Охлаждане на работната течност в хидравлични системи

ХидравликаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 8, 2011

Специфики на използваните въздушно-маслени и водомаслени охладители

    Ефективната експлоатация на мобилните машини и стационарното хидравлично оборудване в голяма степен зависи от поддържането на оптимални температурни условия, които да гарантират стабилност на работните характеристики на хидравличното задвижване. Според специалисти, прегряването е вторият най-често срещан проблем при хидравличното оборудване. По време на работния процес, използваната работна течност не може да се охлади по естествен начин, което налага използването на топлообменници, чието предназначение е именно поддържането на температурата на работната течност в оптимални граници.

Причини за повишаване на температурата на работната течност
Като причина за загряването на работната течност най-общо може да се посочи недостатъчната ефективност на системата, причина за което се явява превръщането на част от входната мощност в топлина.

По време на работа на системата между работната течност и компонентите на хидравличното задвижване възникват сили на триене, което води до повишаване на температурата на течността. С повишаване на температурата намалява вискозитетът на течността, което води и до увеличаване на загубите. Също така, при нагряване на работната течност до висока температура се нарушават условията на смазване на работните повърхности, което може да доведе до силно износване на части от системата.

Температура на работната течност над 82 °C може да повреди уплътненията и да доведе до по-бързото влошаване на качествата на маслото. По тази причина е добре да се избягва работа на системата над тази температура. Но също така е добре да се има предвид, че когато вискозитетът на течността падне под оптималната стойност за компонентите на хидравличната система, това е индикатор, че температурата е твърде висока. Това може да се случи и много под 82 °C, в зависимост от вискозитета на флуида.

Топлинният товар
в хидравличните системи е равен на общите загуби на мощност поради неефективност. Общите загуби могат да бъдат представени като сума от загубите на мощност в помпата, вентилите, тръбите, задвижванията. Ако получената топлина от загубата на мощност е по-голяма от отвежданата топлина, това може да доведе до прегряване на системата. В зависимост от хидравличната система, инсталираната охладителна мощност обикновено варира в диапазона от 25 до 40% от входната мощност.
За да се постигне поддържането на стабилна температура на флуида, капацитетът на хидравличната система по отношение на охлаждането е необходимо да превишава нейния топлинен товар.

За преодоляване на проблемите с повишаването на температурата в хидравличните системи обикновено се използват два метода. Единият е свързан с намаляване на топлинния товар, а другият - с увеличаване на количеството отвеждана топлина.
Обикновено отвеждането на излишната топлина от хидравличната система е чрез хидравличния резервоар. Увеличаването на вместимостта и обема на топлоотдаващата повърхност на резервоара може да доведе до забавяне на процеса на загряване и не оказва съществено влияние на топлинното състояние на хидравличната система.

Въздушни и водни охладители
За охлаждане на работната течност и поддържане на нейната температура в хидравличните системи се използват въздушни или водни топлообменници. Тези топлообменници подпомагат работата на хидравличната система, спомагат за увеличаване на експлоатационния срок на работната течност и на самата система и намаляват разходите за обслужване и ремонт.

Едни от най-често използваните се явяват въздушно-маслените охладители. Основни техни елементи се явяват топлообменник, вентилатор, защитен корпус и термостат. Охлажданата течност циркулира през топлообменника, а охлаждането е посредством въздушен поток, създаван от вентилатора. За поддържането на температурата в предварително определения диапазон, охладителите обикновено се окомплектоват и с термостат. Термостатът можа да изпълнява и контролни функции спрямо топлообменника. Отличителна характеристика на въздушно-маслените охладители се явява извършваният топлообмен между външната стена на масления топлообменник с потока въздух. Тъй като тези охладители основно се използват за охлаждане на хидравлични масла, те са съвместими с широк диапазон от работни течности като водомаслени емулсии, минерални масла, водни гликоли. Това е и една от причините да са сред най-широко използваните в хидравличните системи. Сред предимствата на въздушно-маслените охладители е и фактът, че могат да бъдат оборудвани за работа с агресивни среди, както и възможността да работят при тежки експлоатационни условия.

