Когда гидравлическая система начинает перегреваться, установление более крупного охладителя масла часто является первым рассматриваемым решением. Однако охладитель может удалить только то тепло, которое уже было сгенерировано.
Если в системе все еще есть постоянный поток через сбросной клапан, чрезмерное дросселирование, серьезные внутренние утечки, высокое давление в обратной линии или недоразмеренные трубы, увеличение мощности охладителя может лишь временно снизить температуру масла. Основные потери энергии продолжат производить тепло.
Улучшение охлаждения гидравлической системы, следовательно, требует работы в двух направлениях:
- Снижение ненужного выделения тепла внутри гидравлической схемы
- Улучшение отвода тепла через резервуар, охладитель, поток воздуха и окружающую среду
Только когда выделение тепла системой и его отвод правильно сбалансированы, температура масла может стабилизироваться на разумном уровне во время непрерывной работы.
Сначала уменьшите внутреннее выделение тепла
Перед модернизацией оборудования для охлаждения проверьте гидравлическую систему на предмет ненужных потерь энергии.
Когда под давлением масло проходит через аварийный клапан, клапан с высокой степенью ограничения, трубу недостаточного размера или изношенный гидравлический компонент, часть гидравлической энергии преобразуется в тепло. Если эти источники тепла не устранить, система охлаждения должна постоянно справляться с ненужной высокой тепловой нагрузкой.
Важные области для проверки включают:
- Остается ли аварийный клапан открытым на длительное время
- Поставляет ли насос с фиксированным объемом масла под высоким давлением непрерывно
- Регулирует ли клапан управления потоком или пропорциональный клапан высокий поток через очень небольшое отверстие
- Имеют ли насос или клапаны управления чрезмерное внутреннее утечку
- Слишком ли высоко давление на возвратной линии
- Ограничены ли фильтры или масляные проходы внутри охладителя
- Имеют ли трубы, шланги, соединения или быстросъёмные соединения недостаточную пропускную способность
Если давление на выходе насоса значительно выше, чем фактическое давление, требуемое исполнительным механизмом, то разница может указывать на чрезмерное ограничение, обратное давление или потери при сбросе.
Устранение этих потерь обычно более эффективно, чем просто установка большего охладителя. Это также может снизить потребление энергии, нагрузку на насос и износ компонентов.
Выберите охладитель в соответствии с фактической тепловой нагрузкой
Гидравлический масляный охладитель не следует выбирать только по потоку в системе.
Правильный размер охладителя зависит от того, сколько тепла на самом деле вырабатывает гидравлическая система и сколько из этого тепла необходимо удалить для поддержания целевой температуры масла.
Выбор охладителя должен учитывать:
- Фактическое выделение тепла в системе
- Нормальные и максимальные температуры масла
- Максимальная температура окружающей среды
- Время непрерывной работы
- Поток масла через охладитель
- Вязкость гидравлического масла
- Доступное пространство для установки
- Условия воздухоснабжения или охлаждающей воды
- Внешние источники тепла вокруг машины
Воздушный охладитель, который хорошо работает при температуре окружающей среды 20°C, может обеспечить значительно менее эффективное охлаждение при достижении температуры окружающей среды 40°C.
По этой причине выбор охладителя должен основываться на самой высокой ожидаемой летней температуре и реальном рабочем цикле машины. Охладитель, выбранный только по результатам краткосрочного тестирования, может быть недостаточным, когда оборудование работает несколько часов под полной нагрузкой.
Также следует учитывать подходящий запас безопасности, когда условия работы значительно варьируются или когда охладитель может постепенно терять эффективность из-за загрязнения.
Выберите между воздушным охлаждением и водяным охлаждением
Два самых распространённых метода охлаждения гидравлического масла - это воздушное и водяное охлаждение. Каждый из них имеет свои преимущества и ограничения.
Воздушные охладители масла
Воздушные охладители масла относительно легки в установке и не требуют внешнего водоснабжения. Они обычно используются на мобильной технике, транспортных средствах, компактных гидравлических силовых установках и независимых гидравлических системах.
