Khi một hệ thống thủy lực bắt đầu quá nhiệt, lắp đặt bộ làm mát dầu lớn hơn thường là giải pháp đầu tiên được xem xét. Tuy nhiên, một bộ làm mát chỉ có thể loại bỏ nhiệt đã được sinh ra.
Nếu hệ thống vẫn có dòng chảy của van xả liên tục, thắt chặt quá mức, rò rỉ nội bộ nghiêm trọng, áp suất ngược đường ống cao, hoặc ống dẫn quá nhỏ, việc tăng dung tích bộ làm mát có thể chỉ giảm nhiệt độ dầu tạm thời. Những mất mát năng lượng cơ bản sẽ tiếp tục sinh nhiệt.
Cải thiện làm mát hệ thống thủy lực do đó yêu cầu làm việc theo hai hướng:
- Giảm thiểu sự sinh nhiệt không cần thiết bên trong mạch thủy lực
- Cải thiện việc loại bỏ nhiệt qua bể chứa, bộ làm mát, lưu lượng không khí và môi trường xung quanh
Chỉ khi sự sinh nhiệt và tản nhiệt của hệ thống được cân bằng một cách hợp lý thì nhiệt độ dầu mới ổn định ở mức hợp lý trong suốt quá trình hoạt động liên tục.
Giảm thiểu sự sinh nhiệt bên trong đầu tiên
Trước khi nâng cấp thiết bị làm mát, hãy kiểm tra hệ thống thủy lực để phát hiện các mất mát năng lượng không cần thiết.
Mọi khi dầu chịu áp lực đi qua van xả áp, một van điều khiển bị hạn chế nặng, một ống quá nhỏ, hoặc một thành phần thủy lực đã mòn, một phần của năng lượng thủy lực được chuyển đổi thành nhiệt. Nếu các nguồn nhiệt này không được khắc phục, hệ thống làm mát phải liên tục xử lý một tải nhiệt quá cao không cần thiết.
Những khu vực quan trọng cần kiểm tra bao gồm:
- Van xả áp có mở trong thời gian dài hay không
- Một bơm có định mức cố định có liên tục cung cấp dầu ở áp lực cao hay không
- Một van điều khiển dòng chảy hoặc van tỷ lệ có điều chỉnh lưu lượng cao qua một khe rất nhỏ hay không
- Bơm hoặc van điều khiển có rò rỉ nội bộ quá mức hay không
- Áp lực đường về có quá cao không
- Lọc hoặc lối đi dầu bên trong bộ làm mát có bị hạn chế hay không
- Ống, ống mềm, phụ kiện, hoặc khớp nối nhanh có khả năng lưu lượng không đủ hay không
Nếu áp lực đầu ra của bơm cao hơn đáng kể so với áp lực thực tế cần thiết cho bộ thực thi, sự chênh lệch có thể chỉ ra tình trạng siết chặt quá mức, áp lực ngược, hoặc mất mát do xả áp.
Khắc phục những tổn thất này thường hiệu quả hơn so với việc chỉ lắp đặt một bộ làm mát lớn hơn. Nó cũng có thể giảm tiêu thụ năng lượng, tải bơm và mòn linh kiện.
Chọn bộ làm mát theo tải nhiệt thực tế
Một bộ làm mát dầu thủy lực không nên được chọn chỉ dựa vào lưu lượng hệ thống.
Kích thước của bộ làm mát đúng phụ thuộc vào việc hệ thống thủy lực thực sự tạo ra bao nhiêu nhiệt và bao nhiêu nhiệt đó phải được loại bỏ để duy trì nhiệt độ dầu mục tiêu.
Việc lựa chọn bộ làm mát nên xem xét:
- Sự phát sinh nhiệt thực tế của hệ thống
- Nhiệt độ dầu bình thường và tối đa
- Nhiệt độ môi trường tối đa
- Thời gian hoạt động liên tục
- Lưu lượng dầu qua bộ làm mát
- Độ nhớt dầu thủy lực
- Không gian lắp đặt có sẵn
- Điều kiện không khí hoặc nước làm mát
- Nguồn nhiệt bên ngoài xung quanh máy
Một bộ làm mát không khí hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ môi trường 20°C có thể cung cấp khả năng làm mát kém hơn đáng kể khi nhiệt độ xung quanh đạt 40°C.