Водомаслено охлаждане
В момента се предлагат два вида топлообменници за водомаслено охлаждане на хидравличните системи – пластинчати и тръбни топлообменници. Конструкцията на тръбните топлообменници включва цилиндричен корпус, в който са разположени снопове от тънки тръби. Корпусът обикновено се изработва от стомана, а вътрешните тръби могат да бъдат от стомана, мед и други. Охлажданата течност преминава през корпуса от външната страна на вътрешните тръби. Водата, използвана за охлаждане, преминава през  вътрешните тръби. Препоръчително е водата и маслото да се движат в противоток, с оглед на осъществяването на по-добър топлообмен. Възможно е конструкцията на топлообменника да позволява преминаване на водата повече от веднъж, два или четири пъти. Според специалисти, многократното преминаване на водата намалява необходимото количество вода, а също така осигурява постепенно увеличаване на охлаждането. С цел подобряването на топлопредаването външната тръба може да е снабдена с насочващи плочи, разстоянието между които може да варира. По-малкото разстояние между плочите води до по-голяма загуба на налягане, но подобрява ефективността на топлопредаването. Друго използвано решение за повишаване на ефективността на топлообмена е използването на оребрени тръби от страната на охлаждането.

Другият тип използвани топлообменници са пластинчатите. Те често биват и предпочитаният тип топлообменници, поради тяхната компактност, което определя и по-малкото заемано място в сравнение с тръбните топлообменници. Основен изграждащ елемент при тези топлообменници се явяват тънки метални пластини, подредени плътно една до друга. В повечето случаи, за да се увеличи топлообменната повърхност и за да се постигане по-добър топлообмен между потоците, отделните пластини се профилират.

В зависимост от начина на присъединяване на пластините една към друга, пластинчатите топлообменници условно могат да бъдат разделени на две основни групи - разглобяеми и неразглобяеми
Конструкцията на разглобяемите пластинчати топлообменници се базира на група от тънки пластини, поставени между две плоскости. Обикновено предната е неподвижна, а задната - подвижна. Двете плочи се пристягат с помощта на болтове. Използваните уплътнения определят и направлението на потока вътре в топлообменника. Благодарение на доброто уплътняване на пластините се постига надеждна изолация на каналите в топлообменника.

Сред предимствата на разглобяемите пластинчати топлообменници е лесното им разглобяване при необходимост от почистване, както и възможността за увеличаване на мощността на топлообменника чрез добавянето на допълнителни пластини.
Ограничението в използването на този вид пластинчати топлообменници се дължи на допустимата температура за потоците в зависимост от характеристиките на уплътнителните пръстени.

Споени пластинчати топлообменници
Конструкцията на споените пластинчати топлообменници осигурява оптимални топлинна ефективност и надеждност, съчетани в компактна конструкция. Този вид топлообменници се отнасят към групата на неразглобяемите, тъй като всички пластини са свързани заедно, посредством високотемпературно спояване. Целта е постигане на по-добра устойчивост на топлообменника при по-високи налягания и температури, както и постигане на относително ниска себестойност на апарата.
Високотемпературното спояване на пластините елиминира необходимостта от използването на уплътнения. Това позволява работа при високи налягания и температури без разходи за поддръжка и утечки на флуид.

Като основен недостатък на споените пластинчати топлообменници се посочва трудното им почистване, дължащо се на невъзможността от разглобяването им.
Един от често използваните материали за изработването на топлообменници с неразглобяеми плочи е алуминият, който е устойчив срещу корозия и се характеризира с добри топлообменни свойства. Пластинчатите топлообменници могат също така да се произвеждат и от неръждаема стомана или титан. Използването на топлообменници с пластини от титан се препоръчва при работа на топлообменника в агресивни среди. Обикновено, дебелината на една пластина е в порядъка от 0,1 до 5 mm, а разстоянието между пластините е от 5 до 10 mm.




Top