Neden Elektrikli Hidrolik Pompa Ünitelerinde Başlatma-Durduurma Basınç Anahtarı Gerekir?

Sabit deplasmanlı bir pompayı emniyet valfi karşıtı çalıştırarak çalışan bir hidrolik güç ünitesi, enerji açısından bakıldığında elektriği ısıya dönüştüren, ancak bunu ekstra adımlarla yapan bir makinedir. Pompa çalışmaya devam eder, yağ akışa devam eder ve emniyet valfi, ayarlanan basınçta yağı tekrar depoya boşaltmaya devam eder. Yağın ısınması ve elektrik sayacının dönmesi dışında hiçbir faydalı iş gerçekleşmez. Başlatma-duraklatma basınç anahtarı bu döngüyü keser. Sistem basıncını izler ve motor kontakörüne ne zaman gücü kesmesi ve ne zaman geri getirmesi gerektiğini bildirir. Bu parça, pompa veya motora kıyasla küçüktür ve ucuzdur. Ancak bu parçayı kullanmamak ya da yanlış ayarlamak ciddi ve maliyetli sonuçlara yol açar.

Emniyet Valfi Enerjiyi Düzenlemez, Onu Dağıtır

Bir emniyet valfi, devreyi aşırı basınçtan korur. Bu görevi budur. Enerji yönetimi açısından bir basınç regülatörü değildir. Sabit deplasmanlı bir pompa, aktüatör durduğunda veya kıskaç kapandığında çalışmaya devam ederse, yükün ihtiyaç duyduğu her litreden fazla akış, ayarlanan basınçta emniyet valfinden geçer. Bu akış, basınç ile akış hızının çarpımına orantılı bir hızda ısıya dönüşür. Weber-Hydraulik’te Gattinger ve Schwimmer tarafından incelenen bir kıskaç güç ünitesinde motor, 483 saniyelik bir çevrimin yaklaşık yüzde altmışında çalıştı ve bu çalışma süresinin büyük kısmı yağın ana emniyet valfinden geçmesiyle geçti. Yağ sıcaklığı, kıskaç basıncı yalnızca yaklaşık 80 bar olmasına rağmen, yaklaşık 90°C civarında dengelendi. Bu durum, basınca dayalı bir durdurma komutu olmadan çalıştırılan bir pompaya özgüdür.

O olaydaki çözüm, yeni bir pompa ya da değişken deplasmanlı bir yükseltme değildi. Basınç bağlantı noktasına küçük bir akümülatör eklendi ve ayrı bir basınç anahtarı, pompanın yalnızca akümülatör basıncı anahtar eşik değerinin altına düştüğünde yeniden çalıştırılmasını sağlamak amacıyla motor kontakörüne bağlandı. Motor çalışma süresi, her döngüde birkaç kısa yeniden doldurma haline indi. Ölçülen enerji tüketimi, her döngüde 96 Wh’tan 11 Wh’a düştü ve yağ sıcaklığı, 90°C yerine oda sıcaklığında sabitlendi. Anahtar, bir emniyet valfinin yapamayacağı işi yaptı: kullanılmayan basınç için ödeme yapılmasını durdurdu.

Basınç Anahtarları ve Boşaltma Devreleri Farklı Sorunları Çözer

Başlatma-durdurma anahtarını boşaltma valfinden veya boşaltma devresinden ayırmak faydalıdır. Bunlar genellikle birlikte ele alınır ve işlevsel olarak kısmen örtüşürler; ancak sistemde farklı bileşenler üzerinde çalışırlar. Bir boşaltma valfi, pompanın çalışmaya devam ettiği sırada düşük basınçta pompa akışını depoya yönlendirir. Başlatma-durdurma basınç anahtarı ise motora giden elektrik enerjisini keser. İlki, pompa üzerindeki basınç düşüşünü azaltarak hidrolik enerji tasarrufu sağlar; ikincisi ise asal tahrik kaynağını durdurarak elektrik enerjisi tasarrufu sağlar.

Sabit deplasmanlı bir güç ünitesinde bu iki yaklaşımın karşılaştırılması farkı somut hâle getirir.

Üçüncü satır, başlat-durdur anahtarının yerini hak ettiği kısımdır. Weber-Hydraulik örneğinde basınç anahtarı, üst düzey makine denetleyicisinden gelen zaman tabanlı motor komutunu değiştirmiştir. Denetleyici, her sıkma veya sıkma çözme olayından önce motoru başlatmakta ve basıncın zaten mevcut olup olmadığına bakmaksızın sabit bir zamanlayıcıya göre motoru durdurmaktaydı. Anahtar, motorun bir zaman çizelgesine değil, gerçek hidrolik talebe yanıt vermesini sağlamıştır.

Ölü bant, anahtarın yardımcı mı olacağını yoksa zarar mı vereceğini belirleyen ayarlamadır

Bir başlangıç-durduş basınç anahtarı, tek bir basınçta çalışmaz. Motorun durduğu kesme-başlangıç basıncı ve motorun yeniden çalıştığı başlama-başlangıç basıncı vardır. Bu ikisi arasındaki fark, bazen diferansiyel veya histerezis olarak da adlandırılan ölü banttır. Ölü bandı çok dar ayarlarsanız, küçük bir sızıntı veya termal büzülme nedeniyle basınç başlama-başlangıç noktasının altına düştüğünde pompa her seferinde kısa devre yapar. Ölü bandı çok geniş ayarlarsanız, sistem basıncı, aktüatör veya kelepçe, motor tekrar devreye girmeden önce ihtiyaç duyduğu basıncı göremeyecek kadar büyük dalgalanmalar gösterir.

