Увеличение температуры является нормальным явлением, когда работает гидравлическая система.
Гидравлические насосы, управляющие клапаны, трубы, шланги и приводы создают трение, внутренние утечки и потери давления во время передачи давления и потока. Часть мощности, подаваемой электродвигателем или двигателем, тем самым преобразуется в тепло.
Настоящая проблема заключается в том, генерирует ли система больше тепла, чем резервуар, трубопровод и охладитель могут убрать.
Когда генерация тепла остается выше, чем диссипация тепла, температура гидравлического масла продолжает расти. В таком случае машина может выдавать предупреждения о высоких температурах, замедлять движение, терять эффективность, показывать нестабильное давление, ускоренное старение масла или автоматическую остановку.
Большинство проблем с перегревом гидравлической системы можно разделить на три категории:
- Чрезмерная генерация тепла внутри системы
- Недостаточная диссипация тепла
- Неправильный выбор гидравлического масла или плохое состояние масла
Понимание того, какая категория является ответственной, является первым шагом к эффективному решению.
Распределительный клапан работает непрерывно
Распределительный клапан является одним из самых распространенных источников тепла в гидравлической системе.
Когда давление в системе достигает установленного значения распределительного клапана, избыточный поток насоса возвращается с высоконапорной стороны обратно в резервуар. Большое падение давления через клапан преобразует гидравлическую энергию в тепло.
При нормальных условиях распределительный клапан должен в основном защищать систему от избыточного давления. Он не должен постоянно контролировать или сбрасывать полный поток насоса.
Непрерывный сброс потока может происходить, когда:
- Цилиндр достигает конца своего хода, в то время как насос продолжает подавать масло.
- Нагрузка превышает ёмкость системы.
- Давление сброса установлено слишком низко.
- Запорный клапан загрязнен, изношен или не может полностью закрыться.
- Система с фиксированным объемом насоса не имеет эффективной схемы сброса.
- Оператор слишком долго удерживает управляющий клапан в рабочем положении.
Если распределительный клапан и близлежащая возвратная линия значительно горячее, чем остальная часть системы, непрерывный сброс потока следует исследовать.
Чрезмерное дросселирование создает тепло
Гидравлические системы часто управляют скоростью актуатора через дроссельные клапаны, регулирующие потока, пропорциональные клапаны или небольшие управляющие отверстия.
Всякий раз, когда масло проходит через ограниченное отверстие, давление теряется. Если поток велик, отверстие клапана маленькое или разница давлений велика, значительное количество гидравлической энергии преобразуется в тепло.
Например, если насос поставляет гораздо больший поток, чем требуется актуатору, избыточный поток должен проходить через дроссельный клапан или распределительный клапан. Скорость актуатора может контролироваться, но общая эффективность системы становится низкой.
Общие причины включают:
- Слишком большой гидравлический насос.
- Регулирующий клапан, установленный слишком закрыто.
- Пропорциональный клапан, управляющий большим потоком через маленькое отверстие.
- Несколько ограничений клапана, действующих последовательно.
- Отсутствие насоса с переменным объемом или системы управления с учетом нагрузки.
Если один блок клапанов значительно горячее окружающих компонентов, он может содержать постоянную точку ограничения.
Внутренние утечки в насосах и клапанах
Гидравлические насосы и управляющие клапаны имеют контролируемые внутренние зазоры.
По мере износа компонентов или при разжижении гидравлического масла при высокой температуре, больше масла может утекать внутрь из зон высокого давления в зоны низкого давления.
Насос может продолжать потреблять мощность двигателя или мотора, при этом производя менее эффективный выходной поток. Утраченная энергия преобразуется в тепло внутри насоса или клапана.
Типичные симптомы включают:
- Нормальная работа на холоде, но более медленное движение при нагреве
- Аномально высокая температура корпуса насоса или блока клапанов
- Плохие характеристики удерживания давления
- Слабое движение привода, несмотря на непрерывную работу насоса
- Фактическая мощность насоса ниже ожидаемой производительности
Если поток насоса значительно снижается после нагрева системы, следует проверить эффективность насоса и утечку клапана.
