Nel mondo dell'idraulica, la pressione può essere un alleato fondamentale per ottimizzare la potenza degli impianti. Gli strumenti che utilizzano i moltiplicatori di pressione sono progettati per aumentare la pressione fornita agli impianti stessi. Nei principali Paesi industrializzati principali, denaro, spazio e peso possano essere risparmiati incorporando moltiplicatori di pressione nei sistemi idraulici.
Definizione e Principi di Funzionamento
Un moltiplicatore di pressione, anche noto come booster, è un dispositivo automatico che comprime un fluido (generalmente aria o olio) per ottenere una pressione in uscita superiore a quella in entrata. Viene normalmente utilizzato per intensificare localmente la pressione di ingresso di uno o più attuatori.
Un moltiplicatore di pressione converte aria compressa in alta pressione sfruttando il principio delle aree differenziali. Non è necessario alcun collegamento elettrico e nessuna lubrificazione. È pertanto necessario interrompere l’alimentazione e scaricare il circuito prima di effettuare qualsiasi intervento sul dispositivo.
Quando il booster viene pressurizzato con aria compressa, le valvole integrate garantiscono automaticamente l’aumento della pressione sul lato secondario. Il moltiplicatore di pressione si avvia automaticamente quando viene applicata la pressione di ingresso e non è ancora stata raggiunta la pressione di uscita desiderata. Quando viene raggiunta la pressione di uscita impostata, il moltiplicatore di pressione smette di funzionare per risparmiare energia, ma si riavvia automaticamente quando la pressione di uscita scende nuovamente.
Nella linea d’ingresso dell’aria compressa verso il moltiplicatore di pressione è raccomandato l’utilizzo di una valvola 3/2. Questa non deve essere aperta fino a quando non viene applicata la pressione in ingresso.
Tipologie di Moltiplicatori di Pressione
Esistono diverse tipologie di moltiplicatori di pressione, che si differenziano per concetto costruttivo e pressioni di esercizio:
Moltiplicatori di Pressione Aria-Olio
I moltiplicatori di pressione aria-olio OLMEC con funzionamento a semplice o doppio effetto sono generatori di pressione idonei per il funzionamento di circuiti a semplice effetto. Il volume del circuito idraulico dovrebbe sfruttare soltanto il 70-75 % del volume generato dal moltiplicatore per poter disporre di una certa riserva. Possono fornire il loro volume, in tempi rapidissimi (entro 1 secondo) essendo influenzati nel movimento soltanto dal flusso volumetrico dell’aria compressa e dall‘attrito dell’utilizzo idraulico.
Ciò potrebbe causare negli utilizzi con flusso volumetrico limitato (cilindri a staffa rotante, cilindri irrigiditori) un funzionamento difettoso.
Moltiplicatori di Pressione Olio-Olio
I moltiplicatori di pressione olio-olio OLMEC con pressioni di lavoro fino a 4.000 bar, con funzionamento lato bassa pressione a semplice o doppio effetto sono generatori di pressione idonei per il funzionamento di circuiti a semplice effetto. Il volume del circuito idraulico dovrebbe sfruttare soltanto il 70-75% del volume generato dal moltiplicatore per poter disporre di una certa riserva. Possono fornire il loro volume, in tempi rapidissimi essendo influenzati nel movimento soltanto dal flusso volumetrico dell’olio e dall‘attrito dell’utilizzo idraulico.
Ciò potrebbe causare negli utilizzi con flusso volumetrico limitato (cilindri a staffa rotante, cilindri irrigiditori) un funzionamento difettoso. In questi casi si dovrà prevedere una valvola di riduzione e strozzamento sul lato olio.
- Una linea per pressioni fino a 400 bar con valvola di ritegno interna e unico flusso d‘olio all’interno del circuito, ideale in attrezzature di bloccaggio ed azionamenti idraulici con piccoli volumi.
- Un’altra linea per pressione fino a 4.000 bar e volumi realizzabili in funzione delle esigenze del circuito, dotati di tutti gli accessori necessari per il controllo di pressione e di posizione.
