Czym jest i jak działa hydrauliczny zawór przelewowy?

Hydrauliczny zawór przelewowy jest jednym z najważniejszych elementów zabezpieczających całą instalację – pełni funkcję automatycznego bezpiecznika. Ma za zadanie pilnować, aby ciśnienie oleju nie przekroczyło ustalonej granicy. Jeśli tak się stanie, zawór błyskawicznie się otwiera i upuszcza nadmiar oleju z powrotem do zbiornika, zapobiegając awarii maszyny. Co jeszcze warto wiedzieć o hydraulicznym zaworze przelewowym?

Co to jest hydrauliczny zawór przelewowy?

Hydrauliczny zawór przelewowy jest zaworem ciśnieniowym, który ogranicza maksymalne ciśnienie w układzie hydraulicznym do bezpiecznego, z góry określonego poziomu. Można go porównać do bezpiecznika elektrycznego w rozdzielnicy domowej. Gdy włączysz zbyt wiele sprzętów jednocześnie, bezpiecznik odcina prąd, aby ochronić przewody przed pożarem i stopieniem. Zawór przelewowy działa podobnie, z tym że w świecie cieczy. Otwiera dodatkową drogę ujścia dla oleju hydraulicznego i kieruje jego nadmiar z powrotem do zbiornika. 

Funkcje zaworu przelewowego

Zawór pełni w układach następujące funkcje:

• funkcja regulacyjna (zawór przelewowy roboczy) – w niektórych układach taki zawór działa non stop, dbając o stałe ciśnienie robocze i odprowadzając część oleju do zbiornika;
• funkcja bezpieczeństwa (zawór bezpieczeństwa) – działa niczym ostateczna linia obrony, otwierając się jedynie wtedy, gdy dojdzie do sytuacji awaryjnej. 

Dowiedz się więcej na temat działania hydrauliki siłowej i przeczytaj nasz artykuł: Wpływ zanieczyszczeń w układzie na awarie pomp i silników hydraulicznych

Działanie hydraulicznego zaworu przelewowego 

Jak działa zawór przelewowy hydrauliczny? Aby zrozumieć cały proces działania, trzeba przyjrzeć się jego budowie wewnętrznej. Na rynku znajdziesz różnorodne rozwiązania, a klasyczny zawór przelewowy składa się głównie z:

• korpusu z otworami dolotowymi i wylotowymi;
• elementu zamykającego (najczęściej jest to wyszlifowany stożek, grzybek lub hartowana kulka);
• gniazda zaworu, czyli otworu, w którym znajduje się kulka lub grzybek;
• sprężyny dociskowej o określonej charakterystyce;
• mechanizmu regulacyjnego (śruby lub pokrętła, tak aby można było zmieniać napięcie wstępne sprężyny). 

Mechanizm działania

Działanie hydraulicznego zaworu przelewowego opiera się na mechanicznej walce siły naporu oleju hydraulicznego i siły docisku sprężyny. 

Stan równowagi (zawór zamknięty)

Pompa hydrauliczna tłoczy olej do układu, a olej napiera na czoło kulki lub grzybka w zaworze przelewowym. Zawór pozostaje zamknięty, dopóki ciśnienie w układzie pomnożone przez powierzchnię roboczą grzybka daje siłę mniejszą niż siła, z jaką sprężyna dociska grzybek do gniazda. Strumień oleju płynie do silników lub siłowników hydraulicznych. 

Przekroczenie ciśnienia otwarcia (zawór zaczyna się otwierać)

Jeżeli opór na elemencie roboczym maszyny wzrasta, ciśnienie w układzie także skacze w górę. Gdy siła parcia oleju jest wyższa niż siła napięcia sprężyny, grzybek zaczyna się unosić i odsuwać od gniazda. 

Upust medium i stabilizacja (przelew)

Pomiędzy grzybkiem a gniazdem powstaje szczelina, przez którą ucieka nadmiar oleju hydraulicznego, a następnie trafia do kanału odpływowego i wraca do zbiornika. W efekcie ciśnienie w układzie stabilizuje się na bezpiecznym poziomie. 

Powrót do normy (zawór się zamyka)

Gdy przeciążenie ustępuje, dochodzi do spadku ciśnienia w układzie – siła sprężyny ponownie jest większa niż siła naporu cieczy. Układ wraca zatem do standardowego trybu pracy. 

Rodzaje zaworów przelewowych

Wyróżnić można dwa główne typy konstrukcji zaworów przelewowych – zawory bezpośredniego i pośredniego działania. Wybór jest zależny od natężenia przepływu oleju i ciśnień, z jakimi mierzy się hydraulika siłowa w maszynie. 

Zawory przelewowe bezpośredniego działania

W tym wypadku ciśnienie z układu działa bezpośrednio na element zamykający podparty sprężyną. Zalety takich zaworów to:

• błyskawiczny czas reakcji;
• prosta i niezawodna konstrukcja;
• niska cena;
• wysoka odporność na zanieczyszczenia oleju.

Jeśli chodzi o wady, zawory bezpośredniego działania mają tendencję do wpadania w wibracje przy dużych przepływach.

Zawory przelewowe pośredniego działania (pilotowane)

Są to dwustopniowe konstrukcje, stworzone do pracy w układach o wysokich ciśnieniach i dużych przepływach. Składają się z małego zaworu pilotującego i dużego zaworu głównego. Olej z układu działa na duży tłok zaworu głównego z obu stron, dzięki czemu siły się równoważą, a mała sprężyna utrzymuje go w zamkniętej pozycji. Gdy mały zawór pilotujący wykryje zbyt wysoki poziom ciśnienia, upuszczana jest niewielka ilość oleju z komory nad tłokiem głównym. W efekcie tłok z łatwością się unosi i otwiera główną drogę ujścia dla medium. 

