Tại sao van thủy lực cần có áp suất mở? Cách hiểu và lựa chọn áp suất mở phù hợp

Trong hệ thống thủy lực, một số loại van chỉ bắt đầu mở khi chênh lệch áp suất hoặc áp suất điều khiển đạt đến một giá trị nhất định. Giá trị này thường được gọi là áp suất mở, giúp xác định điều kiện để dầu bắt đầu đi qua van theo chức năng thiết kế.

Tuy nhiên, không phải mọi loại van thủy lực đều có cùng khái niệm áp suất mở. Với van một chiều, áp suất mở thường liên quan đến chênh lệch áp suất cần thiết để cơ cấu đóng bắt đầu mở. Trong khi đó, van tràn và các van điều khiển áp suất có đặc tính mở phụ thuộc vào cấu tạo và nguyên lý điều khiển riêng.

Hiểu đúng áp suất mở giúp lựa chọn van phù hợp, hạn chế tổn thất áp suất và tránh tình trạng van không mở hoặc mở không đúng điều kiện làm việc.

Áp suất mở van thủy lực là gì?

Áp suất mở là giá trị áp suất hoặc chênh lệch áp suất cần thiết để cơ cấu đóng của van bắt đầu dịch chuyển khỏi vị trí đóng, theo điều kiện được nhà sản xuất quy định.

Trong tiếng Anh, thuật ngữ cracking pressure thường được sử dụng đối với van một chiều và một số loại van điều khiển áp suất.

Ví dụ, với van một chiều có lò xo, dầu từ phía đầu vào phải tạo ra lực đủ lớn để thắng lực đóng của lò xo và các lực liên quan.

Khi chênh lệch áp suất đạt đến mức cần thiết, cơ cấu đóng bắt đầu mở và dầu có thể đi qua van.

Tuy nhiên, cần phân biệt ba khái niệm:

• Áp suất bắt đầu mở: Điều kiện van vừa bắt đầu cho dòng dầu đi qua theo tiêu chí xác định.
• Áp suất hoặc chênh áp khi van đang mở: Điều kiện thực tế khi có lưu lượng đi qua.
• Áp suất mở hoàn toàn: Điều kiện để cơ cấu đạt trạng thái mở theo thiết kế, nếu nhà sản xuất có quy định.

Ba giá trị này không nhất thiết giống nhau.

Vì vậy, không nên hiểu rằng van đạt áp suất mở thì lập tức cho toàn bộ lưu lượng danh định đi qua.

Tại sao van thủy lực cần có áp suất mở?

Đối với những van có cơ cấu đóng được giữ bởi lò xo, áp suất điều khiển hoặc lực cơ học, cần có điều kiện để cơ cấu chuyển từ trạng thái đóng sang mở.

Áp suất mở giúp xác định thời điểm van bắt đầu thực hiện chức năng đó.

Ví dụ, với van một chiều, cơ cấu đóng cần ngăn dầu chảy ngược khi điều kiện áp suất không phù hợp.

Khi áp suất phía đầu vào đủ lớn so với phía đầu ra, van bắt đầu mở để cho dầu đi theo chiều được phép.

Với van tràn, cơ cấu đóng cần duy trì trạng thái phù hợp khi áp suất chưa đạt vùng làm việc. Khi áp suất tăng đến điều kiện cài đặt, van bắt đầu mở để giới hạn áp suất theo thiết kế.

Như vậy, áp suất mở không đơn giản là một thông số riêng lẻ mà có liên quan trực tiếp đến chức năng điều khiển dòng dầu của van.

Áp suất mở của van một chiều thủy lực là gì?

Van một chiều được thiết kế để cho dầu đi theo một hướng và hạn chế dòng chảy theo hướng ngược lại.

Đối với van một chiều có lò xo, cơ cấu đóng thường được giữ trên bề mặt làm kín bằng lực lò xo.

Khi dầu đi theo chiều cho phép, áp suất phía đầu vào tác động lên cơ cấu đóng.

Nếu chênh lệch áp suất chưa đủ, van vẫn đóng hoặc chưa đạt điều kiện bắt đầu mở theo quy định.

