Hydrauliikka

Hydrauliikkasarja osa 23: Virtauksen säätö osa 1

Hydrauliikassa liikenopeuksia voi säätää helpoiten kuristamalla virtausta. Valitettavasti tällä yksinkertaisella ja toimivalla ratkaisulla on ikävä kääntöpuoli: virtauksen kuristaminen hävittää pumpun tekemää työtä eli hukkaa energiaa.

Liikenopeuden hillitseminen on tarpeen monissa tilanteissa. Hydraulisen toimilaitteen kuten sylinterin tai moottorin nopeutta pitää voida tarvittaessa hidastaa. Samoin jonkin hydrauliikkaa ohjaavan venttiilin sisällä yksittäisen venttiilikaran liikettä pitää rajoittaa, jotta järjestelmä toimisi hallitusti.

Sylinterin tai muun toimilaitteen nopeutta voi ensisijaisesti säätää muuttamalla pumpun tuottoa. Kiinteätilavuuksisten pumppujen kohdalla tämä tapahtuu muuttamalla pyörimisnopeutta ja säätyvätilavuuksisten pumppujen ollessa kyseessä kulmaa eli tuottoa säätämällä.

Tämä vaihtoehto ei kuitenkaan toimi silloin, kun yhden pumpun virtauksella käytetään samanaikaisesti useampia sylintereitä tai työlaitteita, joista osa tarvitsee enemmän virtausta ja toiset vähemmän. Yleensä virtaus on pakko sovittaa suurimman tarpeen mukaan ja silloin pienten sylinterien liike on hyvin nopea, ellei niihin menevää virtausta jotenkin rajoiteta.

Kuristus hillitsee virtausta

Ajatellaan ensiksi kiinteätilavuuksista pumppua, joka tuottaa virtausta järjestelmään, jossa on enemmän kuin yksi sylinteri. Kahta erikokoista sylinteriä pitää liikuttaa yhtä aikaa. Suuremmalla sylinterillä on liikutettavana suuri kuorma ja pienellä hyvin vaatimaton.

Jos molempien suuntaventtiilit avataan samanaikaisesti, liikkuu pienempi tässä tapauksessa niin nopeasti että koneen hallinta voi olla vaikeaa.

Sen liikenopeutta pitää hillitä eli öljyn virtausta sylinteriin on jotenkin rajoitettava. Yksinkertaisin menetelmä virtauksen rajoittamiseksi on kuristaa virtausta avaamalla suuntaventtiiliä vain vähän. Vaihtoehtoisesti virtauskanavaan voi asettaa pysyvän kuristimen. Viimeksi mainitusta käytetään hydrauliikassa nimitystä virtaventtiili.

Tutustu kaikkiin hydrauliikkasarjan artikkeleihin!

Kuristus hävittää pumpun tekemää työtä

Kuristavan venttiilin tai kiinteän kuristimen ahdas aukko patoaa pumpun tuottamaa virtausta. Kuristimen pääsee ohittamaan vain rajoitettu määrä siitä nestevirtauksesta, joka muutoin ohittaisi tämän kohdan.

Jos samanaikaisesti on auki muita kanavia toisille työlaitteille, ohjautuu ylimääräinen virtaus niille, mikäli sillä suunnalla vallitsee pienempi vastus. Muussa tapauksessa paine pumpun ja kuristimen välissä nousee ja pumpun pyörintä hidastuu tai varoventtiili alkaa päästää virtausta takaisin tankkiin.

Kuristaminen on aina häviösäätöä. Siinä pumpun avulla paineen alaiseksi nestevirtaukseksi muutettu työ muuttuu takaisin lämmöksi.

Kysymys on siis energian hukkaamisesta, jota kannattaisi tietysti mahdollisuuksien mukaan välttää. Koska liika lämpö on tunnetusti haitallista hydrauliikassa, on kuristussäätö tämän takia aina haitallista liiallisesti käytettynä. Edellä kerrottujen syiden takia kuristussäätö sopii parhaiten suhteellisen pienien tilavuusvirtojen hallintaan.

Kuristimen ongelmat

Lämmön tuoton ohella kuristimet kärsivät eräistä teknisistä vajavaisuuksista. Kuristimessa tulo- ja menopuolien välille syntyy paine-ero. Mitä suurempi on tulopuolella vallitseva paine, sitä enemmän nestettä virtaa kuristimen läpi. Vastaavasti, mitä suurempi paine on työlaitteen puolella, sitä vähemmän pääsee nestettä kuristimen läpi.

Näin kuorman kasvu menopuolella hidastaa virtausta ja liikenopeutta ei pystytä pitämään vakiona, mikäli kuorma vaihtelee. Tämän lisäksi kuristimen läpi virtaavan nesteen määrä riippuu voimakkaasti nesteen viskositeetista. Kylmän ja lämpimän koneen nopeuserot voivat muodostua huomattaviksi.

Kuristin voidaan varustaa painekompensaatiokaralla, mikä tasaa edellä mainituista syistä johtuvia vaihteluita. Samoin venttiilipöydät, jossa on useampi yhden pumpun virtausta hyödyntävä suuntaventtiili, voidaan varustaa liikenopeuksia tasaavilla automaattisilla painekompensaattoreilla. Näiden painekompensaattoreiden aiheuttamaa kuristusta ohjataan LS-paineen avulla.

Työkonehydrauliikassa käytetään yksittäisten työlaitteiden tai sylintereiden hidastamiseen usein erillisiä säädettäviä virransäätöventtiileitä. Ne ovat painekompensoituja, joten kuorman suuruus ei vaikuta merkittävästi liikenopeuteen. Näistä virtauksensäätöventtiileistä ja niiden käyttötavoista kerrotaan tarkemmin sarjan seuraavassa osassa.

 

Kiinnostuitko aiheista?