Чрезмерное падение давления в трубопроводе и обратное давление
Гидравлическое масло испытывает сопротивление при прохождении через трубы, шланги, fittings, фильтры, быстросъемные соединения, клапаны и охладители.
Если линия слишком мала, слишком длинна, резко изогнута или частично заблокирована, насос должен создавать дополнительное давление для поддержания необходимого потока. Эта дополнительная потеря давления преобразуется в тепло.
Проблемные области могут включать:
- Недостаточно большие линии давления или возврата
- Длинные или резко изогнутые шланги
- Быстросъемные соединения с недостаточной пропускной способностью
- Заблокированные или перегруженные фильтры
- Охладители с чрезмерным сопротивлением потоку
- Сплюснутые или поврежденные изнутри шланги
- Ограничительные fitting или адаптеры
Высокое обратное давление в линии возврата также может увеличить сопротивление привода и повлиять на работу гидравлических моторов, клапанов и цилиндров.
Давление возврата и дифференциальное давление фильтра должны измеряться в условиях фактического рабочего потока машины.
Высокая частота циклов или непрерывная работа под высоким давлением
Чем чаще работает гидравлическая система, тем больше гидравлической энергии она передает за единицу времени.
Следующие условия эксплуатации могут вызвать непрерывный рост температуры масла:
- Частое вытягивание и выдвижение цилиндра
- Несколько приводов, работающих одновременно
- Долгие периоды удержания давления
- Непрерывная работа машины
- Частое ускорение и замедление
- Частота циклов выше, чем первоначальное проектное требование
- Увеличенная скорость актуатора без модернизации системы охлаждения
Некоторые гидравлические системы остаются холодными в течение короткого теста, но перегрева труда в условиях непрерывной работы.
Это обычно означает, что система может удовлетворять моментальным требованиям по давлению и потоку, но её долгосрочный тепловой баланс недостаточен.
Размер или конструкция резервуара недостаточны
Гидравлический резервуар делает больше, чем просто хранит масло. Он также помогает отводить тепло, отделять воздух, отсеивать загрязнения и обеспечивает стабильные условия всасывания насоса.
Если резервуар слишком мал, масло циркулирует слишком быстро и не остается внутри достаточно долго, чтобы отвести тепло или захваченный воздух.
Плохой внутренний дизайн также может позволить горячему возвратному маслу течь прямо к области всасывания насоса.
Общие проблемы с резервуарами включают:
- Недостаточный эффективный объем масла
- Соединительные и всасывающие порты расположены слишком близко друг к другу
- Плохо спроектированные внутренние перегородки
- Низкий уровень масла
- Установка рядом с двигателем или источником тепла
- Пыль или масло, покрывающие поверхность резервуара
Просто добавление большего количества масла может не решить проблему. Следует также проверить путь возвратного потока, распределение всасывания, отделение воздуха и вентиляцию резервуара.
Мощность охлаждения недостаточна
Когда естественного рассеивания тепла из резервуара и трубопроводов недостаточно, системе требуется теплообменник с воздушным или водяным охлаждением.
Летом разница температур между маслом и окружающим воздухом уменьшается, что снижает эффективность воздушного охладителя.
Эффективность охлаждения также может уменьшаться из-за:
- Недостаточного охладителя масла
- Пыли или масла, блокирующих охлаждающие ребра
- Неправильного вращения вентилятора
- Недостаточная воздухопроницаемость
- Неисправность мотора вентилятора или термовыключателя
- Плохая вентиляция вокруг охладителя
- Горячий воздух, выбрасываемый назад к входу охладителя
- Налет внутри водоохлаждаемого теплообменника
- Высокая температура охлаждающей воды или недостаточный поток воды
Охладитель может удалять только тепло, которое уже было сгенерировано.
Если в системе есть постоянный сброс, серьезная внутренняя утечка или чрезмерное дросселирование, установка большего охладителя может уменьшить температуру, но не исправит основную проблему с эффективностью.
Гидравлическое масло неверное или ухудшено
Как чрезмерно высокая, так и чрезмерно низкая вязкость масла могут способствовать перегреву.
Слишком густое масло создает дополнительное сопротивление в всасывающих линиях, фильтрах, клапанах и возвратных трубах. Слишком жидкое масло увеличивает внутренние утечки в насосах, клапанах, двигателях и цилиндрах.