Khi chênh lệch áp suất tăng đến giá trị mở, cơ cấu đóng bắt đầu dịch chuyển và dầu có thể đi qua.

Ví dụ, một van một chiều được nhà sản xuất công bố áp suất mở 0,5 bar trong điều kiện thử xác định. Điều đó không có nghĩa áp suất làm việc tối đa của van chỉ là 0,5 bar.

Đây là hai thông số khác nhau.

Áp suất mở liên quan đến điều kiện bắt đầu cho dòng dầu đi qua, còn áp suất làm việc tối đa liên quan đến giới hạn chịu áp của thiết bị.

Áp suất mở và áp suất làm việc khác nhau như thế nào?

Đây là hai thông số dễ bị nhầm khi lựa chọn van.

Một van có áp suất mở thấp vẫn có thể được thiết kế để làm việc trong hệ thống có áp suất cao.

Ngược lại, van chịu được áp suất lớn không có nghĩa áp suất mở cũng lớn.

Vì vậy, khi lựa chọn cần kiểm tra riêng từng thông số.

Áp suất mở của van tràn thủy lực có giống van một chiều không?

Không hoàn toàn giống nhau.

Van tràn có nhiệm vụ giới hạn áp suất của hệ thống bằng cách cho dầu đi qua đường xả khi đạt điều kiện làm việc.

Với van tràn tác động trực tiếp, áp suất dầu tạo lực lên cơ cấu đóng. Khi lực này đạt đến điều kiện thắng lực đóng, van bắt đầu mở.

Tuy nhiên, van tràn thường được đánh giá theo những đặc tính như:

• Áp suất bắt đầu mở.
• Áp suất cài đặt.
• Áp suất tại lưu lượng quy định.
• Đặc tính áp suất theo lưu lượng.
• Khả năng đóng lại khi áp suất giảm.

Đối với van tràn điều khiển pilot, quá trình mở còn liên quan đến tầng pilot và cơ cấu chính.

Vì vậy, không nên lấy khái niệm áp suất mở của van một chiều để áp dụng trực tiếp cho mọi van tràn.

Khi lựa chọn hoặc điều chỉnh van tràn, cần sử dụng đúng định nghĩa và điều kiện thử được nhà sản xuất công bố.

Áp suất mở quá thấp có ảnh hưởng gì?

Ảnh hưởng phụ thuộc vào loại van và chức năng của mạch.

Đối với van một chiều, áp suất mở thấp giúp van bắt đầu cho dầu đi qua với chênh lệch áp suất nhỏ.

Điều này có thể thuận lợi trong những mạch cần hạn chế tổn thất áp suất khi dòng dầu đi theo chiều cho phép.

Tuy nhiên, áp suất mở thấp không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất.

Trong một số mạch, van cần duy trì điều kiện áp suất nhất định trước khi bắt đầu mở. Nếu chọn áp suất mở quá thấp so với yêu cầu, van có thể bắt đầu cho dầu đi qua sớm hơn mong muốn.

Ngoài ra, khả năng đóng kín, ổn định và đáp ứng của van còn phụ thuộc vào cấu tạo chứ không chỉ riêng áp suất mở.

Vì vậy, cần lựa chọn theo chức năng thực tế thay vì mặc định giá trị càng thấp càng tốt.

Áp suất mở quá cao có ảnh hưởng gì?

Nếu áp suất mở cao hơn mức phù hợp với mạch, dòng dầu có thể không đi qua van ở điều kiện vận hành mong muốn.

Ví dụ, trong một nhánh có chênh lệch áp suất nhỏ, van một chiều có áp suất mở quá cao có thể không mở hoặc chỉ cho lưu lượng rất thấp đi qua.

Khi đó, hệ thống có thể xuất hiện:

• Dầu không đi qua van như yêu cầu.
• Cơ cấu chấp hành phản ứng chậm.
• Áp suất phía trước van tăng.
• Tổn thất áp suất lớn hơn.
• Lưu lượng qua nhánh không đạt yêu cầu.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng áp suất mở chỉ là một phần của đặc tính van.