Zalety takiego zaworu to:

• zdolność do obsługi ogromnych strumieni oleju;
• precyzyjna charakterystyka pracy;
• możliwość sterowania zdalnego.

Trzeba jednak liczyć się z bardziej skomplikowaną budową, wrażliwością na czystość oleju i wolniejszym czasem reakcji.

Porównanie charakterystyki obu typów zaworów

Cecha / Parametr	Zawór bezpośredniego działania	Zawór pośredniego działania (pilotowany)
Budowa	Prosta, jednostopniowa (grzybek i sprężyna)	Złożona, dwustopniowa (zawór pilotujący i główny)
Czas reakcji	Bardzo krótki (natychmiastowy)	Nieco dłuższy (musi nastąpić przepływ sterujący)
Wydajność (przepływ)	Średnia	Bardzo duża
Stabilność ciśnienia	Zależna od natężenia przepływu (rośnie wraz z nim)	Prawie niezmienna, bardzo wysoka precyzja
Wrażliwość na brud	Niska	Bardzo wysoka (ryzyko zablokowania kanałów pilotujących)
Zastosowanie	Układy pomocnicze, małe przepływy, funkcja shock-valve	Główne linie zasilające, ciężkie maszyny budowlane, prasy

Jakie są objawy awarii zaworu przelewowego?

Zawór przelewowy może ulec awarii w wyniku zużycia lub uszkodzenia. Jego niesprawność odbija się negatywnie na pracy całej maszyny. Jakie sygnały mogą wskazywać na awarię? Najczęściej są to:

• gwałtowne przegrzewanie się oleju hydraulicznego – część energii dostarczanej przez pompę jest tracona na przelewie i zamienia się w ciepło;
• brak możliwości osiągnięcia wymaganego ciśnienia – siłowniki poruszają się powoli lub zatrzymują się pod lekkim obciążeniem, a olej zamiast do pracy, stale ucieka do zbiornika;
• nienaturalny hałas, pisk lub uderzenia – zużycie gniazda zaworu lub uszkodzenie elementu tłumiącego w zaworach pilotowanych prowadzi do wpadania grzybka w rezonans, przez co możesz słyszeć pisk lub metaliczne stukanie;
• gwałtowne skoki ciśnienia (zawór się zacina) – jeśli z powodu brudu w oleju tłoczek zaworu zablokuje się w pozycji zamkniętej, układ straci swoją ochronę, a przy najbliższym przeciążeniu dojdzie do rozerwania najsłabszego elementu instalacji.

Serwis hydrauliki siłowej – dlaczego warto skorzystać z pomocy specjalistów?

Samodzielne manipulacje przy zaworze przelewowym mogą wyrządzić więcej szkody niż pożytku. Hydraulika siłowa jest systemem naczyń połączonych, przez co usterka jednego elementu może wskazywać na poważniejszy problem ukryty w głębi układu. Profesjonalny serwis hydrauliki siłowej korzysta z zaawansowanych rozwiązań, dzięki czemu szybko wykrywa przyczynę awarii. 

Specjaliści nie tylko wyregulują, lecz także zregenerują zawór z najwyższą precyzją, jednocześnie kontrolując stan pompy i czystość oleju. Oddając swój sprzęt w ręce fachowców, zmniejszasz ryzyko kosztownych awarii i zwiększasz bezpieczeństwo osób pracujących w pobliżu maszyny.

Najczęściej zadawane pytania

Czy zawór przelewowy i zawór bezpieczeństwa to to samo?

Konstrukcyjnie te zawory są bardzo podobne, ale różnią się funkcją. Zawór przelewowy pracuje stale, regulując ciśnienie podczas normalnej pracy maszyny. Zawór bezpieczeństwa z kolei jest wentylem awaryjnym – przez większość czasu jest zamknięty i otwiera się tylko w ostateczności, chroniąc układ przed uszkodzeniem.

Co się stanie, gdy zawór zablokuje się w pozycji otwartej?

W takiej sytuacji maszyna całkowicie straci moc. Cały olej tłoczony przez pompę będzie bezużytecznie wracał najkrótszą drogą do zbiornika, a dodatkowym skutkiem ubocznym będzie błyskawiczne i niebezpieczne przegrzewanie się oleju hydraulicznego.

Czy mogę sam podkręcić zawór, żeby maszyna miała więcej siły?

Nie jest to dobry pomysł. Kręcenie śrubą „na oko” bez manometru grozi rozsadzeniem węży lub pęknięciem korpusu pompy.

Jak często trzeba kontrolować stan zaworu przelewowego?

Kontrolę przeprowadzaj profilaktycznie raz w roku oraz natychmiast, gdy maszyna zaczyna słabnąć, głośno piszczeć lub nietypowo mocno się nagrzewać. Sprawdzenie zawsze wykonuje się za pomocą wpiętego w układ manometru.

Jakie zanieczyszczenia najczęściej blokują zawór przelewowy?

Zazwyczaj są to mikrocząsteczki metalu z wycierających się podzespołów, drobiny starych uszczelnień oraz kurz, który dostał się do układu podczas dolewania oleju w niefachowych warunkach.

Czy uszkodzony zawór przelewowy może zniszczyć silnik maszyny?

Bezpośrednio nie może, ale pośrednio – może. Jeżeli zawór zatnie się w pozycji zamkniętej, drastyczny skok ciśnienia może mechanicznie zablokować pompę, co doprowadzi do nagłego przeciążenia i zduszenia (lub nawet uszkodzenia) napędzającego ją silnika spalinowego czy elektrycznego.