Vantaggi dell'Utilizzo dei Moltiplicatori di Pressione
I moltiplicatori di pressione offrono numerosi vantaggi per gli utenti di attrezzature oleodinamiche e richiedono poche competenze tecniche per il loro funzionamento:
- Aumento della pressione: consentono di incrementare la pressione fornita agli impianti, migliorando le prestazioni e l'efficienza.
- Flessibilità: offrono una maggiore flessibilità nella scelta della pressione di esercizio, adattandosi alle diverse esigenze applicative.
- Efficienza energetica: contribuiscono a ridurre gli sprechi energetici, ottimizzando l'utilizzo della potenza idraulica.
- Aggiornamento di sistemi esistenti: consentono di aggiornare sistemi idraulici esistenti per raggiungere pressioni di esercizio più elevate, senza la necessità di costose modifiche strutturali.
Moltiplicatori di Pressione Oscillanti (miniBooster)
Nella maggior parte dei casi i moltiplicatori di pressione lavorano in modo "statico", ovvero attingono a un volume finito di olio per elevarne il valore ad una pressione superiore. A metà degli Anni '90, però, miniBooster ha introdotto un principio nuovo, che andremo ora ad esplorare. La base del funzionamento è un'oscillazione del moltiplicatore, che attinge continuativamente olio da un serbatoio e permette di ripristinare la pressione desiderata in caso di perdite o trafilamenti.
I moltiplicatori di pressione oscillanti offrono prestazioni estremamente elevate in un formato molto compatto. In base alle prestazioni richieste sono disponibili molte varianti, con valori di portata in ingresso differente. I coefficienti di moltiplicazione sono numerosi, con fattori da 1,2 a 25.
I miniBooster sono intensificatori oscillanti: aumentano automaticamente la pressione del sistema, fornendo una pressione di uscita più alta e compensando eventuali perdite di olio sul lato ad alta pressione. Questa funzione si basa su un sistema brevettato semplice, quanto efficace.
Principio di Funzionamento del miniBooster
Il design base include un pistone a bassa pressione (LP), un pistone ad alta pressione (HP) e una valvola di inversione bistabile (BV1). Il fluido idraulico alla pressione di sistema viene fornito alla connessione IN. Fluisce liberamente attraverso le valvole di ritegno KV1, KV2 e DV (se inclusa) per fuoriuscire dal canale H. In questo momento tutto il flusso d’olio disponibile attraversa l'intensificatore e un cilindro collegato sul lato ad alta pressione H può muoversi in avanti ad alta velocità, sfruttando tutta la portata producibile dalla centralina.
Quando il cilindro utilizzatore incontra resistenza, la pressione aumenta sul lato ad alta pressione H fino a raggiungere la pressione di alimentazione della pompa. Questo causa la chiusura delle valvole di ritegno KV1 e DV e l'olio viene diretto al volume 1. La valvola bistabile BV1 collega il volume 2 al serbatoio tramite il volume 3. Quando il pistone si è completamente mosso verso il basso, il pilotaggio si attiva, operando la valvola bistabile BV1 e cambiando la sua posizione. Il fluido viene condotto al volume 2, muovendo i pistoni verso l'alto e fornendo fluido ad alta pressione. Una volta che il pistone ad alta pressione (HP) si è mosso verso l'alto, il pilotaggio è collegato al serbatoio, la valvola bistabile BV1 ritorna alla sua posizione originale e il ciclo si ripete fino a quando la pressione finale desiderata è stata raggiunta. La pressione può essere alleviata dal lato ad alta pressione tramite la valvola di ritegno pilotata DV (se inclusa).
Nei principali Paesi industrializzati principali, denaro, spazio e peso possano essere risparmiati incorporando moltiplicatori di pressione nei sistemi idraulici. La miniBOOSTER Hydraulics A/S si è specializzata nella produzione dei moltiplicatori idraulici di pressione miniBOOSTER.
