Гидравлический разгрузочный клапан против предохранительного клапана: принципы работы, различия и применение

В гидравлических системах используются клапаны регулирования давления для обеспечения эффективности и безопасности. Ан разгрузочный клапан  и Предохранительные клапаны  могут выглядеть одинаково, но их роли различаются. Разгрузочный клапан автоматически перенаправляет поток насоса обратно в резервуар во время фаз простоя или низкой нагрузки, что значительно экономит энергию и снижает выделение тепла. Напротив, предохранительный клапан при нормальной работе остается закрытым и открывается только для сброса избыточного давления, защищая систему от избыточного давления. Оба являются критически важными гидравлическими клапанами в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность, сельское хозяйство и производство в странах «Пояса и пути» (например, Узбекистан, Казахстан, Чили).

Как работают гидравлические разгрузочные клапаны

Разгрузочный клапан — это клапан регулирования давления, предназначенный для повышения эффективности гидравлической системы. Когда давление в системе достигает заданного значения, клапан открывается полностью, направляя поток насоса в резервуар под низким давлением. На практике подпружиненная катушка или механизм с пилотным управлением смещаются, когда гидравлическая сила превышает силу пружины. Как поясняется в одном руководстве, разгрузочный клапан «перенаправляет поток насоса обратно в резервуар при низком давлении, как только достигается заданное давление в системе», позволяя системе удерживать давление, не приводя насос в действие при высокой нагрузке.

Такое разгрузочное действие означает, что насос работает практически без нагрузки (на холостом ходу) вместо того, чтобы поддерживать ненужное давление. В результате происходит гораздо меньше тепловыделения и износа: экономится энергия и продлевается срок службы компонентов. Например, в промышленном станке с ЧПУ, как только зажим установлен и потребность в расходе падает, разгрузочный клапан открывается, поэтому насос работает на холостом ходу, а не непрерывно нагнетает жидкость под высоким давлением. Разгрузочные клапаны часто включают в себя обратный (обратный) клапан для изоляции контура высокого давления и поддержания давления в приводе во время разгрузки.

Как работают гидравлические предохранительные клапаны

Предохранительный клапан – это прежде всего предохранительное устройство, ограничивающее максимальное давление в контуре. Обычно он остается закрытым под рабочим давлением, а пружина удерживает тарелку или золотник на своем гнезде. Если давление превышает настройку сброса, гидравлическая сила преодолевает пружину и клапан открывается, сбрасывая излишки жидкости обратно в бак. Как только давление падает ниже заданного значения, пружина снова садит тарелку и закрывает клапан.

Этот простой принцип – «когда давление в системе превышает силу пружины, гидравлическое давление сталкивает тарелку с седла», как отмечает один источник, – обеспечивает защиту от избыточного давления. Предохранительные клапаны могут быть прямого действия (пружина вместо золотника) или с пилотным управлением для больших расходов, но все они имеют одну общую функцию безопасности. В отличие от разгрузочного клапана, предохранительный клапан регулирует давление непрерывно : он модулирует свое открытие, чтобы стравить только избыточный поток, необходимый для поддержания заданного давления, а не сбрасывать полную производительность насоса.

Ключевые различия в функциях и дизайне

• Назначение: Основная цель разгрузочного клапана – энергосбережение и повышение эффективности системы. Он полностью обходит насос, когда полное давление не требуется, что снижает потребление энергии. Основное назначение предохранительного клапана – обеспечение безопасности по давлению . Он поддерживает стабильность системы, сбрасывая только давление выше установленного порога, защищая компоненты от избыточного давления.

• Направление потока и нагрузка на насос: Когда открывается разгрузочный клапан, весь поток насоса перенаправляется в резервуар под низким давлением. Насос переходит в состояние практически без нагрузки, а приводы удерживают давление через аккумулятор или нагрузку. Напротив, предохранительный клапан обычно пропускает весь поток в рабочий контур и сбрасывает избыточный поток в резервуар только при слишком высоком давлении. Таким образом, насос остается нагруженным в системах с предохранительными клапанами, а разгрузочные клапаны обеспечивают настоящую разгрузку насоса.