Тем не менее, на их фактическую производительность охлаждения сильно влияют:
- Температура окружающего воздуха
- Поток воздуха вентилятора
- Чистота охлаждающих ребер
- Вентиляция вокруг оборудования
- Рециркуляция отводимого горячего воздуха
- Положение установки охладителя
Охладитель следует устанавливать в месте, где свежий воздух может свободно поступать, а горячий воздух покидать корпус машины. Его не следует располагать близко к выхлопу двигателя, выпуску радиатора, печи или другим компонентам с высокой температурой.
Водяные охладители масла
Охладители масла с водяным охлаждением более компактны и обычно могут обеспечить более стабильный теплообмен при непрерывной высокой нагрузке или в горячих условиях.
Перед использованием водяного охладителя необходимо подтвердить:
- Температура входной охлаждающей воды
- Доступный поток воды
- Давление воды
- Качество воды
- Риск образования накипи
- Риск внутренней коррозии
- Возможность утечки масла в воду
Для стационарного заводского оборудования водяное охлаждение часто подходит, когда доступен непрерывный источник чистой, стабильной температуры охлаждающей воды.
Однако плохое качество воды может вызвать отложения накипи внутри охладителя. Эти отложения снижают эффективность теплообмена и увеличивают сопротивление со стороны воды. Регулярный осмотр и очистка, следовательно, необходимы.
Держите охладитель в чистоте
Загрязнение охладителя является одной из самых распространенных причин постепенного снижения эффективности охлаждения.
На воздушном охладителе могут скапливаться пыль, масляный туман, волокна, грязь и другой мусор между ребрами. Вентилятор может продолжать работать нормально, но фактический объем воздуха, проходящего через теплообменник, может значительно уменьшиться.
Во время обслуживания осмотрите:
- Забиты ли охлаждающие ребра
- Изогнуты или повреждены ли ребра
- Вращается ли вентилятор в правильном направлении
- Достигает ли вентилятор своей нормальной скорости
- Перегревается ли мотор вентилятора
- Хватает ли свободного пространства спереди и сзади охладителя
При чистке ребер избегайте использования слишком высокого давления воды или сжатого воздуха непосредственно на поверхность. Это может изгибать ребра и еще больше уменьшать поток воздуха.
Для системы о cooling на воде проверьте водяные каналы на наличие налета, осадка, коррозии и биологического загрязнения. Внутренние отложения действуют как изолирующий слой и могут значительно сократить передачу тепла, даже когда внешняя поверхность кажется чистой.
Сторону масла также следует проверить на наличие шлака, лака и других отложений, которые могут ограничивать поток масла.
Улучшите поток воздуха вокруг охладителя
Эффективность охлаждения зависит не только от размера теплообменника, но и от того, может ли воздух эффективно проходить через него и покидать его.
Если охладитель установлен внутри закрытого отсека, горячий воздух, выбрасываемый вентилятором, может оставаться внутри корпуса. Охладитель тогда может втянуть этот нагретый воздух обратно через ребра, создавая контур рециркуляции.
Это может вызвать:
- Постепенное увеличение температуры входящего воздуха в охладитель
- Сниженную теплопередачу
- Нормальную температуру вскоре после запуска, но перегрев при непрерывной работе
- Более высокие температуры вокруг электродвигателя и электрических компонентов
Возможные улучшения включают:
- Добавление больших воздушных входных и выходных отверстий
- Установка воздуховода или воздушного направляющего устройства
- Направление выбрасываемого горячего воздуха за пределы корпуса машины
- Отделение входа охладителя от выхода горячего воздуха
- Добавление вентиляционных вентиляторов в отсек
- Изменение направления установки охладителя
- Удаление препятствий, ограничивающих поток воздуха
В идеале свежий воздух должен проходить через гидравлический охладитель масла, прежде чем достигнуть двигателей, электрических моторов, компонентов выхлопа или других источников тепла.
Охладитель не должен получать воздух, который уже был нагрет другим компонентом.
Оптимизируйте емкость резервуара и внутренний дизайн
Гидравлический резервуар используется не только для хранения масла. Он также способствует охлаждению, выделению воздуха, осаждению загрязняющих веществ и разделению воды.
Если эффективный объем резервуара слишком мал, масло может вернуться в насос до того, как у него будет достаточно времени для высвобождения тепла и захваченного воздуха.
