Một số máy thủy lực hoạt động bình thường ngay sau khi khởi động. Áp suất, tốc độ và tiếng ồn có thể đều có vẻ chấp nhận được. Tuy nhiên, sau 30 phút, một giờ, hoặc lâu hơn, nhiệt độ dầu có thể tiếp tục tăng. Máy có thể chạy chậm hơn, giảm hiệu suất, kích hoạt cảnh báo nhiệt độ cao, hoặc tự động tắt.
Điều này không phải lúc nào cũng có nghĩa là một thành phần đột ngột bị hỏng. Trong nhiều trường hợp, hệ thống đang tạo ra nhiệt nhanh hơn so với bể chứa, ống dẫn và bộ làm mát có thể loại bỏ.
Nhiệt độ vận hành cuối cùng phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Nhiệt lượng phát sinh trên một đơn vị thời gian
- Nhiệt lượng tỏa ra trên một đơn vị thời gian
Khi nhiệt lượng phát sinh vẫn cao hơn nhiệt lượng tỏa ra, nhiệt độ tiếp tục tăng cho đến khi hệ thống đạt được một cân bằng nhiệt mới. Nếu nhiệt độ cân bằng đó nằm trên phạm vi chấp nhận, hệ thống sẽ quá nhiệt.
Nhiệt độ tăng dần
Một hệ thống thủy lực không đạt nhiệt độ tối đa ngay lập tức sau khi khởi động. Dầu, bể chứa, bơm, khối van, ống dẫn, và các thiết bị truyền động hấp thụ một phần nhiệt trong giai đoạn vận hành đầu tiên.
Cùng lúc đó, bể chứa, ống dẫn, ống mềm và bộ làm mát chuyển nhiệt tới không khí xung quanh hoặc nước làm mát. Đó là lý do tại sao một máy có thể hoạt động bình thường trong một bài kiểm tra ngắn.
Khi hoạt động tiếp tục:
- Dầu liên tục hấp thụ nhiệt
- Bơm và van trở nên ấm hơn
- Nhiệt độ trung bình của bể chứa tăng lên
- Vỏ máy trở nên nóng hơn
- Bộ làm mát tiếp cận giới hạn loại bỏ nhiệt
Nếu nhiệt được tạo ra nhanh hơn khả năng loại bỏ, nhiệt độ sẽ tiếp tục tích tụ. Do đó, một hệ thống có thể vượt qua nhiều bài kiểm tra không tải nhưng lại quá nhiệt sau một giờ sản xuất.
Tần số chu kỳ quá cao
Mỗi chuyển động thủy lực tạo ra sự mất mát áp suất, ma sát và rò rỉ bên trong. Những tổn thất này được chuyển đổi thành nhiệt.
Khi máy hoàn thành nhiều chu kỳ mỗi phút, bơm, van, ống dẫn, xi lanh và động cơ thủy lực tạo ra nhiều nhiệt hơn trong cùng một thời gian.
Tải nhiệt cao là phổ biến khi:
- Xi lanh thường xuyên mở rộng và thu lại
- Động cơ thủy lực khởi động và dừng lại liên tục
- Nhiều bộ chấp hành hoạt động cùng nhau
- Máy thường xuyên thay đổi tốc độ hoặc hướng
- Có rất ít thời gian chờ giữa các chu kỳ
- Tốc độ sản xuất vượt quá điều kiện thiết kế ban đầu
Ví dụ, tăng tốc độ của máy từ ba chu kỳ lên năm chu kỳ mỗi phút làm tăng tải nhiệt ngay cả khi áp suất làm việc vẫn không thay đổi. Nếu bơm, bể chứa và bộ làm mát không được nâng cấp, nhiệt độ dầu có thể tăng nhanh chóng trong quá trình hoạt động liên tục.
Bơm hoạt động mà không mang lại hiệu quả
Nhiều hệ thống sử dụng bơm có thể tích cố định. Chừng nào động cơ hoặc máy phát điện đang hoạt động, bơm tiếp tục cung cấp dòng chảy.
Máy có thể không cần dòng chảy đầy đủ trong các khoảng thời gian chờ, chuyển động tốc độ thấp hoặc khi bộ chấp hành dừng lại. Dầu thừa có thể trở lại bể chứa qua một van xả, van giải phóng, lối trung tâm của van định hướng, van điều chỉnh dòng chảy hoặc mạch vượt.
Nếu hệ thống không xả đúng cách hoặc áp suất xả quá cao, bơm tiếp tục tiêu thụ năng lượng mà không sản xuất ra sản phẩm hữu ích. Nhiều năng lượng đó trở thành nhiệt.
Vấn đề này phổ biến ở các máy có hành trình làm việc ngắn và thời gian chờ dài. Hệ thống có thể mát mẻ khi khởi động nhưng trở nên nóng vì bơm dành phần lớn thời gian hoạt động dưới áp suất không cần thiết hoặc điều kiện điều tiết.
Thời gian giữ áp suất lâu dài tạo ra nhiệt
Các máy ép thủy lực, bộ giữ chặt, nền tảng nâng và xi lanh hỗ trợ tải tĩnh có thể cần giữ áp suất trong thời gian dài.
Nếu bơm tiếp tục cung cấp dầu để duy trì áp suất, nó phải bù đắp cho sự rò rỉ nội bộ trong van, ống và bộ chấp hành. Sự rò rỉ có thể nhỏ, nhưng qua nhiều giờ, sự mất mát năng lượng có thể tạo ra nhiệt độ đáng kể.
Vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn khi:
- Bơm vẫn ở chế độ chờ áp suất cao
- Một dòng chảy nhỏ liên tục đi qua van xả
- Bình tích áp bị thiếu hoặc có kích thước không đúng
- Kiểm tra, đối trọng, hoặc van giữ tải bị rò rỉ bên trong
- Seal của piston xi lanh bị rò rỉ
- Một van điều chỉnh liên tục điều chỉnh vị trí
Các giải pháp hiệu quả hơn có thể bao gồm một bình tích áp, hoạt động bơm điều khiển bằng công tắc áp suất, một bơm có khả năng thay đổi công suất với chế độ chờ lưu lượng thấp, hoặc một mạch giữ tải được tối ưu hóa.
Dầu nóng làm tăng rò rỉ bên trong
Khi nhiệt độ dầu tăng, độ nhớt thường giảm. Dầu mỏng hơn dễ dàng di chuyển hơn qua các khoảng trống bên trong trong bơm, van, động cơ và xi lanh.
Điều này có thể tạo ra một chu kỳ tự củng cố:
Nhiệt độ dầu tăng → độ nhớt giảm → rò rỉ bên trong tăng → hiệu suất giảm → năng lượng nhiều hơn biến thành nhiệt → nhiệt độ tăng thêm
Dầu lạnh có thể tạm thời che giấu sự mài mòn trong bơm hoặc van. Khi hệ thống trở nên nóng, sự rò rỉ trở nên rõ ràng hơn.
Các triệu chứng điển hình bao gồm:
- Chuyển động của bộ điều khiển chậm hơn
- Thời gian xây dựng áp suất lâu hơn
- Hiệu suất giữ áp suất kém hơn
- Hoạt động bơm hoặc động cơ liên tục
- Một vỏ bơm nóng hoặc khối van
- Lưu lượng bơm giảm khi dầu nóng
Khi hiệu suất và nhiệt độ xấu đi cùng nhau, lưu lượng bơm và sự rò rỉ nên được so sánh dưới cả điều kiện vận hành lạnh và nóng.
Bộ làm mát đến giới hạn công suất của nó
Một bộ làm mát thủy lực không thể loại bỏ nhiệt lượng không giới hạn. Hiệu suất của nó phụ thuộc vào nhiệt độ dầu, nhiệt độ môi trường, luồng không khí, nhiệt độ nước làm mát, độ sạch sẽ và điều kiện lắp đặt.
Việc làm mát có thể trở nên không đủ khi:
- Bộ làm mát không đủ kích thước
- Thời gian hoạt động liên tục vượt quá điều kiện thiết kế
- Nhiệt độ môi trường cao hơn mong đợi
- Tốc độ chu kỳ, áp suất hoặc lưu lượng đã tăng
- Các fin làm mát bị chặn
- Luồng không khí của quạt không đủ
- Không khí thải nóng tái tuần hoàn
- Lưu lượng nước làm mát quá thấp
- Nhiệt độ nước làm mát tăng lên
- Mất áp suất phía dầu là quá lớn
Một bài kiểm tra ngắn không thể xác nhận liệu một bộ làm mát có kích thước đúng hay không. Hiệu suất làm mát nên được đánh giá sau khi máy gần đạt nhiệt độ cân bằng nhiệt trong chu kỳ làm việc thực tế của nó.
Bể chứa quá nhỏ
Bể chứa giúp tản nhiệt, giải phóng không khí kết hợp và cho phép các chất ô nhiễm lắng đọng.
Nếu thể tích hiệu quả của nó quá nhỏ, dầu hồi nóng có thể được hút trở lại vào bơm trước khi có đủ thời gian để làm mát hoặc giải phóng không khí.
Các kết quả có thể bao gồm:
- Thời gian cư trú dầu ngắn
- Tăng nhiệt độ trung bình nhanh hơn
- Phân tách không khí kém
- Dầu hồi nóng vào khu vực hút
- Giảm khả năng tản nhiệt của hệ thống
- Tải trọng lớn hơn lên bộ làm mát
Mức dầu thấp tạo ra một vấn đề tương tự vì ít dầu có sẵn để hấp thụ và giải phóng nhiệt.
