Jaka jest różnica między 2-drogowym i 3-drogowym zaworem hydraulicznym?

Wybór odpowiedniego zaworu hydraulicznego może spowodować uszkodzenie lub uszkodzenie układu zasilania cieczą. Jeśli kiedykolwiek stałeś przed katalogiem zaworów i zastanawiałeś się, czy potrzebujesz zaworu 2-drogowego czy 3-drogowego, nie jesteś sam. Te dwa typy zaworów służą zasadniczo różnym celom w obwodach hydraulicznych, a zrozumienie ich różnic pozwoli zaoszczędzić czas, pieniądze i potencjalne awarie systemu.

Podstawowa odpowiedź jest prosta: zawór 2-drogowy ma dwa przyłącza i kontroluje przepływ płynu lub jego zatrzymanie (funkcja włączania/wyłączania), natomiast zawór 3-drogowy ma trzy przyłącza i steruje przepływem płynu (funkcja kierunkowa). Jednak to proste rozróżnienie kryje w sobie ważne szczegóły techniczne, które decydują o tym, który zawór należy do danego zastosowania.

Zrozumienie kierunkowych zaworów sterujących w układach hydraulicznych

Zawory sterujące kierunkiem pełnią funkcję sterowników logicznych układów hydraulicznych. Określają, kiedy olej hydrauliczny zaczyna się poruszać, kiedy się zatrzymuje i jaką drogę przechodzi przez obwód. Inżynierowie często nazywają te komponenty zaworami przełączającymi, ponieważ zmieniają one stan ścieżek przepływu płynu.

W branży hydraulicznej stosuje się ustandaryzowany system nazewnictwa oparty na normach ISO. Zobaczysz zawory oznaczone w formacie X/Y, gdzie X oznacza liczbę działających portów, a Y oznacza liczbę pozycji. Na przykład zawór 4/3 ma cztery porty robocze i trzy pozycje. Ten system notacji wyklucza porty sterujące, takie jak połączenia sygnału pilota, licząc tylko porty obsługujące główny przepływ płynu.

Liczba pozycji (Y) określa, ile wzorców połączeń stabilnego przepływu może zapewnić zawór. Prosty zawór 2/2 zapewnia podstawowe sterowanie włączaniem/wyłączaniem. Zawór 3/2 umożliwia przekierowanie płynu. Szeroko stosowany zawór 4/3 steruje cylindrami dwustronnego działania z dedykowanym położeniem środkowym. Przechodząc od 2/2 do 3/2 do 4/3, dodajesz warstwy złożoności sterowania, które odpowiadają coraz bardziej wyrafinowanym wymaganiom systemowym.

2-drogowe zawory hydrauliczne: izolacja i liniowa kontrola przepływu

Zawór dwudrogowy działa jak prosta zasuwa płynowa. Wyobraź sobie drzwi, które otwierają się lub zamykają, umożliwiając lub blokując przepływ pojedynczą ścieżką. Zawór ten ma jedno przyłącze wlotowe i jedno wylotowe, tworząc prostą ścieżkę przepływu po otwarciu i całkowitą blokadę po zamknięciu.

Większość zaworów 2-drogowych wykorzystuje sterowanie elektromagnetyczne do sterowania elektromechanicznego. Ruchomy element (zazwyczaj grzybek lub szpula) przemieszcza się pomiędzy dwoma położeniami: całkowicie otwartym lub całkowicie zamkniętym. W przypadku podstawowego działania zaworu 2-drogowego nie ma złotego środka.

Domyślny stan zaworu 2-drogowego ma istotne znaczenie dla bezpieczeństwa systemu. Zawory normalnie zamknięte (NC) blokują przepływ w przypadku braku zasilania, co wymaga zasilania do otwarcia. Ta konfiguracja dominuje w zastosowaniach izolacyjnych, w których bezpieczeństwo jest krytyczne. W przypadku awarii zasilania elektrycznego zawór NC zamyka się automatycznie, zapobiegając niekontrolowanemu przepływowi płynu lub nieoczekiwanemu ruchowi siłownika. Ta bezawaryjna charakterystyka sprawia, że ​​zawory NC są domyślnym wyborem dla punktów izolacji.