Важные факторы проектирования резервуара включают:
- Эффективная емкость масла
- Внешняя поверхность
- Положение входных и возвратных портов
- Внутреннее расположение перегородок
- Скорость возвратного масла
- Нормальный уровень масла
- Вентиляция вокруг резервуара
Возвратная линия не должна сбрасывать масло высокой скорости прямо на поверхность масла. Это может увеличить аэрацию и пенообразование.
Горячее возвратное масло также не должно поступать непосредственно в зону всасывания насоса. Правильно спроектированная перегородка увеличивает путь масла внутри резервуара, давая жидкости больше времени для охлаждения, освобождения воздуха и осаждения более тяжелых загрязняющих веществ.
Тем не менее, больший резервуар не гарантирует автоматического улучшения охлаждения.
Если резервуар установлен в горячем, закрытом или плохо вентилируемом месте, его естественное рассеивание тепла все равно будет ограничено. Расположение резервуара и окружающий воздух столь же важны, как и объем резервуара.
Сократите потери давления в трубах и обратных линиях
Потери давления в гидравлических трубопроводах, шлангах, соединениях, фильтрах и кулерах в конечном итоге преобразуются в тепло.
Следующие элементы должны быть проверены:
- Диаметр напорной линии
- Диаметр возвратной линии
- Размер всасывающей линии
- Длина шланга
- Количество изгибов и соединений
- Производительность быстросъемных соединений
- Расчетный поток фильтра
- Падение давления на стороне масла в кулере
Дизайн возвратной линии часто игнорируется.
Если возвратная труба слишком мала или если возвратное масло должно проходить через фильтр, охладитель, несколько фитингов и ограничительные соединения последовательно, то обратное давление может стать чрезмерным.
Гидравлической системе тогда требуется дополнительное давление просто для того, чтобы вернуть масло в резервуар. Это дополнительное давление представляет собой потерю энергии и дополнительное тепло.
Размеры труб и шлангов должны подбираться в соответствии с максимальным фактическим потоком, допустимой скоростью масла и приемлемым падением давления. Размер резьбы порта сам по себе не всегда указывает на истинную внутреннюю площадь потока.
Измерения давления, проведенные до и после фильтров, охладителей и других компонентов возвратной линии, могут помочь выявить чрезмерное сопротивление.
Оптимизируйте насос и контур управления
Для оборудования, которое работает непрерывно или часто работает в цикле, оптимизация цепи может значительно снизить выделение тепла.
Возможные решения включают:
- Использование насоса с переменным объемом для соответствия требуемому потоку
- Использование системы определения нагрузки для снижения ненужного давления
- Добавление подходящей схемы разгрузки к системе насоса с фиксированным объемом
- Использование датчиков давления для управления запуском и остановкой насоса
- Использование аккумулятора в течение длительных периодов удерживания давления
- Снижение объема потока, контролируемого дросселированием
- Улучшение распределения потока между несколькими актуаторами
- Предотвращение ненужного удерживания насоса в состоянии высокого давления
Рассмотрим машину, которая проводит большую часть своего рабочего времени в ожидании или выполняя движения с низким потоком. Если насос продолжает подавать полный поток в эти периоды, большая часть избыточной гидравлической энергии может быть преобразована в тепло через клапаны и ограничения.
Подбор выходного потока насоса к фактическому спросу может снизить температуру масла, а также уменьшить потребление энергии мотором и эксплуатационные расходы.
Изолируйте внешние источники тепла
Некоторые гидравлические системы не выделяют чрезмерного внутреннего тепла, но их окружающая среда постоянно передает тепло в резервуар, шланги, блоки клапанов и другие компоненты.
Общие источники внешнего тепла включают:
- Двигатели
- Выпускные трубы
- Печи
- Отопительное оборудование
- Горячие материалы
- Электродвигатели
- Прямой солнечный свет
Возможные меры предосторожности включают:
- Установка тепловых щитов
- Перемещение резервуара или блока клапанов
- Защита шлангов с помощью изолирующих футляров высокой температуры
- Удаление охладителя от источника тепла
- Добавление солнцезащитного экрана
- Улучшение вентиляции корпуса
- Предотвращение попадания горячего воздуха непосредственно на гидравлический насос
Теплоизоляция должна быть спроектирована тщательно. Тепловой щит, блокирующий нормальный путь вентиляции, может создать новую проблему перегрева.
