Blocco idraulico

Un blocco idraulico, noto anche come blocco valvole o blocco di comando, è un solido modulo metallico in cui sono praticati fori e canali per il passaggio del fluido idraulico. Funge da unità centrale di distribuzione e montaggio per valvole e altri componenti idraulici, che vengono avvitati direttamente sulla sua superficie. In questo modo, il blocco idraulico sostituisce una rete di tubi singoli e collega tra loro i componenti tramite canali interni.

Nozioni di base e struttura di un blocco idraulico

Il blocco idraulico costituisce la spina dorsale strutturale e fluidodinamica di molti impianti idraulici. Anziché realizzare ogni collegamento tra pompa, valvole e utenze con tubi o tubi flessibili singoli, il blocco integra tutti i percorsi di flusso al suo interno. I progettisti montano i componenti idraulici direttamente sulle superfici lavorate del blocco, dove comunicano con i canali interni tramite schemi di collegamento standardizzati.

Schema di foratura e percorso dei canali

Lo schema di foratura descrive la disposizione e il percorso di tutti i fori all’interno del blocco idraulico. Ogni foro rappresenta un canale che convoglia l’olio in pressione, l’olio di ritorno o l’olio di perdita. Nei punti in cui i canali si incrociano o si incontrano, si formano intersezioni. Queste intersezioni devono essere progettate con cura, poiché geometrie sfavorevoli causano turbolenze del flusso e perdite di pressione. I progettisti assicurano che i canali abbiano una sezione trasversale sufficiente e che le transizioni siano il più possibile rettilinee. I fori profondi terminano spesso con tappi filettati, che rimangono accessibili dall’esterno per consentire, se necessario, l’utilizzo di fori di sfiato o di prova.

Superfici di montaggio e schemi di collegamento

La superficie del blocco idraulico ospita le superfici di montaggio per valvole, strozzatori, valvole di ritegno o valvole limitatrici di pressione. Queste superfici sono fresate e forate secondo norme prestabilite, in modo che i componenti di diversi produttori possano adattarsi. Gli schemi di collegamento definiscono la posizione degli attacchi di mandata, di lavoro e di ritorno, nonché i fori di fissaggio. Il rispetto di queste norme garantisce l’intercambiabilità e semplifica il montaggio.

Tipi di blocchi idraulici

I blocchi idraulici possono essere suddivisi in diversi tipi in base alla loro struttura, ciascuno dei quali soddisfa requisiti diversi in termini di flessibilità, ingombro e carico di pressione.

Costruzione monoblocco

Nel monoblocco, l’intero schema di commutazione è integrato in un unico blocco. Tutti i canali, gli alloggiamenti delle valvole e i raccordi sono riuniti in questo unico pezzo. Questo tipo di costruzione si caratterizza per l’elevata resistenza meccanica e la compattezza. È adatta per applicazioni con spazio di installazione limitato e pressioni di esercizio elevate, in cui lo schema di commutazione è fisso e non è necessario alcun ampliamento successivo. Tuttavia, le modifiche allo schema di commutazione richiedono un nuovo blocco.

Struttura a sandwich e a piastre intermedie

Nella struttura a sandwich, i progettisti impilano singole piastre una sopra l’altra, dove ogni piastra supporta una valvola o una funzione. Le piastre intermedie collegano tra loro le valvole adiacenti dal punto di vista fluidodinamico. Questa struttura modulare consente di ampliare successivamente il blocco idraulico o di sostituire funzioni senza dover rifare l’intero blocco. Le valvole sono disposte in catene longitudinali o verticali. Le valvole CETOP secondo la norma ISO 4401 sono progettate appositamente per questa struttura.

Blocchi speciali personalizzati

Per esigenze complesse o insolite, i produttori realizzano blocchi idraulici personalizzati. Questi blocchi speciali combinano spesso elementi di costruzione monoblocco e a sandwich e integrano inoltre valvole a vite, attacchi filettati o supporti per sensori in posizioni definite individualmente. Il dispendio progettuale è maggiore, ma in compenso il blocco può essere adattato in modo ottimale all’impianto.