Zawory normalnie otwarte (NO) działają odwrotnie, umożliwiając przepływ w przypadku braku zasilania i wymagają zasilania do zamknięcia. Inżynierowie rzadziej wybierają zawory NO, zazwyczaj w zastosowaniach, w których utrzymanie przepływu podczas utraty mocy jest bezpieczniejszym warunkiem.

Podstawowe zastosowania zaworów 2-drogowych obejmują funkcje izolacji, zrzutu, dozowania i mieszania. Szczególnym przypadkiem jest zawór zwrotny, który zasadniczo jest zaworem 2/2, napędzanym pasywnie ciśnieniem w układzie. Zawory zwrotne umożliwiają swobodny przepływ w jednym kierunku, blokując przepływ wsteczny, chroniąc pompy i utrzymując ciśnienie w określonych odgałęzieniach obwodu.

Wybierając zawór 2-drogowy, inżynierowie skupiają się na maksymalnym natężeniu przepływu (mierzonym w galonach na minutę lub litrach na minutę) i maksymalnym ciśnieniu roboczym (mierzonym w PSI lub barach). Ponieważ zawory te często radzą sobie z izolacją przy dużych natężeniach przepływu, minimalizacja spadku ciśnienia na otwartym zaworze ma kluczowe znaczenie. To wymaganie kieruje wiele projektów dwukierunkowych w stronę konstrukcji grzybkowej, która zapewnia największy wewnętrzny obszar przepływu przy minimalnych ograniczeniach.

Jednakże zawory dwudrogowe mają nieodłączne ograniczenie: nie są w stanie zapewnić powrotu płynu do zbiornika bez pomocy z zewnątrz. Jeśli używasz zaworu dwudrogowego do sterowania cylindrem jednostronnego działania, musisz dodać oddzielny zawór nadmiarowy lub spustowy do odprowadzania płynu. To ograniczenie sprawia, że ​​zawór 3-drogowy jest bardziej zintegrowanym rozwiązaniem do sterowania siłownikiem.

3-drogowe zawory hydrauliczne: sterowanie kierunkowe i zarządzanie siłownikami

Dodanie trzeciego portu przekształca zawór z prostej bramy w kontroler ruchu. Zawór 3-drogowy ma trzy wyspecjalizowane porty: ciśnienie (P), praca (A) i zbiornik (T). Konwencja nazewnicza ISO określa te zawory jako 3/2 (trzy przyłącza, dwie pozycje), co oznacza, że ​​zawór zapewnia dwa różne schematy połączeń przepływu.

Podstawową zaletą zaworów 3-drogowych jest zarządzanie przeznaczeniem płynu. Zawory te pełnią trzy krytyczne funkcje: przekierowywanie (kierowanie pojedynczego wejścia do jednego z dwóch miejsc docelowych), selekcję (wybór pomiędzy dwoma wejściami pod ciśnieniem w celu zasilania pojedynczego systemu dalej) i mieszanie (łączenie dwóch wejść płynu w jeden połączony strumień wyjściowy).

Najpopularniejszym zastosowaniem rozdzielaczy 3/2 jest sterowanie siłownikami hydraulicznymi jednostronnego działania. Siłowniki te wysuwają się w jednym kierunku pod wpływem ciśnienia hydraulicznego, a do cofania wykorzystują wewnętrzną sprężynę lub obciążenie zewnętrzne. Zawór 3-drogowy koordynuje oba działania poprzez swoje dwie pozycje.

W położeniu wysuniętym suwak zaworu przesuwa się, łącząc P z A, izolując jednocześnie T. W komorze cylindra wzrasta ciśnienie, pokonując siłę sprężyny lub obciążenia i przemieszczając tłok na zewnątrz. Kiedy zawór powraca do pozycji resetowania (zwykle cofanej sprężyną), łączy A z T, jednocześnie izolując P. Ciśnienie w komorze cylindra wypływa przez port T do zbiornika, umożliwiając potencjalnej energii sprężyny lub obciążenia wypchnięcie tłoka z powrotem podczas przemieszczania płynu do zbiornika.

