PRESSURE ثابت هستند این به چه معناست؟ یعنی مقدار دبی لازم برای فرمان اقدام به تخلیه روغن توسط فشارشکن هیدرولیک برای کنترل فشار سیستم در فشارهای مختلف تقریباً به یک اندازه باشد.

Override Pressure در سیستم چیست

OVERRIDE PRESSURE در سیستم هیدرولیک بدان معناست که فشارشکن هیدرولیک در بازه‌ای از فشار کاری، تمامی روغن موجود در سیستم را به سمت تانک روغن تخلیه وعملاً باعث توقف در جریان حرکت سیستم می‌شود. بطوری که اگر مصرف کننده سیستم، یک هیدروموتور (موتور هیدرولیک) باشد. هیدروموتور در زمان وقوع OVERRIDE PRESSURE بالا دچار توقف کامل می‌شود و کل روغن به سمت تانک تخلیه می‌شود، این پدیده چون در زمان فشار کاری بالای سیستم اتفاق افتاده است باعث گرم شدن روغن نیز می‌شود. با توجه به توضیح داده شده در زمان انتخاب فشارشکن هیدرولیک برای سیستم باید با مراجعه به کاتالوگ‌های ارائه شده توسط شرکت سازنده و بررسی جدول‌های داده شده فشارشکن هیدرولیک انتخاب شود که در بازه‌های انتخابی، فشار متناسب با سیستم طراحی شده دارای OVERRIDE PRESSURE بالایی نباشد.

شیرهای کنترل فشار هیدرولیک و شیرهای کاهش فشار به یک دلیل اصلی حیاتی هستند: ایمنی. این به معنای ایمنی برای کارخانه و تجهیزات و همچنین ایمنی برای پرسنل کارخانه و محیط اطراف است.

شیرهای کنترل فشار و شیرهای کاهش فشار از کشتی‌ها، سیستم‌های لوله‌کشی و تجهیزات در برابر فشار بیش از حد محافظت می‌کنند که اگر کنترل نشود، نه تنها می‌تواند به سیستم آسیب برساند، بلکه به طور بالقوه باعث انفجار می‌شود. از آنجایی که این شیرها نقش مهمی را ایفا می کنند، استفاده از فشارشکن هیدرولیک مناسب در هر زمان کاملا ضروری است.

در اینجا شش فاکتور وجود دارد که هنگام انتخاب و اندازه گیری شیرهای کنترل فشار یا فشار شکن باید در نظر گرفته شوند:

اندازه و نوع اتصال فشارشکن هیدرولیک

اندازه فشارشکن هیدرولیک باید با اندازه لوله ورودی و تخلیه مطابقت داشته باشد. استاندارد مشخص می کند که هم لوله ورودی و هم لوله تخلیه متصل به شیر باید حداقل به اندازه دهانه ورودی/تخلیه در خود شیر باشد.

انواع اتصال نیز مهم هستند. همه این عوامل به تعیین دریچه ای که باید استفاده شود کمک می کند.

تنظیم فشار (PSIG)

فشار تنظیم شده، که بر حسب پوند بر اینچ مربع PSIG)) اندازه گیری می شود، فشاری است که در آن یک شیر اطمینان یا فشارشکن هیدرولیک باز می شود.

فشار تنظیم شده شیر نباید از حداکثر فشار کاری مجاز بویلر یا مخزن دیگر تجاوز کند. این بدان معنی است که شیر باید در یا پایین‌تر از تجهیزات باز شود. به نوبه خود، تجهیزات باید حداقل 10٪ بیشتر از بالاترین فشار عملیاتی مورد انتظار در شرایط عادی باشد.

دما

دما بر حجم و ویسکوزیته گاز یا مایعی که در سیستم جریان دارد تأثیر می گذارد. دما همچنین به تعیین مواد ایده آل برای ساخت شیر کمک می کند. به عنوان مثال، شیرهای فولادی می توانند دمای عملیاتی بالاتری نسبت به شیرهای ساخته شده از برنز یا آهن داشته باشند. هم دمای عملیاتی و هم دمای تخلیه باید در نظر گرفته شود.

فشار برگشتی

فشار برگشتی، که ممکن است ثابت یا متغیر باشد، فشاری است که در سمت خروجی شیر فشارشکن هیدرولیک در نتیجه فشار در سیستم تخلیه ایجاد می‌شود. این می تواند فشار تنظیم شده شیر بالادست را تحت تأثیر قرار دهد و باعث باز شدن مکرر آن شود که می تواند به فشارشکن هیدرولیک آسیب برساند.

برای تأسیسات با فشار برگشتی متغیر، فشارشکن هیدرولیک باید طوری انتخاب شوند که فشار برگشتی از 10 درصد فشار تنظیم شده فشارشکن هیدرولیک تجاوز نکند. برای تاسیسات با سطوح بالای فشار معکوس ثابت، ممکن است به یک فشارشکن هیدرولیک آب بندی شده یا شیر پایلوت نیاز باشد.

موارد استفاده فشارشکن هیدرولیک

انواع مختلف سیستمها (بخار، هوا، گاز و …) نیاز به شیرهای متفاوتی دارند. علاوه بر این، مواد شیر ساخت و ساز باید برای اپلیکیشن مناسب باشد. به عنوان مثال، فشارشکن هیدرولیک ساخته شده از فولاد ضد زنگ برای محیط های خورنده ترجیح داده می شوند.

شیرهای کنترل فشار و شیرهای تخلیه باید بتوانند فشار را با ظرفیت معینی کاهش دهند. ظرفیت مورد نیاز توسط عوامل متعددی از جمله هندسه شیر، دمای محیط و منطقه تخلیه تخلیه تعیین می شود.

ظرفیت مورد نیاز

ظرفیت مورد نیاز فشارشکن هیدرولیک توسط کد مربوطه تنظیم می شود. معمولاً در موارد زیر بیان می شود:

LBS/HR پوند در ساعت (جریان بخار)
SCFM فوت مکعب استاندارد در دقیقه (جریان هوا یا گاز)
GPM گالن در دقیقه و یا LPM لیتر بر دقیقه (جریان مایع)

اینها فقط فاکتورهای اساسی هستند که هنگام انتخاب و اندازه گیری شیرهای کنترل فشار و فشارشکن هیدرولیک باید در نظر گرفته شوند. همچنین باید ابعاد فیزیکی تجهیزات و کارخانه و همچنین سایر عوامل مرتبط با محیطی که شیر در آن کار می کند را در نظر بگیرید.

مقالات مرتبطی که می‌تواند در افزایش آگاهی و آشنایی بیشتر شما نسبت به علم هیدرولیک کمک کند: