Проектирование гидравлической системы для высоких температур требует больше, чем просто выбор теплостойкого гидравлического масла, высокотемпературных уплотнений или большего масляного охладителя.
Надежная работа системы в летний период или в другом горячем окружении зависит от трех основных факторов:
- Сколько тепла выделяет гидравлическая система
- Сколько тепла система может удалить
- Остаются ли насосы, клапаны, трубы, резервуары и исполнительные механизмы эффективными после того, как масло нагреется
Система, спроектированная только для испытаний при комнатной температуре, кратковременной работы или максимального давления, может выглядеть нормально во время пусконаладки. Однако после нескольких часов непрерывной работы температура масла может продолжать расти, движение может замедлиться, давление может стать нестабильным, а утечки могут увеличиться.
Основная цель проектирования гидравлической системы с высокой температурой, следовательно, заключается в установлении стабильного теплового баланса при одновременном удовлетворении требований машины по давлению, потоку, скорости и управлению.
Определите фактические условия работы при высокой температуре
Первый шаг — различить окружающую температуру, температуру гидравлического масла и местную температуру компонентов.
Температура наружного воздуха не всегда отражает реальную рабочую среду гидравлической системы. Гидравлический агрегат, установленный внутри закрытого корпуса, рядом с двигателем, рядом с выхлопной трубой или близко к печи, может испытывать температуры, значительно превышающие температуру окружающего воздуха.
Перед проектированием системы подтвердите:
- Нормальная и максимальная окружающая температура
- Ожидаемая нормальная температура масла
- Максимальная допустимая температура масла
- Время непрерывной работы при высокой температуре
- Рабочее давление и пиковое давление
- Максимальный и средний поток
- Частота работы машины
- Время удержания под высоким давлением
- Время ожидания или простоя
- Внешние источники тепла
Максимальное давление и максимальный поток сами по себе недостаточны для оценки тепловой нагрузки.
Например, система может иметь высокое пиковое давление, но использовать его только несколько секунд во время каждого цикла. Ее среднее тепловыделение может оставаться умеренным. Другая система может работать при более низком давлении, но постоянно ограничивать большой поток, производя больше тепла со временем.
Поэтому необходимо оценивать полный рабочий цикл, а не полагаться только на пиковые значения.
Сократите ненужное тепловыделение
Проектирование гидравлической системы с высоким температурным режимом должно сначала улучшать энергоэффективность, а не требовать от охладителя устранения всех избегаемых потерь энергии.
Гидравлическая энергия преобразуется в тепло, когда масло проходит через предохранительные клапаны, регулирующие клапаны, ограничительные трубы и изношенные компоненты.
Проект должен избегать:
- Непрерывной работы предохранительного клапана
- Долгих периодов высокоп pressure потока от насоса с фиксированным объемом
- Потока насоса, значительно превышающего потребности привода
- Большого потока, проходящего через пропорциональный клапан с малым открытием
- Непрерывного потока насоса после достижения приводом конца хода
- Долгих периодов удержания давления, поддерживаемых только потоком насоса
- Недостаточных проходов клапанов
- Насосов и клапанов, работающих далеко за пределами их эффективного рабочего диапазона
Для машин с резко меняющимся спросом на поток может быть целесообразно использовать насос с переменным объемом или управление по датчикам нагрузки, чтобы снизить избыточный поток и потери давления.
В системах с насосами постоянного объема следует рассмотреть схему разрядки, чтобы насос не оставался под высоким давлением в период простой.
Когда системе необходимо поддерживать давление или сохранять нагрузку длительное время, возможные решения включают:
- Гидравлические аккумуляторы
- Управление работой насоса с помощью давления
- Циркуляции для удержания давления при низком потоке
- Обратные клапаны с пилотным управлением
- Стили противовесов или клапаны для удержания нагрузки
- Независимые механические или гидравлические блокирующие схемы
Снижение внутреннего тепловыделения снижает температуру масла и также может уменьшить потребление электроэнергии насосом, шум, износ насоса и эксплуатационные расходы.
Оптимизируйте проектирование труб и резервуаров
Диаметр трубы и компоновка влияют на сопротивление всасыванию, потерю давления, обратное давление и генерацию тепла.