Цель состоит в том, чтобы снизить излучение и конвективный теплообмен, не ограничивая поток воздуха, необходимый для охлаждения.
Добавьте мониторинг температуры и автоматическое управление
Ручные проверки температуры могут оказаться недостаточными для постоянно работающего, сильно загруженного или unattended гидравлического оборудования.
Датчики температуры могут быть установлены в нескольких местах, включая:
- Водохранилище
- Выход насоса
- Основная обратная линия
- Вход и выход охладителя
- Коллекторного блока клапанов
- Слив корпуса насоса
- Закрытое машинное отделение
Система управления затем может реагировать автоматически путем:
- Запуска охлаждающего вентилятора
- Открытия подачи охлаждающей воды
- Снижения частоты циклов машины
- Переключения на режим работы с меньшей нагрузкой
- Активации сигнала тревоги при высокой температуре
- Остановки машины, когда температура становится небезопасной
Температура начала работы вентилятора, температура тревоги и предельная температура для отключения должны основываться на гидравлическом масле, насосе, уплотнениях, шлангах и общем дизайне системы.
Единая универсальная установка температуры не должна использоваться для каждой гидравлической системы.
Тенденции температуры часто более полезны, чем одно изолированное значение. Постепенное повышение рабочей температуры на протяжении нескольких недель может указывать на более низкую степень загрязнения, увеличение внутренней утечки, ухудшение работы вентилятора или снижение эффективности системы.
Регулярно проверяйте эффективность охлаждения
Проверка на то, вращается ли вентилятор, недостаточна для подтверждения эффективной работы системы охлаждения.
Следующие операционные данные следует записывать и сравнивать:
| Пункты проверки | Основная цель |
|---|---|
| Температура окружающей среды | Подтверждает фактические условия эксплуатации охладителя |
| Температура масла в резервуаре | Показывает общую тенденцию температуры системы |
| Температура на входе в охладитель | Указывает тепловую нагрузку, поступающую в охладитель |
| Температура на выходе из охладителя | Показывает температуру масла после охлаждения |
| Разница температур от входа к выходу охладителя | Помогает оценить эффективность теплообмена |
| Падение давления на стороне масла | Выявляет возможные ограничения или внутренние блокировки |
| Ток и скорость вентилятора | Подтверждает, работает ли вентилятор правильно |
| Температуры на входе и выходе охлаждающей воды | Оценивает теплообмен на стороне воды |
| Время непрерывной работы | Подтверждает, достигает ли система стабильного теплового баланса |
Если разница температуры между входом и выходом охладителя постепенно уменьшается, возможные причины включают недостаточный воздушный поток, низкий поток охлаждающей воды, загрязненные ребра, отложения накипи или внутренние засоры.
Тем не менее, небольшая разница температуры не всегда означает, что охладитель неисправен. Это также может происходить, когда поток масла через охладитель очень высок или когда система выделяет относительно мало тепла.
Следует оценивать разницу температуры в сочетании с потоком масла, температурой окружающей среды, общей температурой масла, перепадом давления и условиями работы машины.
Заключение
Улучшение охлаждения гидравлической системы требует больше, чем просто установка большего охладителя масла.
Наиболее эффективный подход заключается в том, чтобы сначала уменьшить ненужное выделение тепла, вызванное постоянным сбросом потока, чрезмерным ограничением, внутренними утечками, потерями давления и обратным давлением в линии возврата. Затем резервуар, охладитель масла, воздушный поток, трубопроводы, контур управления и система мониторинга температуры можно оптимизировать в соответствии с фактической тепловой нагрузкой.
Для оборудования, работающего в непрерывном режиме, следует фиксировать температуру масла, давление, поток, температуры входа и выхода охладителя, а также время работы в реальных условиях.
Эта информация помогает подтвердить, может ли гидравлическая система достичь стабильного теплового баланса в условиях летней жары или других высокотемпературных условий эксплуатации.
Контролируя как выделение тепла, так и его отвод, производители и операторы оборудования могут снижать деградацию гидравлического масла, ограничивать износ уплотнений и компонентов, улучшать энергоэффективность и повышать надежность всей гидравлической системы.