Standardizzazione e interfacce

La standardizzazione delle superfici di montaggio e degli schemi di collegamento è fondamentale per la compatibilità dei blocchi idraulici e delle valvole montate su di essi.

ISO 4401 e CETOP

La norma ISO 4401, storicamente nota anche come CETOP RP 121H, definisce le superfici di montaggio standardizzate per le valvole direzionali. La norma stabilisce la disposizione dei fori, il diametro dei fori e le denominazioni dei collegamenti. Le dimensioni comuni sono NG 03 (CETOP 03), NG 05 (CETOP 05) e NG 06 (CETOP 06). Le denominazioni dei collegamenti seguono uno schema uniforme: P sta per il collegamento di mandata, A e B per i collegamenti di lavoro verso l’utenza, T per il ritorno e Y per l’olio di scarico. Questa standardizzazione consente di combinare valvole di diversi produttori sullo stesso blocco idraulico.

DIN 24340 e altre norme

La norma DIN 24340 integra la norma ISO 4401 con ulteriori dettagli relativi agli attacchi delle valvole e alle dimensioni. Per i requisiti di sicurezza dell’intero impianto idraulico in cui è installato il blocco idraulico si applica la norma DIN ISO 4413. Questa norma disciplina aspetti quali la limitazione della pressione, il monitoraggio delle perdite e l’arresto di emergenza, che influenzano anche la progettazione del blocco.

Materiali per i blocchi idraulici

La scelta del materiale dipende dalla pressione di esercizio, dall’ambiente e dai requisiti di peso dell’applicazione.

I blocchi in alluminio vengono utilizzati soprattutto in applicazioni mobili, dove il peso è un fattore determinante. I blocchi in acciaio e ghisa dominano nel settore industriale stazionario, dove sono comuni pressioni di 350 bar e oltre. L’acciaio inossidabile è riservato ad applicazioni speciali, ad esempio nella desalinizzazione dell’acqua di mare o nell’industria chimica.

Produzione di blocchi idraulici

La produzione di un blocco idraulico richiede precisione, poiché i canali interni devono essere posizionati con esattezza e forati senza intersezioni.

Lavorazione CNC

La produzione convenzionale avviene su foratrici e fresatrici a controllo numerico. Partendo da un blocco di materiale pieno, le macchine forano i canali su più assi, realizzano le filettature e fresano le superfici di montaggio. I fori profondi pongono requisiti particolari in termini di guida degli utensili e lubrificazione di raffreddamento, al fine di garantire la precisione dimensionale e la qualità della superficie. Nei punti di intersezione, i progettisti inseriscono tappi filettati che rimangono accessibili dall’esterno e sigillano i canali.

Produzione additiva

La produzione additiva apre nuove possibilità per il blocco idraulico. Invece di forare canali nel materiale massiccio, il processo di stampa costruisce la struttura dei canali strato per strato. Ciò consente di realizzare canali curvi e ramificati senza intersezioni e senza tappi. Secondo quanto riportato, in questo modo è possibile ridurre il volume dei blocchi di oltre il 50%, poiché non sono necessari fori rettilinei né fori di accesso. La produzione additiva è attualmente adatta soprattutto per blocchi più piccoli e applicazioni speciali, poiché le dimensioni disponibili e la scelta dei materiali sono ancora limitate.

Regole di progettazione e minimizzazione delle perdite di pressione

Un blocco idraulico ben progettato riduce al minimo le perdite di pressione causate da attrito, deviazioni e variazioni di sezione nei canali. I progettisti seguono diversi principi:

• Sezioni trasversali dei canali adeguate: i diametri dei fori devono essere dimensionati in base alla portata volumetrica massima. Sezioni trasversali troppo strette aumentano la velocità del flusso e quindi le perdite per attrito.
• Percorsi brevi e rettilinei: ogni cambio di direzione genera resistenza al flusso. Il percorso dei canali dovrebbe quindi essere il più diretto possibile e con poche deviazioni.
• Superfici lisce: la rugosità superficiale dei canali forati influenza l’attrito. I canali forati a CNC raggiungono valori Ra inferiori a 0, 8 µm, sufficienti per la maggior parte delle applicazioni.
• Angoli di intersezione piatti: dove i canali si incrociano, angoli di transizione piatti riducono la turbolenza. I progettisti evitano intersezioni ad angolo retto, ove lo spazio di installazione lo consenta.
• Simulazione CFD: le simulazioni di flusso aiutano a identificare e risolvere tempestivamente i colli di bottiglia e le zone morte nello schema di foratura prima che il blocco venga prodotto.