Ngay cả khi van đã mở, tổn thất áp suất thực tế còn phụ thuộc vào lưu lượng và cấu tạo đường dầu bên trong.

Áp suất mở có ảnh hưởng đến lưu lượng dầu không?

Có, nhưng không nên hiểu áp suất mở là thông số quyết định toàn bộ lưu lượng qua van.

Khi chênh lệch áp suất vừa đạt ngưỡng mở, tiết diện dòng chảy có thể còn nhỏ.

Nếu chênh lệch áp suất tiếp tục tăng, cơ cấu đóng có thể dịch chuyển thêm, làm tiết diện dòng chảy thay đổi.

Tuy nhiên, mối quan hệ giữa lưu lượng và chênh lệch áp suất phụ thuộc vào cấu tạo cụ thể của van.

Vì vậy, khi lựa chọn van cho một lưu lượng xác định, cần xem xét đường đặc tính lưu lượng – chênh áp trong tài liệu kỹ thuật.

Không nên chỉ dựa vào áp suất mở để kết luận van có đáp ứng được lưu lượng của hệ thống hay không.

Những yếu tố nào ảnh hưởng đến áp suất mở của van?

Áp suất mở phụ thuộc chủ yếu vào cấu tạo và điều kiện làm việc của thiết bị.

Một số yếu tố cần xem xét gồm:

Lực lò xo: Với van có lò xo, lực lò xo ảnh hưởng đến chênh lệch áp suất cần thiết để cơ cấu bắt đầu mở.

Diện tích tác dụng: Diện tích chịu áp suất ảnh hưởng đến lực do dầu tạo ra trên cơ cấu đóng.

Cấu tạo cơ cấu đóng: Van bi, poppet hoặc những kết cấu khác có đặc tính mở riêng.

Ma sát và tình trạng cơ khí: Chi tiết bị kẹt, mài mòn hoặc nhiễm bẩn có thể làm điều kiện mở thực tế thay đổi.

Độ nhớt và nhiệt độ dầu: Có thể ảnh hưởng đến đặc tính dòng chảy và kết quả đo trong những điều kiện nhất định.

Áp suất phía đầu ra: Với van một chiều, chênh lệch áp suất giữa hai phía là yếu tố quan trọng, không chỉ riêng áp suất đầu vào.

Vì vậy, khi kiểm tra áp suất mở cần sử dụng đúng phương pháp và điều kiện thử của nhà sản xuất.

Làm thế nào nhận biết van có áp suất mở không phù hợp?

Một van có áp suất mở không phù hợp có thể khiến mạch hoạt động khác với yêu cầu thiết kế.

Một số biểu hiện cần chú ý gồm:

• Dầu không đi qua van khi cần thiết.
• Cơ cấu chấp hành phản ứng chậm.
• Áp suất phía trước van tăng bất thường.
• Lưu lượng qua nhánh thấp hơn yêu cầu.
• Van bắt đầu mở sớm hơn điều kiện mong muốn.
• Hoạt động của mạch thay đổi sau khi thay van.

Tuy nhiên, những biểu hiện này cũng có thể xuất phát từ bơm, đường ống, lọc dầu hoặc các van điều khiển khác.

Vì vậy, không nên kết luận áp suất mở sai chỉ dựa vào triệu chứng vận hành.

Cách kiểm tra áp suất mở van thủy lực

Trước tiên cần xác định chính xác loại van và thông số áp suất mở được nhà sản xuất công bố.

Sau đó kiểm tra theo phương pháp phù hợp.

Kiểm tra sơ đồ mạch: Xác định chiều dòng dầu, vị trí van và điều kiện áp suất cần thiết.

Kiểm tra áp suất hai phía: Với van một chiều, cần quan tâm đến chênh lệch áp suất giữa đầu vào và đầu ra.

Kiểm tra lưu lượng: Xác định thời điểm dòng dầu bắt đầu đi qua theo tiêu chí thử phù hợp.

