Differentiële druk

De verschildruk geeft het drukverschil weer tussen twee vastgestelde meetpunten in een hydraulisch systeem. Deze ontstaat door stromingsweerstanden zoals filters, kleppen of leidingen en dient als een belangrijke parameter voor het bewaken van de toestand, efficiëntie en slijtage van de installatie. In de industriële hydraulica is het meten van de verschildruk een onmisbaar diagnose-instrument.

Basisprincipes en ontstaan van drukverschil

In elk hydraulisch systeem stroomt de hydraulische vloeistof door leidingen, kleppen, filters en andere componenten. Bij elk van deze elementen ontstaat een stromingsweerstand, die een drukval tot gevolg heeft. De verschildruk tussen twee punten is dus de maat voor de weerstand die de vloeistof op zijn weg moet overwinnen. Hoe hoger de weerstand, hoe groter de drukverschil.

Factoren die van invloed zijn op de drukverschil

Verschillende factoren bepalen hoe groot het drukverschil in een hydraulisch systeem is:

• Viscositeit van het transportmedium: hoe stroperiger de hydraulische olie, hoe groter de wrijvingsverliezen en dus de drukval. Koude olie of soorten met een hogere viscositeit verhogen de drukverschil merkbaar.
• Aandeel vaste stoffen in de vloeistof: Deeltjes en verontreinigingen vernauwen de doorsnede van de stroming en verhogen de weerstand.
• Geometrie van de leidingen: vernauwingen, bochten, veranderingen in de doorsnede en lange leidingtrajecten veroorzaken extra drukverliezen.
• Volumestroom: Naarmate de doorstroming toeneemt, stijgt het drukverschil over weerstanden, omdat de stroomsnelheid en daarmee de wrijvingsverliezen toenemen.

Een te lage drukverschil duidt erop dat een component zijn weerstand niet opbouwt zoals bedoeld, wat kan wijzen op slijtage of een storing. Een te hoog drukverschil betekent daarentegen onnodig energieverbruik en een verhoogde belasting van de componenten.

Meting van de drukverschil

De verschildruk wordt gemeten met speciale meetapparatuur die de druk op twee punten tegelijk registreert en het verschil weergeeft of verder verwerkt. In de industriële hydraulica worden daarbij verschillende meetprincipes en apparaattypen gebruikt.

Verschildrukmeters en sensoren

Differentiële druktransmitters en differentiële drukmanometers zijn de meest gangbare meetinstrumenten. Ze beschikken over twee drukaansluitingen, die op de betreffende meetpunten van de installatie worden aangesloten. Het apparaat bepaalt het verschil tussen beide drukken en geeft dit weer als een elektrisch signaal of als een analoge weergave. Moderne elektronische verschildruksensoren werken met een hoge resolutie en kunnen direct in besturingssystemen worden geïntegreerd, wat continue conditiebewaking mogelijk maakt.

Verschildrukschakelaars en verschildrukmeters

Naast de continue meting zijn er ook binaire bewakingsinrichtingen:

• Differentiële drukschakelaars worden geactiveerd wanneer een ingestelde drempelwaarde wordt overschreden. Ze zijn geschikt voor alarmfuncties en automatische uitschakelingen.
• Verschildrukmeters geven de actuele waarde visueel weer, bijvoorbeeld als manometer of digitaal display. Ze dienen voor handmatige diagnose door onderhoudspersoneel.

Directe versus indirecte meting

De directe verschildrukmeting met een apparaat met twee aansluitingen is nauwkeuriger dan de indirecte methode, waarbij twee afzonderlijke manometers op de betreffende meetpunten worden afgelezen en de waarden handmatig van elkaar worden afgetrokken. Bij de indirecte methode kunnen schommelingen in de tijd en meetonnauwkeurigheden leiden tot verkeerde interpretaties. Voor betrouwbare diagnoses in industriële hydraulische installaties verdient de directe meting daarom de voorkeur.

Toepassingsgebieden van de verschildruk in hydraulische systemen

De verschildruk levert in verschillende gebieden van de hydraulica waardevolle informatie over de toestand en de werking van installatiecomponenten.

Filterbewaking

De meest voorkomende toepassing van verschildrukmeting in hydraulische installaties is de bewaking van filters. Een schoon hydraulisch filter veroorzaakt slechts een geringe drukval. Naarmate de vervuiling toeneemt, stijgt de verschildruk, omdat de vloeistof een grotere weerstand moet overwinnen. Als de verschildruk een bepaalde grenswaarde bereikt, geeft het meetapparaat aan dat het filter moet worden vervangen. Typische vervangingsgrenzen voor hydraulische filters liggen tussen 1, 5 en 2, 5 bar, afhankelijk van het filtertype en de installatieconfiguratie. Als het filter niet tijdig wordt vervangen, kan de verschildruk zo hoog oplopen dat de bypass in het filterhuis opengaat en ongefilterde olie in het circuit terechtkomt.

Klepbewaking

Ook bij kleppen geeft de drukverschil informatie over de slijtagetoestand. Als het drukverlies over een klep onder het verwachte nominale bereik daalt, duidt dit op interne lekkages of beschadigde afdichtingsvlakken. In dit geval is vervanging of revisie van de klep noodzakelijk. Omgekeerd kan een ongewoon hoog drukverschil wijzen op verstoppingen of cavitatie.