Spesso si vedono sistemi nei quali la maggior parte dell'olio della centralina passa attraverso una valvola limitatrice di pressione che è tarata ad una pressione elevata senza che ve ne sia necessità. Per superare questo problema, un sistema è spesso costituito da diverse pompe che sono collegate in modo che il flusso volumetrico inviato dipenda dalla pressione di esercizio occorrente. Ad esempio, questa è la situazione che si verifica in operazioni di compressione.
Quando l'olio arriva al moltiplicatore, questo automaticamente inizia a funzionare per aumentare la pressione fino al livello richiesto, al raggiungimento della pressione richiesta, il moltiplicatore si arresta e si attiva unicamente per mantenere la pressione finale, per es. L'olio viene inviato al raccordo IN e passa attraverso le valvole di ritegno KV1 e KV2 e DV (opzionale) al lato H ad alta pressione Allo stesso istante, il raccordo R viene collegato al serbatoio. Ora tutta la portata della pompa passa direttamente attraverso il miniBOOSTER ed un cilindro su lato H ad alta pressione si estende rapidamente.
Quando la pressione aumenta sul lato ad alta pressione, le valvole KV2 e DV si chiudono, e l'olio riempie il Vol. 1. In fig. 1, il Vol. 2 viene collegato attraverso alla valvola bistabile BV1 al Vo. 3, che è a sua volta collegato al serbatoio. L'incremento di pressione in Vol. Quando il pistone ad alta pressione HP passa sulla linea di pilotaggio 1 (string 1), questa va in pressione, e BV1 cambia posizione. Questo accade perchè l'area sopra BV1 è maggiore dell'area al di sotto, dove la linea pilota 2 (string 2) è costantemente in pressione. Vol. 2 è perciò collegato alla pompa, ed i pistoni LP ed HP si muovono verso l'alto poichè l'area sotto LP è maggiore che l'area sopra HP. L'olio nel Vol. 1 viene inviato al lato ad alta pressione.
Quando il lato opposto di HP supera la linea pilota 1, quest'ultima è depressurizzata, e BV1 ritorna alla sua posizione iniziale. Questo continua finchè la pressione del lato ad alta pressione aumenta di un fattore equivalente al rapporto fra le aree di LP e di HP. La pressione può essere scaricata dal lato ad alta pressione inviando la portata della pompa al raccordo R e collegando il raccordo IN al serbatoio. La linea pilota 3 viene pertanto pressurizzata e la valvola DV si apre.
In linea di principio, il moltiplicatore di pressione può essere utilizzato dove ci sia la necessità di una elevata pressione in un certo istante. In generale, il sistema sarà come mostrato in Figura 3, nel quale un cilindro è comandato da un normale distributore 4/3. Il moltiplicatore di pressione è montato direttamente sul cilindro, e la costosa linea in alta pressione è ridotta al minimo.
Un settore applicativo particolarmente adatto al moltiplicatore di pressione è in sistemi già esistenti, dove sia necessaria una pressione più elevata di quella consentita dal progetto originale. Con il moltiplicatore di pressione, un sistema esistente può essere aggiornato alla pressione di esercizio maggiore con la semplice aggiunta di un moltiplicatore.
Da quando il moltiplicatore di pressione è entrato a far parte dei prodotti esistenti sul mercato, è stato utilizzato in un gran numero di sistemi. La Fig. 4 mostra uno schema attrezzatura della Danfoss A/S di un attrezzo di bloccaggio su una macchina di lavorazione STAMA. 2 miniBOOSTER con rapporto di moltiplicazione 4:1 sono montati direttamente sull'attrezzo uno per ciascuna delle piastre di bloccaggio. Con la pressione idraulica di 40 bar del sistema esistente, si raggiunge sull'attrezzatura di bloccaggio una pressione di 160 bar.
Come Scegliere il Moltiplicatore di Pressione Adeguato
Per scegliere il dispositivo più adatto alle proprie esigenze, è necessario valutare la potenza richiesta per svolgere i compiti previsti e determinare la pressione in base alle specifiche di utilizzo, tenendo conto del tipo di fluido idraulico minerale utilizzato.