Campi di applicazione dei blocchi idraulici

I blocchi idraulici vengono utilizzati in quasi tutti i settori della tecnologia dei fluidi, dove è necessario collegare più valvole in modo compatto e a tenuta stagna.

• Macchine mobili: escavatori, gru, pale gommate e trattori utilizzano blocchi idraulici per alloggiare la moltitudine di valvole di controllo in modo da risparmiare spazio. In questo caso si preferiscono i blocchi in alluminio per via del loro peso ridotto.
• Presse e macchine per lo stampaggio a iniezione: nella lavorazione delle materie plastiche e nel settore della formatura, i blocchi idraulici controllano i complessi cicli di chiusura, pressatura e apertura. Le pressioni sono spesso comprese tra 280 e 350 bar.
• Macchine utensili: sulle fresatrici e sui torni CNC, i blocchi idraulici controllano i dispositivi di serraggio, i cambi utensili e i circuiti di lubrificazione e raffreddamento.
• Tecnologia navale e offshore: in questo settore vengono utilizzati blocchi in acciaio inossidabile in grado di resistere agli ambienti marini corrosivi e di controllare timoni, verricelli e gru di coperta.
• Acciaierie e metallurgia: negli impianti di laminazione, i blocchi idraulici funzionano a temperature e pressioni elevate per controllare le gabbie di laminazione e i sistemi di trasporto.

Manutenzione e riparazione

Un blocco idraulico di per sé non ha parti mobili ed è quindi fondamentalmente a bassa manutenzione. Tuttavia, ci sono aspetti che gli operatori devono tenere d’occhio.

Tenuta e tappi

I tappi filettati che chiudono i fori di intersezione possono allentarsi a causa delle vibrazioni o diventare non a tenuta a causa dell’invecchiamento. Controlli visivi regolari per verificare la presenza di perdite d’olio nei punti dei tappi fanno parte della verifica di routine dell’impianto. In caso di perdite, i tappi possono essere serrati o sostituiti senza smontare il blocco.

Purezza dell’olio

I canali interni di un blocco idraulico sono difficilmente accessibili dopo la produzione. Le impurità che penetrano nei canali durante il montaggio o a causa dell’invecchiamento dell’olio possono compromettere il funzionamento delle valvole avvitate. Un efficace filtraggio dell’olio e il rispetto degli intervalli di cambio olio raccomandati sono quindi fondamentali anche per la durata del blocco idraulico.

Protezione dalla corrosione

Nei blocchi in alluminio o acciaio senza rivestimento superficiale, la condensa sulle superfici esterne può causare corrosione che, a lungo termine, intacca le superfici di tenuta. Un rivestimento superficiale o una verniciatura adeguati proteggono il blocco e mantengono la precisione dimensionale delle superfici di montaggio.

Tendenze di sviluppo

Lo sviluppo dei blocchi idraulici è caratterizzato da diverse tendenze. La produzione additiva consente geometrie dei canali sempre più complesse, che non sono realizzabili con la tecnica di foratura convenzionale. L’integrazione di supporti per sensori direttamente nel blocco consente di misurare pressioni, temperature e portate in punti centrali senza la necessità di ulteriori punti di collegamento. Allo stesso tempo, la digitalizzazione promuove l’uso della simulazione CFD e della generazione automatizzata di schemi di foratura, riducendo i tempi di progettazione e migliorando la qualità fluidodinamica dei blocchi. HK Hydraulik accompagna questi sviluppi con un ampio portafoglio di blocchi standard e speciali, adattabili alle mutate esigenze.