Cilinder- en pompdiagnose

Bij hydraulische cilinders geeft het drukverschil tussen de zuiger- en stangzijde informatie over de werkelijke krachtopleving. Afwijkingen van de streefwaarde kunnen wijzen op interne lekkages, beschadigde afdichtingen of mechanische blokkades. Bij pompen geeft het drukverschil tussen de zuig- en perszijde aan of de pomp correct pompt. Een te lage drukopbouw kan wijzen op slijtage of cavitatie.

Debietmeting

Met behulp van diafragma’s of meetdiafragma’s kan het debiet in een hydraulische leiding worden bepaald aan de hand van het drukverschil. Het diafragma zorgt voor een bepaalde weerstand en het resulterende drukverlies hangt samen met het debiet. Dit principe wordt gebruikt in toepassingen die een eenvoudige en robuuste debietbewaking vereisen.

Verschildrukregelaars in hydraulische systemen

Differentiële drukregelaars houden het drukverschil over een verbruiker of een installatiesectie constant, ongeacht schommelingen in de toevoerdruk of de belasting. Ze werken volgens het principe van een krachtenevenwicht: de aanvoerdruk en de retourdruk werken in op een regelzuiger, die door een veerkracht in de evenwichtspositie wordt gehouden. Als het drukverschil verandert, verschuift de regelzuiger en verandert de doorsnede van de stroming totdat de gewenste waarde weer is bereikt.

Stroomventielen en drukbalansen

Stroomregelkleppen regelen de doorstroming door een hydraulische leiding en worden vaak in combinatie met verschildrukregelaars gebruikt. De drukbalans is een speciale vorm van verschildrukregelaar die in hydraulische regelblokken het drukverlies over een smoorklep constant houdt. Hierdoor blijft het debiet stabiel, ongeacht schommelingen in de belasting. Dit principe is terug te vinden in veel wegkleppen en stroomregelaars van industriële hydraulische installaties.

Normen en standaarden

Er zijn verschillende normen die de omgang met verschildruk in hydraulische systemen regelen:

• DIN ISO 4413 legt de veiligheidstechnische eisen voor hydraulische installaties vast en behandelt onder andere de bewaking van drukomstandigheden.
• ISO 16889 definieert de multipass-test voor filterelementen, waarbij de vuilopname, de afscheidingsgraad en het drukverschilgedrag worden getest. Deze test is bepalend voor de prestatiebeschrijving van hydraulische filters.
• ISO 2941 specificeert testprocedures voor de integriteit van filterelementen, inclusief verschildruktests op lekkages.
• ISO 3968 standaardiseert volumestroommetingen, rekening houdend met drukverschillen in leidingsystemen.

Deze normen zorgen ervoor dat verschildrukmetingen en de daarop gebaseerde componentbeoordelingen vergelijkbaar en reproduceerbaar zijn.

Praktisch belang voor bedrijf en onderhoud

Het systematisch bewaken van de drukverschillen behoort tot de fundamentele maatregelen voor een betrouwbare en efficiënte hydraulische werking. Het maakt het mogelijk om slijtage vroegtijdig te detecteren, voordat er ongeplande stilstanden ontstaan. In de praktijk stellen veel installatiebeheerders vaste bewakingsroutines vast, die drukverschilmetingen aan filters, kleppen en pompen omvatten.

Condition monitoring en predictief onderhoud

Moderne hydraulische installaties maken steeds vaker gebruik van elektronische verschildruksensoren die continu gegevens registreren en doorsturen naar bovenliggende besturingen. Deze gegevens vormen de basis voor condition monitoring-systemen die trends herkennen en onderhoudsbehoeften voorspellen. Een langzaam stijgende verschildruk over een filter duidt bijvoorbeeld op een geleidelijke vervuiling, die gedurende weken of maanden kan worden gevolgd. De filtervervanging kan dan worden gepland zonder dat de installatie tussentijds in een kritieke toestand terechtkomt.

Fouten voorkomen bij het meten

Bij de installatie van verschildrukmeters moet u rekening houden met een aantal punten. De meetaansluitingen moeten op de juiste posities in de installatie worden aangebracht, aangezien de verschildruk sterk verschilt naargelang de meetlocatie. De leidingen tussen het meetpunt en de sensor moeten zo kort mogelijk zijn om vertragingen en dempingseffecten tot een minimum te beperken. Bovendien moet ervoor worden gezorgd dat de meetleidingen ontlucht zijn, aangezien ingesloten lucht de meetresultaten vervalst.

Samenvatting

De verschildruk is een centrale parameter in de hydraulica die informatie geeft over de toestand en de werking van systeemcomponenten. Of het nu gaat om een indicator voor filtervervuiling, een diagnose-instrument bij kleppen en cilinders of een regelgrootheid in verschildrukregelaars: de gerichte registratie en evaluatie van de verschildruk draagt in belangrijke mate bij aan de bedrijfszekerheid, energie-efficiëntie en levensduur van hydraulische installaties. Met de voortschrijdende digitalisering en de verspreiding van conditiebewakingssystemen wint de continue bewaking van de verschildruk verder aan belang.