Выбор трубы не должен основываться только на размере резьбы портов компонентов. Внутренний диаметр следует выбирать в соответствии с фактическим максимальным потоком, допустимой скоростью масла и допустимой потерей давления.
Важные проектные моменты включают:
- Сохранение линии всасывания короткой и без ограничений
- Избежание чрезмерных колен и резких изгибов
- Выбор линий давления для максимального рабочего потока
- Обеспечение достаточного диаметра обратной линии
- Проверка пропускной способности быстросъемных соединений
- Избежание ненужно длинных шлангов
- Сопоставление характеристик фильтра и охладителя с фактическим потоком
- Расчет комбинированной потери давления компонентов, установленных последовательно
Обратная линия часто недооценивается.
Если фильтр обратной линии, охладитель, фитинги и трубы создают чрезмерное сопротивление, насосу необходимо генерировать дополнительное давление для возврата масла в резервуар. Эта потеря давления постоянно превращается в тепло.
Резервуар также играет важную роль в охлаждении, освобождении воздуха, осаждении загрязняющих веществ и отделении воды.
Резервуар для непрерывной работы при высокой температуре должен иметь:
- Адекватный эффективный объем масла
- Достаточную внешнюю поверхность
- Правильные расположения портов всасывания и возврата
- Внутренние перегородки
- Контролируемую скорость возврата масла
- Подходящее время пребывания масла
- Четко определенный диапазон уровня масла
- Хорошая вентиляция вокруг резервуара
Горячее возвратное масло не должно поступать непосредственно в зону всасывания насоса. Правильно расположенная переборка увеличивает путь масла и предоставляет больше времени для отвода тепла и отделения воздуха.
Резервуар также следует устанавливать как можно дальше от двигателей, выхлопных труб, печей и других внешних источников тепла.
Разработайте систему охлаждения в соответствии с тепловой нагрузкой
Охладитель не следует выбирать только по потоку насоса или размеру соединения.
Система охлаждения должна основываться на:
- Оценочной теплотворной способности
- Целевой рабочей температуре масла
- Максимальной летней температуре окружающей среды
- Продолжительности непрерывной работы
- Поток масла через охладитель
- Падение давления на стороне масла
- Доступных условиях воздушного потока или охлаждающей воды
- Установочное пространство
- Варированию нагрузки машины
- Необходимом резерве охлаждения
Радиаторы, охлаждаемые воздухом, распространены на мобильном оборудовании и системах без стабильного водоснабжения. Однако их фактическая производительность зависит от температуры окружающей среды, воздушного потока вентилятора, чистоты ребер и положения установки.
Горячий воздух, сбрасываемый из охладителя, должен иметь возможность покинуть корпус. Если воздух снова затягивается в охладитель, рециркуляция тепла может значительно уменьшить мощность охлаждения.
Охладители, охлаждаемые водой, часто более подходят для стационарного оборудования, систем с непрерывной нагрузкой и высокими тепловыми нагрузками. Их производительность зависит от температуры охлаждающей воды, потока, качества воды, контроля масштабирования и коррозии.
Следует предусмотреть разумный запас по проекту для температур окружающей среды, превышающих ожидаемые, увеличенных производственных циклов или будущего расширения системы.
Тем не менее, мощность охлаждения не следует использовать для компенсации непрерывного потока сброса, чрезмерного throttling или сильных внутренних утечек. Источники тепла следует уменьшить перед завершением расчета размера охладителя.
Выберите подходящее гидравлическое масло и термостойкие компоненты
Гидравлическое масло должно оставаться в пределах диапазона вязкости, необходимого для насоса и элементов управления на протяжении всего ожидаемого диапазона температур.
Выбор масла должен учитывать:
- Минимальная температура запуска
- Нормальная рабочая температура масла
- Максимальная температура масла
- Требуемый класс вязкости
- Индекс вязкости
- Сопротивляемость окислению
- Антиизносные характеристики
- Воздушная проницаемость
- Сопротивление пенообразованию
- Демульсибильность
- Совместимость с уплотнительными материалами
Масло, которое слишком вязкое, увеличивает сопротивление всасыванию, фильтру и трубопроводам. Масло, которое становится слишком жидким, увеличивает внутренние утечки в насосах, клапанах, цилиндрах и моторах.