Một bể chứa đã đủ cho máy ban đầu có thể trở nên quá nhỏ sau khi lưu lượng bơm, tần suất chu kỳ hoặc thời gian hoạt động liên tục tăng lên.
Van và ống dẫn tạo ra mất áp suất liên tục
Dầu mất áp suất mỗi khi nó đi qua các van, ống, bộ lọc, khớp nối, khớp nối nhanh và bộ làm mát. Mất áp suất đó được chuyển đổi thành nhiệt.
Các vị trí mất áp suất cao thường gặp bao gồm:
- Các van điều khiển dòng chảy đóng một phần
- Các van tỷ lệ được sử dụng liên tục cho điều khiển tốc độ
- Các van định hướng không đủ kích thước
- Các đường ống hồi nhỏ
- Khớp nối nhanh hạn chế
- Bộ lọc bị tắc
- Đường ống gấp khúc quá nhiều
- Bình làm mát có độ kháng cao
Nếu một khối van, vỏ bộ lọc, ống nối, hoặc đoạn ống nào đó nóng hơn nhiều so với các bộ phận lân cận, điều đó có thể chỉ ra sự giảm áp suất liên tục tại vị trí đó.
Môi trường xung quanh trở nên nóng hơn
Không khí xung quanh hệ thống thủy lực cũng có thể nóng lên trong quá trình vận hành liên tục. Động cơ, máy móc, các thành phần thủy lực, và thiết bị lân cận phát tán nhiệt vào cùng một không gian.
Các vấn đề phổ biến bao gồm:
- Các đơn vị điện thủy lực được lắp đặt bên trong các tủ kín
- Thông gió kém quanh bể chứa và bình làm mát
- Không khí thải từ bình làm mát bị kéo trở lại vào quạt
- Các bể chứa được lắp đặt gần động cơ hoặc ống xả
- Thiết bị tiếp xúc với ánh sáng mặt trời trực tiếp
- Lò nung hoặc vật liệu nóng nằm gần đó
Trong những điều kiện này, bộ làm mát có thể hoạt động đúng nhưng vẫn không thể thải đủ nhiệt vì không khí xung quanh đã quá ấm.
Cách chẩn đoán vấn đề cân bằng nhiệt thủy lực
Một phép đo nhiệt độ dầu đơn lẻ không đủ. Hệ thống cần được theo dõi dưới các điều kiện sản xuất thực tế.
Ghi lại dữ liệu sau với các khoảng thời gian cố định:
- Nhiệt độ môi trường hoặc nhiệt độ trong vỏ máy
- Nhiệt độ dầu trong bể chứa
- Nhiệt độ đầu ra và nhiệt độ dòng trở về của bơm
- Nhiệt độ đầu vào và đầu ra của bộ làm mát
- Áp suất làm việc, áp suất chờ và áp suất giữ
- Lưu lượng bơm dưới điều kiện lạnh và nóng
- Thời gian chu kỳ máy hoàn chỉnh
- Thời gian trước khi xuất hiện các báo động hoặc mất hiệu suất
Nếu nhiệt độ dầu tăng cao và sau đó ổn định trong phạm vi hoạt động chấp nhận được, hệ thống có thể đã đạt được cân bằng nhiệt độ bình thường.
Nếu nhiệt độ tiếp tục gia tăng mà không có điểm ổn định rõ ràng, việc tạo nhiệt vẫn lớn hơn việc thải nhiệt. Việc kiểm tra nên tập trung vào tần suất chu kỳ, lưu lượng xả liên tục, áp suất chờ, rò rỉ bơm và van, thể tích bể, tổn thất áp suất, khả năng của bộ làm mát, và thông gió.
Kết luận
Khi nhiệt độ dầu thủy lực tiếp tục tăng trong suốt quá trình hoạt động liên tục, nguyên nhân gốc rễ thường là sự tích tụ nhiệt chứ không phải là sự cố của một thành phần riêng lẻ.
Việc vòng lặp thường xuyên, hoạt động bơm liên tục, thời gian giữ áp suất dài, rò rỉ bên trong, tổn thất do throttling, bể chứa nhỏ và làm mát không đủ có thể làm tăng việc tạo nhiệt. Nhiệt độ tăng thì làm giảm độ nhớt của dầu và tăng cường rò rỉ bên trong, tạo ra một vòng lặp hiệu suất thấp hơn và nhiệt độ tăng thêm.
Chẩn đoán do đó nên được thực hiện trong chu kỳ làm việc thực tế, không chỉ trong thời gian khởi động. Bằng cách ghi lại nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, và thời gian chu kỳ, các nhà điều hành có thể xác định liệu hệ thống có đạt được cân bằng nhiệt an toàn hay không.
Giảm tổn thất năng lượng không cần thiết và cải thiện khả năng của bể chứa, hiệu suất của bộ làm mát và thông gió thiết bị là những cách hiệu quả nhất để giữ cho hệ thống thủy lực ổn định trong thời gian dài hoạt động liên tục.