Vì lý do này, lựa chọn bộ làm mát nên dựa trên nhiệt độ mùa hè cao nhất dự kiến và chu kỳ hoạt động liên tục thực tế của máy. Một bộ làm mát được chọn chỉ từ thử nghiệm ngắn hạn có thể không đủ khi thiết bị hoạt động trong vài giờ dưới tải tối đa.
Một khoảng cách an toàn phù hợp cũng nên được xem xét khi điều kiện hoạt động thay đổi đáng kể hoặc khi bộ làm mát có thể dần mất hiệu quả do ô nhiễm.
Chọn giữa làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước
Hai phương pháp làm mát dầu thủy lực phổ biến nhất là làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và hạn chế.
Bộ làm mát bằng không khí
Bộ làm mát dầu làm mát bằng không khí tương đối dễ lắp đặt và không yêu cầu nguồn nước bên ngoài. Chúng thường được sử dụng trên máy móc di động, phương tiện giao thông, các đơn vị năng lượng thủy lực nhỏ gọn và hệ thống thủy lực độc lập.
Tuy nhiên, hiệu suất làm mát thực tế của chúng bị ảnh hưởng mạnh bởi:
- Nhiệt độ không khí xung quanh
- Lưu lượng không khí của quạt
- Sự sạch sẽ của các cánh tản nhiệt
- Thông gió xung quanh thiết bị
- Tái tuần hoàn không khí nóng đã thải
- Vị trí lắp đặt bộ làm mát
Bộ làm mát nên được lắp đặt ở nơi không khí tươi có thể vào một cách tự do và không khí nóng có thể rời khỏi vỏ máy. Nó không nên được đặt gần ống xả của động cơ, cửa xả tản nhiệt, lò đốt hoặc các thành phần nhiệt độ cao khác.
Bộ làm mát bằng nước
Bộ làm mát dầu nguội bằng nước nhỏ gọn hơn và thường có thể cung cấp khả năng truyền nhiệt ổn định hơn trong điều kiện tải nặng liên tục hoặc trong môi trường nóng.
Trước khi sử dụng bộ làm mát nước, hãy xác nhận:
- Nhiệt độ nước vào làm mát
- Lưu lượng nước có sẵn
- Áp suất nước
- Chất lượng nước
- Rủi ro hình thành cặn
- Rủi ro ăn mòn nội bộ
- Khả năng rò rỉ dầu vào nước
Đối với thiết bị nhà máy đứng yên, làm mát bằng nước thường phù hợp khi có nguồn cung cấp liên tục nước làm mát sạch, nhiệt độ ổn định.
Tuy nhiên, chất lượng nước kém có thể gây ra cặn bên trong bộ làm mát. Những cặn này giảm hiệu quả truyền nhiệt và tăng cường kháng nước. Do đó, cần thường xuyên kiểm tra và làm sạch.
Giữ cho bộ làm mát sạch sẽ
Sự ô nhiễm bộ làm mát là một trong những lý do phổ biến nhất khiến hiệu suất làm mát giảm dần.
Trên một bộ làm mát không khí, bụi, sương dầu, sợi, bùn và các mảnh vụn khác có thể tích tụ giữa các cánh tản nhiệt. Quạt vẫn có thể quay bình thường, nhưng thể tích không khí thực sự đi qua bộ trao đổi nhiệt có thể bị hạn chế nghiêm trọng.
Trong quá trình bảo trì, hãy kiểm tra:
- Liệu các tấm tản nhiệt có bị tắc không
- Liệu các tấm tản nhiệt có bị cong hoặc hư hỏng không
- Liệu quạt có quay đúng hướng không
- Liệu quạt có đạt được tốc độ bình thường không
- Liệu động cơ quạt có bị quá nhiệt không
- Liệu có đủ không gian mở ở phía trước và phía sau bộ làm mát không
Khi làm sạch các tấm tản nhiệt, tránh sử dụng nước áp lực quá cao hoặc khí nén trực tiếp vào bề mặt. Điều này có thể làm cong các tấm tản nhiệt và giảm dòng khí hơn nữa.
Đối với một đơn vị làm mát bằng nước, hãy kiểm tra các đường dẫn nước để phát hiện đá, cặn, ăn mòn, và ô nhiễm sinh học. Các cặn bẩn bên trong có thể hoạt động như một lớp cách nhiệt và có thể giảm đáng kể khả năng chuyển nhiệt ngay cả khi bề mặt bên ngoài có vẻ sạch sẽ.
Mặt dầu cũng nên được kiểm tra xem có cặn bã, sơn bóng, và các cặn khác có thể làm hạn chế dòng chảy của dầu không.