Распространенные проблемы, связанные с маслами, включают:
- Некорректный класс вязкости для окружающей температуры
- Смешивание различных типов или классов гидравлического масла
- Окисленное или старое масло
- Загрязнение водой, топливом или химическими веществами
- Неподходящий индекс вязкости для больших изменений температуры
- Плохая фильтрация или чрезмерное загрязнение частицами
Гидравлическое масло должно быть выбрано в соответствии с типом насоса, ожидаемой рабочей температурой, условиями окружающей среды, рабочим давлением и рекомендациями производителя оборудования.
Масло не должно заменяться только в зависимости от сезона без учета полных требований системы.
Внешние источники тепла влияют на систему
Высокая температура окружающей среды снижает способность резервуара и охладителя отводить тепло.
Фактическая температура вокруг гидравлической системы может быть значительно выше, чем наружная температура, когда оборудование установлено внутри закрытого отсека или рядом с источником тепла.
Общие источники внешнего тепла включают:
- Двигатели и выхлопные трубы
- Котлы и отопительное оборудование
- Горячие материалы или производственные процессы
- Прямой солнечный свет
- Задержанный горячий воздух внутри закрытых машин
- Горячий воздух, сбрасываемый из охладителя
Возможные решения включают улучшение вентиляции, установку тепловых экранов, перемещение компонентов, добавление изоляции или переработку пути воздухопотока.
Как определить основной источник тепла
Практическое расследование перегрева должно сравнивать температуру, давление, поток и производительность машины.
Температура
Измерьте температуры в резервуаре, корпусе насоса, блоке клапанов, подающем магистрале, обратной магистрали, а также на входе и выходе охладителя. Локальная горячая точка часто указывает на внутреннюю утечку, дросселирование или чрезмерную потерю давления.
Давление
Проверьте давление на выходе насоса, фактическое давление нагрузки, давление в обратной линии и дифференциальное давление фильтра. Это может показать постоянный сброс потока, чрезмерное дросселирование, высокое обратное давление или блокировку.
Поток
Измерьте фактическую производительность насоса и сравните холодный и горячий расход. Значительное снижение после прогрева может указывать на износ насоса или утечку клапана.
Производительность
Сравните скорость привода, время цикла, способность удерживать давление, уровень шума и ток в моторе до и после нагрева масла.
Если давление в насосе значительно выше давления, необходимого для нагрузки, проверьте наличие дросселирования, обратного давления и потерь на сливном клапане.
Если расход, скорость или эффективность удержания падают после прогрева, проверьте вязкость масла, эффективность насоса и внутренние утечки в клапанах и приводах.
Заключение
Перегрев гидравлической системы редко вызывается только одним компонентом.
Непрерывный сброс потока, чрезмерное дросселирование, утечки у насоса и клапанов, ограничительная трубопроводная система, высокое обратное давление, недостаточная емкость резервуара, плохая производительность охлаждения и деградация гидравлического масла могут все способствовать образованию или удерживанию избыточного тепла.
Летние температуры еще больше снижают рассеивание тепла, что делает системы, которые уже работают близко к своим проектным пределам, более подверженными перегреву.
Правильное решение — это не просто контролировать температуру резервуара или устанавливать более крупный охладитель.
Эффективная диагностика должна сначала определить, где генерируется тепло, выяснить, почему оно не может быть удалено, и сравнить давление, поток и производительность привода в холодных и горячих рабочих условиях.
Как только основной источник тепла будет идентифицирован, насос, клапаны, трубопровод, резервуар, гидравлическое масло и система охлаждения могут быть оптимизированы для снижения рабочей температуры и повышения долгосрочной надежности.
AiSoar Hydraulics предоставляет гидравлические силовые установки, агрегаты клапанов, гидравлические цилиндры и услуги по проектированию и оптимизации полных гидравлических систем для мобильного и промышленного оборудования.
Для технической оценки клиенты могут предоставить гидравлическую схему, рабочее давление, поток насоса, мощность мотора, емкость резервуара, рабочий цикл, температуру окружающей среды, нормальную температуру масла, максимальную температуру масла и описание симптомов перегрева.