Yayınlanan anahtar verileri, kullanılabilir aralığın bir fikrini verir. Endüstriyel basınç anahtarları genellikle sabit bir minimum değerden başlayarak ayar noktası değerinin yaklaşık %45’ine kadar bir ölü bant (deadband) sağlar. Hidrolik güç ünitesi uygulamalarında yaygın bir kural, kesme basıncının %10 ila %15’i civarında bir ölü bantla başlamak ve döngü sayımı aşırı başlatmaları gösteriyorsa bu bandı genişletmektir. Doğru değer, akümülatör hacmi, kontrol vanası sızıntısı ve aşağı akıştaki sürecin kabul ettiği basınç değişimi miktarına bağlıdır. 0,5 bar’lık bir diferansiyel değere mekanik olarak uygun olan bir basınç anahtarı, 200 bar’lık bir sistemde bu kadar dar bir ayara getirilmelidir anlamına gelmez.

Motor yatakları ve kontaklar, başlatma sıklığından etkilenir.

Her başlangıç, motor hızına ulaşmadan önce stator sargılarında ısı üretir ve rotor çubuklarında termal gerilime neden olan kısa bir süre için kilitli rotor akımı çeker. Motor üreticileri saatte izin verilen başlangıç sayısını yayınlamıştır ve bu sınırların varlığı bir sebebi vardır. Gereğinden dar bir ölü bant (deadband) ile ayarlanmış bir basınç anahtarı, kontakörün eriyip kapalı kalması ya da sargının arızalanması gibi bir sorun ortaya çıkana kadar kimseye fark ettirmeden motoru başlangıç yükü sınırının üzerine çıkarabilir.

Aynı mantık basınç anahtarı kontaklarına da uygulanır. Hızlı hareketli (snap-action) bir mikroanahtarla donatılmış mekanik bir anahtarın sonlu bir elektriksel ömrü vardır ve her motor başlangıcı bu kontakları döngüye sokar. Anahtar genellikle en zayıf bağlantı noktası değildir; ancak ölü bant (deadband) pompayı birkaç saniyede bir yeniden başlatacak kadar dar ayarlandığında bu durum değişir. Küçük bir akümülatör ya da biraz daha geniş bir diferansiyel, kontakörleri düzenli aralıklarla değiştirmekten çok daha az maliyetlidir. Anahtar, pasif bir sensör değil, belirli bir çalışma döngüsüne sahip bir kontrol cihazı olarak değerlendirilmelidir.

Başlatma-Durdurma Anahtarı Yanlış Araç Olduğu Durumlar

Başlatma-durdurma basınç anahtarının doğru çözüm olmadığı geçerli durumlar vardır. Pompanın oransal bir valf veya servo aktüatöre sürekli akış sağlamak için sürekli çalışması gerekiyorsa, motoru durdurmak amacın tam tersini yapar. Sistemde motor durduktan sonra basıncı tutabilen bir akümülatör veya çekvalf yoksa anahtar pompayı hemen tekrar başlatır ve sonuç enerji tasarrufu değil, kısa devre çalışma (short cycling) olur. Süreç, basıncın çok dar bir aralıkta tutulmasını gerektiriyorsa, pratik bir ölü bant (deadband) değerine sahip bir anahtar toleransı karşılayamaz; bu durumda kapalı çevrimli oransal basınç kontrolü daha uygun bir çözümdür.

Anahtar aynı zamanda bir emniyet valfini de değiştirmez. Bu, bir güvenlik cihazı değil, bir kontrol cihazıdır. Arızalı bir anahtar veya kaynaklanmış bir kontaktör nedeniyle pompanın tıkanmış bir devreye boşta çalışmasını önlemek için emniyet valfi hâlâ anahtarın kesme basıncının üzerinde ayarlanmalıdır. Bu iki cihaz aynı ünitede yer almalıdır; ancak farklı işlevler görür ve birbirini telafi etmek amacıyla ayarlanmamalıdır.

Üretim Güç Ünitesinde İyi Entegre Edilmiş Bir Basınç Anahtarının Görünüşü

Doğru şekilde inşa edilmiş bir elektrikli hidrolik pompa ünitesinde başlangıç-durduş anahtarı ikinci planda düşünülmüş bir unsur değildir. Anahtarın bağlantı portu, hava tutan bir ölü kol ya da yalnızca bir aktüatör stroku sırasında basınç gören bir boru hattı değil, gerçek sistem basıncını ölçen bir konumda yer alır. Elektrik muhafazası, yıkama alanları, açık havada çalışan kaldırma sistemleri ya da havada ince yağ sisine sahip makine tezgâhları gibi ortamlara uygun olarak seçilir. Anahtarın ayar noktası ve ölü bant aralığı belgelenmiş durumdadır ve motor kontaktörü, elde edilen başlangıç yüküne uygun şekilde derecelendirilmiştir.

Hydrarite, bu entegrasyon ayrıntılarını saha seçenekleri olarak değil, montajın bir parçası olarak ele alarak hidrolik güç üniteleri üretir. Üretim tarafı burada önemlidir çünkü doğru şekilde belirlenmiş ancak daraltılmış bir algılama geçidi olan bir manifolda monte edilen bir basınç anahtarı, olması gereken basıncı algılayamaz. Tutarlı bağlantı noktası işlenmesi, temiz montaj ve üretim hattının sonunda kesme ve açma basıncının belgelenmiş bir testi, bir basınç anahtarını katalog bileşeninden işlevsel bir kontrol elemanına dönüştürür. Anahtar basittir. Çalışıp çalışmamasını belirleyen, onun etrafındaki sistemdir.