Produttori e Modelli
La MiniBOOSTER Hydraulics A/S offre un'ampia gamma di moltiplicatori di pressione idraulici, che sono oggi utilizzati in tutto il mondo in molte applicazioni differenti. HC8 Versione HC2 del miniBOOSTER sviluppata per pressioni di uscita fino a 2000 bar. I dispositivi possono essere forniti con o senza regolatore di pressione.
ENERFLUID offre diversi moltiplicatori di pressione, ognuno con caratteristiche e applicazioni specifiche. Volete aumentare la pressione idraulica in modo semplice, efficace ed immediato? Vista la crescente domanda applicazioni in alta pressione, la miniBOOSTER ha inventato un prodotto che consente di trasformare una qualsiasi applicazione in bassa pressione in una ad alta pressione. I miniBOOSTER sono moltiplicatori oscillanti. Moltiplicano automaticamente la pressione del sistema dando una pressione in uscita più elevata rispetto a quella in ingresso, compensando eventuali cadute di pressione sul lato ad alta pressione.
Il progetto di base prevede un pistone in bassa pressione (LP), un pistone in alta pressione (HP) ed una valvola bistabile reversibile (BV1). La valvola di ritegno (DV) è opzionale, anche se quasi sempre consigliabile. Il fluido idraulico con la pressione (bassa) del sistema è inviato al raccordo IN. Il fluido idraulico in bassa pressione passa liberamente attraverso le valvole di ritegno KV1, KV2 e DV (se presente) fino al raccordo H in alta pressione. Non appena il cilindro incontra una resistenza al proprio movimento, la pressione in uscita dal lato H aumenta fino a divenire uguale a quella in ingresso sul lato a bassa pressione. Questo fa sì che le valvole KV1 e DV si chiudano e che l’olio sia inviato al Vol. 1. La valvola bistabile BV1 collega il Vol. 2 al serbatoio tramite il Vol. 3. Non appena la pressione della pompa viene applicata al Vol.
Quando il pistone ha raggiunto la posizione più bassa, la Linea pilota 1 va in pressione ed aziona la valvola bistabile BV1, facendola commutare. Il fluido è allora inviato verso la camera Vol. 2, muovendo in pistone del moltiplicatore verso l’alto e mandando verso H il fluido ad alta pressione. Quando il pistone HP è arrivato nella posizione più alta, la Linea pilota 1 viene collegata al serbatoio, la valvola bistabile BV1 ritorna nella sua posizione di partenza ed il ciclo si ripete finché non è stata raggiunta la pressione richiesta. La pressione può essere scaricata dal lato ad alta pressione attraverso la valvola di ritegno pilotata DV (se presente). Il modello A non integra la valvola di ritegno pilotata DV, quindi tale valvola deve essere prevista con un montaggio esterno al moltiplicatore. Questa soluzione risulta comoda nel caso in cui si debba mantenere il più possibile pulito il circuito del moltiplicatore, evitando l’ingresso di agenti contaminanti nella linea di ritorno.
Il modello B integra una valvola di ritegno pilotata interna DV, che consente di regolare agevolmente la pressione. Qualora venisse meno la pressione proveniente dalla linea in ingresso, il moltiplicatore rimarrebbe comunque pressurizzato. Il modello G integra una valvola di ritegno RV che permette una regolazione proporzionale della pressione.
- G dinamica, con bassa isteresi ed elevati tempi di reazione.
- G sicura, con alta isteresi e capace di mantenere stabile l’alta pressione.
I sistemi della famiglia MHC-013 integrano una valvola di sequenza, per consentire l’intervento del moltiplicatore ad uno specifico valore di pressione, una valvola limitatrice, per proteggere l’utenza a valle e una valvola riduttrice, per garantire che la pressione dell’olio all’ingresso del moltiplicatore sia inferiore a 207 bar (3.000 psi).
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