Kiểm tra tình trạng dầu: Đảm bảo dầu và điều kiện nhiệt độ phù hợp với yêu cầu kiểm tra.

Đối chiếu tài liệu kỹ thuật: So sánh kết quả với thông số của đúng model.

Không nên tự ý tăng áp suất hệ thống hoặc bịt đường dầu để thử van khi chưa có phương pháp kiểm tra an toàn.

Đối với van tràn, cần đặc biệt phân biệt áp suất bắt đầu mở với áp suất cài đặt tại lưu lượng thử.

Cách lựa chọn áp suất mở phù hợp cho hệ thống thủy lực

Không có một giá trị áp suất mở chung phù hợp cho mọi hệ thống.

Khi lựa chọn, cần xác định chức năng thực tế của van.

Nếu sử dụng van một chiều để cho dầu đi qua với tổn thất thấp, cần lựa chọn áp suất mở phù hợp với chênh lệch áp suất có sẵn trong mạch.

Nếu van được sử dụng để tạo điều kiện áp suất nhất định trước khi cho dòng dầu đi qua, cần lựa chọn theo yêu cầu của thiết kế.

Đối với van tràn, cần xác định áp suất giới hạn yêu cầu, lưu lượng xả và đặc tính điều chỉnh của van.

Ngoài ra, cần kiểm tra:

• Áp suất làm việc tối đa.
• Lưu lượng yêu cầu.
• Đặc tính chênh áp theo lưu lượng.
• Kiểu lắp và kích thước kết nối.
• Nhiệt độ và độ nhớt dầu.
• Chiều dòng chảy.
• Yêu cầu làm kín.
• Tài liệu kỹ thuật của đúng model.

Đặc biệt, khi thay van cũ, không nên chỉ chọn sản phẩm có cùng kích thước ren hoặc cùng áp suất làm việc.

Nếu áp suất mở khác nhau, hoạt động của mạch có thể thay đổi dù van mới vẫn lắp vừa vị trí cũ.

Khi thay van thủy lực cũ cần kiểm tra áp suất mở như thế nào?

Khi thay thế van, cần xác định áp suất mở của sản phẩm cũ và yêu cầu thực tế của hệ thống.

Nếu nhãn van còn rõ, có thể tra cứu mã sản phẩm và tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất.

Nếu không xác định được mã van, cần kiểm tra sơ đồ mạch, chức năng của van và điều kiện vận hành.

Không nên tự suy đoán áp suất mở chỉ dựa vào hình dáng hoặc kích thước của van.

Ngoài ra, hai van có cùng áp suất mở chưa chắc thay thế được cho nhau vì còn khác biệt về lưu lượng, áp suất làm việc, kiểu lắp và đặc tính dòng chảy.

Vì vậy, việc lựa chọn van tương đương cần đối chiếu đầy đủ thông số thay vì chỉ dựa vào một giá trị áp suất mở.

Kết luận

Áp suất mở là thông số quan trọng đối với những loại van thủy lực có cơ cấu đóng và yêu cầu áp suất hoặc chênh lệch áp suất để bắt đầu cho dầu đi qua. Thông số này ảnh hưởng đến thời điểm van bắt đầu mở và điều kiện hoạt động của mạch.

Tuy nhiên, áp suất mở không giống áp suất làm việc tối đa và cũng không đồng nghĩa với áp suất khi van mở hoàn toàn. Đặc biệt, cần phân biệt cách xác định áp suất mở của van một chiều với đặc tính cài đặt và mở của van tràn.

Khi lựa chọn van, cần xem xét chức năng mạch, chênh lệch áp suất, lưu lượng, đặc tính tổn thất áp suất và thông số kỹ thuật của đúng sản phẩm. Không nên mặc định áp suất mở càng thấp hoặc càng cao thì van càng tốt.

Khi cần lựa chọn hoặc thay thế thiết bị, có thể tham khảo các loại van thủy lực theo đúng chức năng của mạch, sau đó đối chiếu áp suất mở, áp suất làm việc, lưu lượng và điều kiện lắp đặt của từng sản phẩm.

Câu hỏi thường gặp