Cải thiện lưu lượng không khí xung quanh bộ làm mát
Hiệu suất làm mát không chỉ phụ thuộc vào kích thước của bộ trao đổi nhiệt mà còn vào việc không khí có thể di chuyển qua và ra khỏi bộ làm mát hiệu quả hay không.
Nếu bộ làm mát được lắp đặt trong một khoang kín, không khí nóng được thải ra bởi quạt có thể còn lại bên trong khoang. Bộ làm mát có thể sẽ hút lại không khí nóng này qua các tấm tản nhiệt, tạo ra một vòng tuần hoàn.
Điều này có thể gây ra:
- Tăng dần nhiệt độ không khí vào bộ làm mát
- Giảm khả năng chuyển nhiệt
- Nhiệt độ bình thường ngay sau khi khởi động nhưng quá nhiệt sau khi hoạt động liên tục
- Nhiệt độ cao hơn xung quanh động cơ điện và các thành phần điện
Các cải tiến có thể bao gồm:
- Thêm các lỗ vào và ra lớn hơn
- Lắp đặt ống dẫn hoặc hướng không khí
- Hướng không khí nóng thải ra ra ngoài vỏ máy
- Tách biệt lối vào làm mát khỏi lối ra khí nóng
- Thêm quạt thông gió vào khoang
- Thay đổi hướng lắp đặt bộ làm mát
- Loại bỏ các chướng ngại vật hạn chế lưu lượng không khí
Lý tưởng nhất, không khí trong lành nên đi qua bộ làm mát dầu thủy lực trước khi đến động cơ, động cơ điện, các bộ phận khí thải hoặc các nguồn nhiệt khác.
Bộ làm mát không nên nhận không khí đã bị làm nóng bởi một thành phần khác.
Tối ưu hóa dung tích bể chứa và thiết kế bên trong
Bình chứa dầu thủy lực không chỉ được sử dụng để lưu trữ dầu. Nó cũng góp phần vào việc làm mát, giải phóng không khí, lắng đọng chất ô nhiễm và tách nước.
Nếu thể tích bình hiệu quả quá nhỏ, dầu có thể trở lại bơm trước khi có đủ thời gian để giải phóng nhiệt và không khí đi kèm.
Những yếu tố thiết kế bình quan trọng bao gồm:
- Dung tích dầu hiệu quả
- Diện tích bề mặt bên ngoài
- Vị trí của các cổng hút và trả dầu
- Sắp xếp ngăn bên trong
- Tốc độ dầu trở lại
- Mực dầu bình thường
- Thông gió xung quanh bể chứa
Đường ống trở lại không nên xả dầu có tốc độ cao trực tiếp lên bề mặt dầu. Điều này có thể làm tăng sự khuấy trộn và tạo bọt.
Dầu nóng trở lại cũng không nên chảy trực tiếp vào khu vực hút của bơm. Một ngăn được thiết kế đúng cách sẽ tăng thời gian lưu dầu trong bể, cho phép chất lỏng có thêm thời gian để làm mát, giải phóng không khí và cho phép các chất ô nhiễm nặng lắng xuống.
Tuy nhiên, một bể chứa lớn hơn không tự động đảm bảo việc làm mát tốt hơn.
Nếu bể chứa được lắp đặt trong một khu vực nóng, kín, hoặc thiếu thông gió, việc tản nhiệt tự nhiên của nó vẫn sẽ bị giới hạn. Vị trí của bể chứa và dòng khí xung quanh do đó cũng quan trọng như thể tích của bể.
Giảm thiểu tổn thất áp suất trong ống và đường ống trở về
Mất áp lực trong các ống, ống dẫn, phụ kiện, bộ lọc và bộ làm mát cuối cùng sẽ được chuyển đổi thành nhiệt.
Các mục sau đây cần được kiểm tra:
- Đường kính đường ống áp lực
- Đường kính đường ống trả lại
- Kích thước đường ống hút
- Chiều dài ống
- Số lượng khớp nối và phụ kiện
- Khả năng lưu lượng của khớp nối nhanh
- Lưu lượng đánh giá của bộ lọc
- Giảm áp lực bên dầu qua bộ làm mát
Thiết kế ống trả thường bị bỏ qua.
Nếu ống trả quá nhỏ, hoặc nếu dầu trả phải đi qua một bộ lọc, bộ làm mát, nhiều phụ kiện và các kết nối hạn chế theo chuỗi, áp suất trở lại có thể trở nên quá mức.