Гидравлическое масло высокой температуры может улучшить сохранение вязкости и устойчивость к окислению, но оно не может исправить плохую эффективность цепи или недостаточное охлаждение.
Уплотнения, шланги, катушки соленоидов, датчики, соединители и электрические компоненты также должны подбираться с учетом их рабочей температуры, а не только их пикового значения на короткий срок.
Выбор уплотнений и шлангов должен учитывать температуру масла, температуру окружающей среды, давление, пульсацию давления, тип жидкости, скорость движения и воздействие внешнего тепла.
Когда компоненты нельзя перенести подальше от двигателя или системы выхлопа, могут потребоваться тепловые экраны, изоляционные рукава или переработка маршрута трубопроводов.
Укрепите контроль загрязнений и защиту от температуры
Высокая температура ускоряет окисление гидравлического масла и увеличивает ущерб, причиняемый воздухом, водой и твердыми частицами.
Система должна, следовательно, включать:
- Фильтрацию, соответствующую требованиям к чистоте компонентов
- Фильтры с достаточной пропускной способностью
- Индикаторы дифференциального давления или сигналы о засорении
- Подходящий воздуходув для резервуара
- Контроль воды и конденсата
- Точки слива и очистки
- Заполнение отфильтрованным новым маслом
- Порты для отбора образцов масла
Системы, использующие пропорциональные клапаны, сервоклапаны или другие прецизионные компоненты, как правило, требуют более строгого контроля загрязнения.
Мониторинг температуры также должен быть включен в оригинальный дизайн.
Полезные места для мониторинга включают:
- Водохранилище
- Основная обратная линия
- Вход охладителя
- Выход охладителя
- Выход насоса
- Слив корпуса насоса
- Закрытый отсек оборудования
Система управления может автоматически:
- Запустить вентилятор охлаждения
- Открыть подачу охлаждающей воды
- Активировать сигнализацию о высокой температуре
- Уменьшить частоту рабочего цикла
- Ограничить движения при высокой нагрузке
- Остановить машину, когда температура становится небезопасной
Температурные пределы для сигнализации и отключения должны основываться на допустимых значениях для масла, насоса, уплотнений, шлангов и электрических компонентов. Одно универсальное значение температуры не подходит для каждой гидравлической системы.
Информация, необходимая перед проектированием системы с высокой температурой
| Категория | Информация для подтверждения |
|---|---|
| Температура | Нормальная и максимальная температура окружающей среды, ожидаемая температура масла, максимальная допустимая температура масла |
| Давление | Рабочее давление, пиковое давление, удерживающее давление и время удержания |
| Поток | Максимальный поток, средний поток и поток, необходимый для каждого движения |
| Рабочий цикл | Последовательность движения, частота циклов, время простоя и непрерывное время работы |
| Приводы | Количество, нагрузка, скорость и направление работы цилиндров или двигателей |
| Гидравлическая жидкость | Тип жидкости, класс вязкости и любые специальные среды |
| Установка | Пространство, вентиляция, пыль, воздействие воды и внешние источники тепла |
| Охлаждение и контроль | Условия воздушного или водяного охлаждения, датчики, сигнализации и требования к отключению |
Заключение
Ключом к проектированию гидравлической системы при высокой температуре является не просто установка более крупного радиатора или замена стандартных компонентов на версии с высокой температурой.
Надежный дизайн начинается с учета фактическойambient температуры, температуры масла, давления, потока, рабочего цикла и времени непрерывной работы. Необходимое тепло от сбросного потока, дросселирования, внутренних утечек и потерь давления должно быть сокращено в первую очередь.
Насос, клапаны, трубы, резервуар, охладитель, масло, уплотнения, шланги и электрические компоненты должны быть выбраны как одна единая тепловая система.
При надлежащем контроле загрязнения, мониторинге температуры, автоматическом охлаждении и защите от перегрева гидравлическая система будет лучше поддерживать стабильную работу летом и при других условиях эксплуатации с высокой температурой.