To zintegrowane sterowanie zasilaniem i wylotem oddziela zawór 3-drogowy od dwóch oddzielnych zaworów 2-drogowych połączonych szeregowo. Niezawodna aktywacja ścieżki A do T w pozycji resetowania zaworu jest decydującym wymogiem funkcjonalnym. Bez tej ścieżki wylotowej mechanizm zwijania nie może działać, niezależnie od siły sprężyny. Zawór 3-drogowy zapewnia bezpieczny i szybki powrót siłownika do pozycji wyjściowej w każdych warunkach.

Chociaż wysokociśnieniowe zawory sterujące zwykle wykorzystują konstrukcję suwakową, funkcjonalność 3-drogową można również osiągnąć za pomocą konstrukcji obrotowych z portem L lub T. Struktury te są szczególnie dostosowane do zarządzania mieszaniem i odwracaniem zachowań w ścieżkach płynu.

Z punktu widzenia systemu zawór 3-drogowy łączy w sobie funkcje dwóch oddzielnych zaworów odcinających 2/2 w jeden element, zarządzający zarówno dopływem, jak i powrotem płynu za pomocą jednego sygnału sterującego. Ta integracja strukturalna poprawia opłacalność i upraszcza instalację wodno-kanalizacyjną w porównaniu do stosowania wielu zaworów 2-drogowych do sterowania zmianą kierunku lub jednostronnego działania.

Bezpośrednie porównanie: kluczowe różnice między zaworami 2-drogowymi i 3-drogowymi

Rozróżnienie między tymi typami zaworów wykracza poza liczbę portów i obejmuje podstawowe różnice w topologii sterowania i możliwościach zarządzania płynami.

Dedykowany port zbiornika (T) w zaworach trójdrogowych jest niezbędny do niezbędnej dekompresji płynu. Bez tej drogi powrotnej cylindry ze sprężyną powrotną nie mogą działać. Tymczasem zawory 2-drogowe doskonale spełniają swoją prostszą rolę: tworzenie lub eliminowanie ścieżki przepływu przy minimalnych stratach ciśnienia i maksymalnej integralności uszczelnienia.

W zastosowaniach wymagających przekierowania płynu, takich jak obwody obejściowe lub sterowanie siłownikiem, pojedynczy zawór 3-drogowy zazwyczaj zapewnia lepszą ekonomikę i oszczędność miejsca w porównaniu do stosowania dwóch lub więcej 2-drogowych zaworów odcinających. Niektóre wielofunkcyjne zawory 3-drogowe mogą nawet tymczasowo działać jako zawory 2-drogowe po podłączeniu nieużywanego trzeciego portu, co upraszcza magazynowanie części zamiennych i logistykę konserwacji.

Norma ISO 1219-1 zapewnia uniwersalne symbole systemów zasilania cieczą. Symbole graficzne natychmiast komunikują różnice funkcjonalne. Symbol 2/2 pokazuje albo linię prostą (otwartą), albo linię zablokowaną (zamkniętą). Symbol 3/2 musi przedstawiać dwa kompletne diagramy wewnętrznej ścieżki przepływu w obrębie dwóch pól pozycji, potwierdzając jego zdolność do przekierowania z widocznymi ścieżkami takimi jak P → A i A → T.

Niezależnie od tego, czy jest to 2/2 czy 3/2, symbole siłownika (sprężyna powrotna, sterowanie elektromagnetyczne, działanie dźwigni) są przymocowane po bokach skrzynek pozycyjnych, aby wskazać metodę aktywacji. W przypadku zaworów 3-drogowych specyficzne oznaczenie przyłączy P, A i T jest obowiązkowe w inżynierii płynów. Odwrócenie połączeń P i T może spowodować uszkodzenie pompy lub zwiększenie ciśnienia w zbiorniku, co uwypukla krytyczną specyfikę kierunkową w konstrukcji 3-drogowej. W przeciwieństwie do tego, ponieważ zawory 2-drogowe pełnią funkcję izolacyjną, ich przyłącza P₁ i P₂ są zazwyczaj uniwersalne, a odwrócenie przepływu jest zwykle dopuszczalne lub nieistotne dla funkcji odcinającej.