Hệ thống thủy lực sau đó cần áp suất bổ sung chỉ để đẩy dầu trở lại bể chứa. Áp suất bổ sung này đại diện cho năng lượng lãng phí và thêm nhiệt.
Kích thước ống và ống mềm nên được chọn dựa trên lưu lượng thực tế tối đa, tốc độ dầu cho phép và giảm áp suất chấp nhận được. Kích thước ren của một cổng đơn không phải lúc nào cũng cho thấy đúng khu vực dòng chảy bên trong.
Các phép đo áp suất được thực hiện trước và sau các bộ lọc, bộ làm mát và các thành phần ống trả khác có thể giúp xác định sức cản quá mức.
Tối ưu hóa bơm và mạch điều khiển
Đối với thiết bị hoạt động liên tục hoặc thường xuyên thay đổi, tối ưu hóa mạch có thể giảm đáng kể sự sinh nhiệt.
Các giải pháp khả thi bao gồm:
- Sử dụng bơm có thể thay đổi thể tích để phù hợp với lưu lượng cần thiết
- Sử dụng hệ thống cảm biến tải để giảm áp suất không cần thiết
- Thêm một mạch xả phù hợp vào hệ thống bơm có thể thay đổi thể tích cố định
- Sử dụng công tắc áp suất để điều khiển khởi động và dừng bơm
- Sử dụng một bình tích áp trong các khoảng thời gian giữ áp suất dài
- Giảm lượng lưu thông được điều khiển bằng cách điều chỉnh
- Cải thiện phân phối dòng chảy giữa nhiều bộ dẫn động
- Ngăn bơm không duy trì ở chế độ chờ áp suất cao một cách không cần thiết
Xem xét một máy móc dành nhiều thời gian hoạt động để chờ đợi hoặc thực hiện các chuyển động lưu lượng thấp. Nếu bơm tiếp tục cung cấp lưu lượng đầy đủ trong những khoảng thời gian này, hầu hết năng lượng thủy lực dư thừa có thể bị chuyển đổi thành nhiệt qua các van và hạn chế.
Khớp đầu ra của bơm với nhu cầu thực tế có thể hạ nhiệt độ dầu trong khi cũng giảm tiêu thụ điện năng của động cơ và chi phí vận hành.
Cách ly các nguồn nhiệt bên ngoài
Một số hệ thống thủy lực không sản sinh nhiệt độ nội bộ quá mức, nhưng môi trường lắp đặt của chúng liên tục chuyển nhiệt vào bể chứa, ống mềm, khối van và các thành phần khác.
Các nguồn nhiệt bên ngoài phổ biến bao gồm:
- Động cơ
- Bộ ống xả
- Lò
- Thiết bị sưởi
- Vật liệu nóng
- Động cơ điện
- Ánh sáng mặt trời trực tiếp
Các biện pháp bảo vệ có thể bao gồm:
- Lắp đặt tấm chắn nhiệt
- Di chuyển bình chứa hoặc khối van
- Bảo vệ ống dẫn bằng lớp cách nhiệt chịu nhiệt độ cao
- Di chuyển bộ làm mát ra xa nguồn nhiệt
- Thêm một tấm che nắng
- Cải thiện thông gió trong tủ
- Ngăn không cho không khí nóng thổi trực tiếp vào đơn vị nguồn thủy lực
Cách nhiệt phải được thiết kế cẩn thận. Một tấm chắn nhiệt ngăn cản đường thông gió bình thường có thể gây ra vấn đề quá nhiệt mới.
Mục tiêu là giảm chuyển giao nhiệt bức xạ và đối lưu mà không hạn chế lưu lượng không khí cần thiết cho việc làm mát.
Thêm giám sát nhiệt độ và điều khiển tự động
Kiểm tra nhiệt độ bằng tay có thể không đủ cho thiết bị thủy lực hoạt động liên tục, tải nặng hoặc không có người giám sát.
Cảm biến nhiệt độ có thể được lắp đặt ở một số vị trí, bao gồm:
- Bể chứa
- Cửa ra của bơm
- Đường ống trở chính
- Cổng vào và cổng ra của bộ làm mát
- Bộ van
- Nước xả của bơm
- Buồng máy được bao bọc
Hệ thống điều khiển sau đó có thể phản ứng tự động bằng cách:
- Khởi động quạt làm mát
- Mở nguồn cung cấp nước làm mát
- Giảm tần suất chu kỳ máy
- Chuyển sang chế độ vận hành tải thấp hơn
- Kích hoạt báo động nhiệt độ cao
- Dừng máy khi nhiệt độ trở nên không an toàn
Nhiệt độ khởi động quạt, nhiệt độ báo động và giới hạn dừng nên dựa trên dầu thủy lực, bơm, gioăng, ống và thiết kế tổng thể của hệ thống.