• Схема работы: Разгрузочные клапаны имеют переключающее поведение: они полностью открываются при достижении заданного давления и остаются открытыми до тех пор, пока давление не упадет ниже уровня сброса. Это действие включения/выключения означает отсутствие промежуточных положений. Предохранительные клапаны обладают регулирующим действием: они постепенно открываются по мере роста давления, постоянно балансируя, чтобы поддерживать давление в пределах диапазона.

• Подходящие условия: Разгрузочные клапаны обычно используются в контурах с прерывистой или резервной работой. Например, в установках с двумя насосами или аккумуляторных контурах, когда один насос может разгружаться, а другой поддерживает давление. Предохранительные клапаны используются для нормального непрерывного регулирования давления при любых рабочих условиях; они компенсируют скачки давления во время устойчивой работы.

• Структурные элементы: Разгрузочные клапаны обычно включают в себя золотник с пилотным управлением и могут быть оснащены односторонним обратным клапаном для изоляции контуров во время разгрузки. В предохранительных клапанах обычно используется простая пружина и тарельчатый клапан или золотник без дополнительного управляющего золотника. (На самом деле, разгрузочный клапан с пилотным управлением «функционировал бы так же, как любой предохранительный клапан с пилотным управлением», если бы не дополнительная разгрузочная катушка.) Некоторые продвинутые предохранительные клапаны имеют электронное управление: например, серия BSG от Blince представляет собой электромагнитный предохранительный клапан («перепускной электромагнитный клапан»), который сочетает в себе пилотный механизм с соленоидом для дистанционного управления давлением.

• Примеры спецификаций производителей: Для примера: разгрузочные клапаны серии BUCG от Blince представляют собой чугунные агрегаты с номинальным давлением до 210 бар и 250 л/мин, используемые в тяжелой технике, такой как вилочные погрузчики и станки. Для сравнения, предохранительные клапаны серии BSG/BST от Blince также изготовлены из чугуна, рассчитаны на давление до ~315 бар и спроектированы как электромагнитные клапаны с пилотным управлением для дистанционного управления сбросом давления.

Применение в горнодобывающей промышленности, сельском хозяйстве и производстве

Оба типа клапанов широко распространены в отраслях инициативы «Пояс и путь»:

• Горнодобывающая и строительная промышленность (Чили, Казахстан и т. д.): В тяжелом оборудовании, таком как экскаваторы, погрузчики и туннелепроходческие машины, используются предохранительные клапаны для предотвращения катастрофических отказов из-за избыточного давления. В горнодобывающих прессах или кранах предохранительные клапаны действуют как важные устройства безопасности. Между тем, разгрузочные клапаны находят применение в многонасосных гидравлических контурах горнодобывающей техники для эффективного переключения между насосами с высоким расходом и насосами высокого давления.

• Сельскохозяйственная техника (Узбекистан, Центральная Азия): Тракторы, комбайны и ирригационные системы оснащены разгрузочными клапанами, которые снижают нагрузку на двигатель в периоды простоя. Например, когда фреза харвестера поднимается, разгрузочный клапан открывается, и поток насоса обходит двигатель, сокращая расход топлива. Предохранительные клапаны на сельскохозяйственных подъемниках и опрыскивателях защищают гидравлические линии от скачков давления во время работы.

• Промышленное производство (производственные центры «Пояса и пути»). Станки с ЧПУ, прессы и погрузочно-разгрузочное оборудование часто работают с перебоями. Разгрузочные клапаны позволяют насосам работать на холостом ходу, когда заготовки зажаты или подъемники конвейера неподвижны, что повышает эффективность гидравлической системы . Предохранительные клапаны необходимы на машинах для литья под давлением и прессах для ограничения давления и защиты форм и цилиндров.

• Гидравлические силовые агрегаты и погрузочно-разгрузочные работы. В любом регионе гидравлические силовые агрегаты, подающие жидкость в различные системы, оснащены предохранительными клапанами для обеспечения общей безопасности. Складские штабелеры и вилочные погрузчики (распространенные в логистике в Латинской Америке и Азии) используют разгрузочные клапаны, чтобы удерживать вилы на высоте, не нагружая насос, а также используют предохранительные клапаны для защиты контура.