Wewnętrzne struktury zaworu: konstrukcja grzybka a konstrukcja szpuli

Fizyczna konstrukcja zaworu (grzybek lub suwak) określa jego charakterystykę działania, w tym wyciek, prędkość i zdolność utrzymywania ciśnienia. Różne struktury lepiej nadają się do funkcji 2- lub 3-kierunkowych.

Zawory grzybkowe opierają się na elemencie uszczelniającym (płycie lub stożku) ściśle dociskającym do gniazda zaworu, tworząc niemal idealną barierę. Konstrukcja ta zapewnia doskonałą szczelność, dzięki czemu zawory grzybkowe są idealne do zastosowań wymagających utrzymywania ciśnienia lub całkowitej izolacji. Wewnętrzne wskaźniki nieszczelności w zaworach grzybkowych są wyjątkowo niskie. Krótki skok i minimalna niedrożność płynu zapewniają zaworom grzybkowym szybki czas reakcji i możliwość obsługi dużych prędkości przepływu.

Konstrukcje grzybkowe zazwyczaj zapewniają zamkniętą zwrotnicę, co oznacza, że ​​podczas przełączania nie ma chwilowej interakcji ani jednoczesnego otwierania ścieżek płynu. Ta cecha ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach wymagających precyzyjnego sterowania. Jednak zawory grzybkowe są zwykle niezrównoważone. Ciśnienie wlotowe wspomaga uszczelnienie, ale jeśli ciśnienie zasilania zostanie usunięte, ciśnienie za zaworem może spowodować otwarcie zaworu. To sprawia, że ​​zawory grzybkowe nie nadają się do zastosowań wymagających długotrwałego utrzymania ciśnienia za zaworem. Dodatkowo, ponieważ muszą pokonać napięcie sprężyny i ciśnienie płynu, zawory grzybkowe zazwyczaj wymagają większej siły uruchamiającej, aby zainicjować ruch.

Zawory suwakowe składają się z wału z wieloma powierzchniami uszczelniającymi (tłokami), które poruszają się osiowo w korpusie zaworu. Uszczelnienie opiera się na precyzyjnych tolerancjach produkcyjnych i uszczelnieniach dynamicznych, takich jak O-ringi. Konstrukcja szpuli jest z natury zaprojektowana do jednoczesnego zarządzania wieloma połączeniami, co czyni ją wymogiem strukturalnym dla realizacji funkcji systemu 3-kierunkowego (P, A, T) i bardziej złożonych 4/3 lub 5/2.

Zawory suwakowe zapewniają stały czas reakcji i lepiej niż zawory grzybkowe nadają się do utrzymywania ciśnienia za zaworem. Jednakże, ze względu na potrzebę jednoczesnego zarządzania połączeniami i izolacjami pomiędzy wieloma portami, zawory suwakowe charakteryzują się nieodłącznym wewnętrznym wyciekiem na stykach suwaka (niewielkie ilości płynu przepływają pomiędzy tłokiem suwaka a otworem korpusu). W porównaniu z uszczelnieniem dodatnim zaworów grzybkowych, zawory suwakowe charakteryzują się zazwyczaj większymi wskaźnikami przecieków wewnętrznych.