Một cài đặt nhiệt độ duy nhất toàn cầu không nên được sử dụng cho mọi hệ thống thủy lực.
Xu hướng nhiệt độ thường hữu ích hơn một phép đo đơn lẻ. Sự gia tăng d gradual trong nhiệt độ vận hành trong vài tuần có thể chỉ ra sự ô nhiễm mát hơn, tăng rò rỉ nội bộ, sự xuống cấp của quạt, hoặc hiệu suất hệ thống giảm.
Thường xuyên kiểm tra hiệu suất làm mát
Kiểm tra xem quạt có đang quay hay không là không đủ để xác nhận hệ thống làm mát hoạt động hiệu quả.
Các dữ liệu vận hành sau đây nên được ghi lại và so sánh:
| Mục kiểm tra | Mục đích chính |
|---|---|
| Nhiệt độ môi trường | Xác nhận môi trường vận hành thực tế của bộ làm mát |
| Nhiệt độ dầu trong bể chứa | Cho thấy xu hướng nhiệt độ tổng thể của hệ thống |
| Nhiệt độ đầu vào của bộ làm mát | Chỉ ra tải nhiệt vào bộ làm mát |
| Nhiệt độ đầu ra của bộ làm mát | Cho thấy nhiệt độ dầu sau khi làm mát |
| Chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra của bộ làm mát | Giúp đánh giá hiệu suất truyền nhiệt |
| Sự sụt giảm áp suất bên dầu | Xác định các trở ngại hoặc tắc nghẽn bên trong có thể có |
| Dòng điện và tốc độ quạt | Xác nhận xem quạt có hoạt động đúng không |
| Nhiệt độ đầu vào và đầu ra của nước làm mát | Đánh giá việc truyền nhiệt bên nước |
| Thời gian hoạt động liên tục | Xác nhận xem hệ thống có đạt được cân bằng nhiệt ổn định hay không |
Nếu sự chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và đầu ra của bộ làm mát giảm dần, các nguyên nhân có thể bao gồm lưu lượng không khí không đủ, lưu lượng nước làm mát thấp, cánh tản nhiệt bị ô nhiễm, cặn bám hoặc sự đóng cặn bên trong.
Tuy nhiên, sự khác biệt nhiệt độ nhỏ không phải lúc nào cũng có nghĩa là bộ làm mát bị lỗi. Nó cũng có thể xảy ra khi dòng dầu qua bộ làm mát rất cao hoặc khi hệ thống sinh ra ít nhiệt tương đối.
Do đó, sự khác biệt nhiệt độ phải được đánh giá cùng với dòng dầu, nhiệt độ môi trường, tổng nhiệt độ dầu, độ giảm áp và điều kiện hoạt động của máy.
Kết luận
Cải thiện việc làm mát hệ thống thủy lực đòi hỏi nhiều hơn là chỉ lắp đặt một bộ làm mát dầu lớn hơn.
Cách tiếp cận hiệu quả nhất là trước tiên giảm thiểu việc sinh nhiệt không cần thiết do dòng chảy cứu trợ liên tục, điều tiết quá mức, rò rỉ bên trong, tổn thất áp suất và áp suất hồi tiếp. Bình chứa, bộ làm mát dầu, lưu lượng không khí, ống dẫn, mạch điều khiển và hệ thống giám sát nhiệt độ có thể được tối ưu hóa theo tải nhiệt thực tế.
Đối với thiết bị hoạt động liên tục, nhiệt độ dầu, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ đầu vào và đầu ra của bộ làm mát, và thời gian hoạt động nên được ghi lại dưới điều kiện làm việc thực tế.
Thông tin này giúp xác nhận liệu hệ thống thủy lực có thể đạt được cân bằng nhiệt ổn định trong mùa hè hoặc các điều kiện hoạt động có nhiệt độ cao khác hay không.
Bằng cách kiểm soát cả việc sinh nhiệt và phân tán nhiệt, các nhà sản xuất và vận hành thiết bị có thể giảm thiểu sự suy giảm dầu thủy lực, giới hạn hao mòn của gioăng và linh kiện, cải thiện hiệu quả năng lượng và tăng độ tin cậy của toàn bộ hệ thống thủy lực.