Независимо от страны (Узбекистан, Чили, Казахстан или где-либо еще в рамках ОПОП), выбор подходящего клапана зависит от потребности: разгрузочные клапаны для энергосбережения и эффективности, предохранительные клапаны для обеспечения безопасности по давлению.

Краткое содержание

И разгрузочные, и предохранительные клапаны являются незаменимыми гидравлическими клапанами, но они служат разным целям. Разгрузочные клапаны повышают эффективность системы, направляя поток в резервуар во время простоя. Предохранительные клапаны защищают систему, ограничивая максимальное давление. Использование предохранительного клапана вместо разгрузочного клапана неэффективно – это будет держать насос под высоким давлением и тратить энергию. В современных гидравлических конструкциях некоторые композитные клапаны даже выполняют обе функции: полностью открываются для разгрузки на холостом ходу, а затем регулируют давление во время активных фаз. Понимание этих различий помогает инженерам и специалистам по закупкам в рамках проектов «Один пояс, один путь» выбрать правильный гидравлический клапан для горнодобывающей, сельскохозяйственной и промышленной промышленности.

Часто задаваемые вопросы

• Вопрос: В чем основное различие между разгрузочным клапаном и предохранительным клапаном?
  A: Разгрузочный клапан предназначен для сброса всего потока насоса в резервуар при заданном давлении для экономии энергии, в то время как предохранительный клапан стравливает только лишнюю жидкость, превышающую установленное давление, для защиты системы. Проще говоря, разгрузочные клапаны управляют эффективностью и потреблением энергии, тогда как предохранительные клапаны обеспечивают безопасность системы, ограничивая давление.

• Вопрос: Почему бы просто не использовать предохранительный клапан для разгрузки насоса?
  О: Предохранительные клапаны должны оставаться закрытыми во время нормальной работы. Использование предохранительного клапана для отвода полного потока насоса будет постоянно поддерживать высокое давление в насосе, выделяя тепло и тратя энергию. Разгрузочные клапаны специально предназначены для частого открытия во время фаз холостого хода, чтобы снизить потребление энергии и износ компонентов.

• Вопрос: Как разгрузочный клапан повышает эффективность гидравлической системы?
  Ответ: Перейдя в разгруженное состояние, когда полное давление не требуется, разгрузочный клапан позволяет насосу работать на холостом ходу. Это сокращает потребление топлива/электроэнергии и предотвращает чрезмерное перегрев. Например, в гидравлическом прессе или станке с ЧПУ клапан открывается в периоды статики, поэтому насос поддерживает только давление, не перекачивая поток, что позволяет экономить энергию.

• Вопрос: Как предохранительные клапаны защищают гидравлическую систему?
  A: Предохранительный клапан защищает от избыточного давления. Он действует как предохранительный клапан: при нормальной работе остается закрытым, но если давление поднимается выше заданного предела (из-за заклинивания приводов или внезапной нагрузки), мгновенно открывает проход в бак. Это предотвращает разрыв шлангов, клапанов и цилиндров. Затем предохранительный клапан снова закрывается при падении давления.

• Вопрос: Может ли один клапан обеспечить как разгрузку, так и сброс давления?
  А: Да. Некоторые разгрузочно-предохранительные клапаны совмещают обе функции. В режиме ожидания они полностью открываются для разгрузки насоса, а в активном режиме работают как предохранительный клапан для регулирования давления. Такие композитные клапаны полезны в системах с частыми циклами остановки и запуска (например, в литьевых формах).

• Вопрос: Используются ли разгрузочные и предохранительные клапаны в определенных отраслях или регионах?
  Ответ: Они используются везде, где есть гидравлика. Для регионов «Пояса и пути»: Узбекистан и другие страны Центральной Азии с крупным сельскохозяйственным сектором используют разгрузочные клапаны в тракторах и насосах для повышения эффективности. Горнодобывающая промышленность и промышленные предприятия Латинской Америки (Чили, Перу) и промышленные предприятия широко используют предохранительные клапаны для обеспечения безопасного контроля давления на тяжелом оборудовании. В любом случае понимание разницы помогает выбрать правильный гидравлический клапан для горнодобывающей промышленности, сельского хозяйства, строительства или производства.