Wyższy stopień wewnętrznego wycieku zaworów hydraulicznych oznacza, że ​​pompa musi pracować w sposób ciągły, aby utrzymać ciśnienie, marnując energię i wytwarzając nadmiar ciepła w zbiorniku. W przypadku prostych zastosowań wymagających długotrwałej izolacji (funkcja 2-drogowa) doskonałe, szczelne zamknięcie zaworów grzybkowych stanowi znaczącą zaletę w zakresie efektywności energetycznej. Zawory grzybkowe wymagają większej siły uruchamiającej, aby pokonać różnicę ciśnień, która pomaga w uszczelnieniu, podczas gdy konstrukcje suwaków stosowane w systemach 3-drogowych i 4/3 zazwyczaj zawierają funkcje równoważenia ciśnienia, aby zminimalizować wymaganą siłę przełączania, zapewniając stałą wydajność niezależnie od wahań ciśnienia w systemie.

Niski wyciek ma kluczowe znaczenie dla roli izolacyjnej zaworów 2-drogowych. Zawory grzybkowe lepiej nadają się do nagłych, krytycznych funkcji odcinających. System trójdrożny wymaga krótkiego stanu przejściowego, aby zarządzać transferem płynu pomiędzy portami, co w naturalny sposób uwzględniają konstrukcje szpul. Wysoka siła uruchamiania sprawdza się w przypadku dedykowanej izolacji 2-kierunkowej, ale nie nadaje się do złożonego sterowania kierunkowego. Konstrukcja szpuli umożliwia ustawienie trzech niezależnych portów (P, A, T) w dwóch stanach w ramach jednego elementu.

Wybór odpowiedniego zaworu: wytyczne dotyczące stosowania

Wybór optymalnego zaworu wymaga oceny czynników wykraczających poza liczbę portów i pozycji. Inżynierowie muszą ocenić maksymalne natężenie przepływu, maksymalne ciśnienie robocze, wymagania dotyczące ścieżki przepływu płynu i metodę uruchamiania.

Zwróć uwagę na ograniczenia ciśnienia, które często różnią się w zależności od portu. Na przykład, ciśnienie znamionowe portu powrotnego (T) jest zazwyczaj znacznie niższe niż w portach roboczych (A/B) lub ciśnieniowych (P). Według specyfikacji jednego producenta maksymalne ciśnienie robocze w porcie P wynosi 3625 PSI, podczas gdy maksymalne w porcie T wynosi tylko 725 PSI. Ignorowanie tych różnic może spowodować awarię systemu lub stworzyć niebezpieczne warunki.

Prawidłowa integracja systemu opiera się na standardowych połączeniach portów, takich jak porty z pierścieniem uszczelniającym typu O-ring, które zapewniają solidne, szczelne uszczelnienia i zapobiegają blokadom. Stosuj konsekwentnie standardową nomenklaturę portów: P dla zasilania ciśnieniem, T dla powrotu ze zbiornika i A/B dla portów roboczych podłączonych do siłowników.

Wybierz zawory 2-drogowe (najlepiej o konstrukcji grzybkowej) do krytycznych punktów odcięcia, funkcji odcinania bezpieczeństwa lub gdy wyjątkowo niski wyciek wewnętrzny i szybki czas reakcji nie podlegają negocjacjom. Zawór 2-drogowy jest podstawowym elementem liniowej kontroli przepływu, którego zaletą jest prostota, niezawodność i mocne uszczelnienie.

Wybierz zawory 3-drogowe (najlepiej o konstrukcji suwakowej) do sterowania siłownikami hydraulicznymi jednostronnego działania, zmiany kierunku przepływu płynu lub systemów wymagających selekcji/mieszania przepływów wejściowych. Zintegrowana funkcja sterowania P-A-T jest podstawowym wymaganiem w zakresie zarządzania siłownikami, zapewniając kompaktowe, ekonomiczne i funkcjonalnie kompletne rozwiązanie.

Role zaworów 2/2 i 3/2 w układach hydraulicznych są różne i niezamienne. Różnica między nimi nie polega tylko na jednym dodatkowym porcie, ale raczej na logice systemu i złożoności zarządzania płynami, którą obsługują. Zrozumienie tych podstawowych różnic gwarantuje wybranie odpowiedniego zaworu do danego zastosowania, unikając kosztownych przeprojektowań i problemów z wydajnością systemu.