Bộ trao đổi nhiệt hệ thống thủy lực: Cách chọn, kích thước và làm mát hệ thống thủy lực của bạn

Một hệ thống thủy lực được điều khiển bởi động cơ diesel 75 mã lực có thể chuyển đổi khoảng 25 mã lực đầu vào thành nhiệt thuần túy. Năng lượng đó không biến mất; nó tích tụ trong dầu, làm tăng sự thay đổi nhiệt độ sau ca làm việc. Khi thành bể chứa và đường hồi lưu không thể giảm tải, nhiệt độ dầu sẽ tăng lên cho đến khi độ nhớt, vòng đệm và tuổi thọ của máy bơm bắt đầu phải trả phí.

Đây là lý do tại sao bộ trao đổi nhiệt hệ thống thủy lực là thiết bị tiêu chuẩn trên hầu hết các máy hiện đại chứ không phải là một phụ kiện tùy chọn. Các phần dưới đây giải thích cách thức hoạt động của các bộ làm mát này, mỗi loại thiết kế làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước phù hợp như thế nào, cách chọn kích thước phù hợp với chu kỳ làm việc thực tế và thói quen bảo trì nào giúp bộ làm mát hoạt động ổn định trong suốt tuổi thọ của máy.

Tại sao hệ thống thủy lực tạo ra nhiều nhiệt như vậy

Hầu hết nhiệt trong mạch thủy lực đến từ sự sụt giảm áp suất. Bất cứ khi nào dầu rơi từ áp suất cao xuống áp suất thấp mà không thực hiện công cơ học thì sự chênh lệch đó sẽ chuyển thành nhiệt. Những người phạm tội thông thường là:

• Van giảm áp xả toàn bộ dòng bơm qua chênh lệch áp suất lớn
• Điều tiết tổn thất bên trong các van định hướng và tỷ lệ trong quá trình đo sáng
• Rò rỉ bên trong qua piston bơm, đầu cánh và khe hở động cơ
• Máy bơm chạy không hiệu quả khi dịch chuyển một phần hoặc tốc độ quá cao

Một quy tắc chung cho rằng khoảng một phần ba mã lực đầu vào được lắp đặt sẽ chuyển thành nhiệt trong một hệ thống điển hình. Đó là mức trung bình, không phải quy luật và chu kỳ nhiệm vụ có thể dịch chuyển con số thực một cách mạnh mẽ theo một trong hai hướng, nhưng nó mang lại cho các kỹ sư một điểm khởi đầu có thể bảo vệ được trước khi dữ liệu thử nghiệm tồn tại.

Cái giá của việc bỏ qua sức nóng đó là có thể dự đoán được. Khi dầu nóng lên, độ nhớt giảm xuống, màng bôi trơn mỏng đi và rò rỉ bên trong tăng lên, điều này vẫn tạo ra nhiều nhiệt hơn trong vòng tự gia cố. Quá trình oxy hóa tăng tốc, các chất phụ gia cạn kiệt nhanh hơn và các hợp chất bịt kín cứng lại. Giữ dầu ở nhiệt độ khoảng 40 đến 60°C (104 đến 140°F) vẫn là cách bảo hiểm rẻ nhất mà hệ thống thủy lực có thể mang lại.

Bộ trao đổi nhiệt hệ thống thủy lực hoạt động như thế nào

Nguyên lý rất đơn giản: dầu nóng chảy dọc theo một bên của bức tường mỏng, môi trường lạnh hơn chảy dọc theo bên kia và nhiệt truyền qua dẫn nhiệt trước khi bị đối lưu mang đi. Thách thức về mặt kỹ thuật là đạt được điều này trong một gói nhỏ, nhẹ và đó là nơi diện tích bề mặt quyết định kết quả.

Vây cung cấp khu vực đó. Các lá kim loại dạng sóng được kẹp giữa các tấm phẳng giúp tăng bề mặt truyền nhiệt vượt xa những gì mà một ống trần có thể mang lại. Trong lõi lá tản nhiệt bằng nhôm hàn đồng, các đường dẫn xen kẽ mang dầu và môi chất làm mát, đồng thời các lá tản nhiệt giữa chúng được điều chỉnh về chiều cao và mật độ để cân bằng khả năng thải nhiệt và giảm áp suất. Vì nhôm dẫn nhiệt tốt và nặng nhẹ nên lõi dạng tấm có thể loại bỏ tải nhiệt nghiêm trọng từ một khối đủ nhỏ để bắt vít bên cạnh máy bơm trên máy di động.

Làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước

Câu trả lời ngắn gọn: chọn làm mát không khí cho thiết bị di động và làm mát bằng nước ở những nơi đã có mạch nước đáng tin cậy. Mọi thứ khác đều là chi tiết.

Máy làm mát dầu làm mát bằng không khí

Các thiết bị làm mát bằng không khí truyền dầu nóng qua lõi có vây trong khi quạt đẩy không khí xung quanh đi qua nó. Không cần cấp nước hoặc hệ thống ống nước, điều này khiến chúng trở thành mặc định trên máy xúc, máy xúc, cần cẩu, máy kéo nông nghiệp và gần như tất cả các thiết bị ngoài đường cao tốc. Điểm yếu của chúng là thời tiết: một máy làm mát có kích thước cho không khí ở 25°C sẽ gặp khó khăn ở nơi làm việc ở nhiệt độ 45°C, và các cánh tản nhiệt bị bám đầy bụi hoặc cặn cây trồng sẽ nhanh chóng mất công suất.

Máy làm mát dầu làm mát bằng nước

Các thiết bị làm mát bằng nước trao đổi nhiệt giữa dầu và nước, thường ở dạng vỏ và ống hoặc dạng tấm. Chúng nhỏ gọn, ổn định và không bị ảnh hưởng bởi không khí xung quanh, phù hợp với các bộ nguồn công nghiệp đã có tháp giải nhiệt hoặc đường nước lạnh. Sự đánh đổi là sự tắc nghẽn ở phía nước, nhu cầu xử lý nước và nguy cơ lây nhiễm chéo nhỏ nhưng thực sự nếu ranh giới không thành công.

Máy làm mát bằng nước dạng tấm để làm mát bằng chất lỏng công nghiệp Các thiết bị làm mát bằng nước phù hợp với các nhà máy có tháp giải nhiệt hoặc đường nước lạnh và thiết kế dạng tấm này tối đa hóa bề mặt truyền nhiệt trong thân máy nhỏ gọn, chống ăn mòn để kiểm soát nhiệt độ ổn định trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Xem sản phẩm →

Cách xác định kích thước bộ làm mát cho tải nhiệt thực

Bắt đầu với tải nhiệt, không phải danh mục. Áp dụng quy tắc một phần ba cho hệ thống 75 mã lực sẽ tạo ra khoảng 25 mã lực nhiệt và vì 1 mã lực tương đương khoảng 2.545 BTU/giờ, mục tiêu sẽ đạt gần 64.000 BTU/giờ, hoặc gần 19 kW. Sửa hình đó bằng các biến thực sự di chuyển nó:

1. Chu kỳ làm việc: một cần cẩu bốc dỡ tải không liên tục làm nóng dầu ít hơn nhiều so với một máy hủy tài liệu chạy hết công suất
2. Hoạt động của van xả: các mạch nằm trên van xả tạo ra nhiều nhiệt hơn mức tải trung bình của chúng cho thấy
3. Đóng góp của hồ chứa: một bể chứa lớn tản nhiệt một cách tự nhiên và làm dịu các đợt tăng nhiệt độ
4. Môi trường xung quanh trong trường hợp xấu nhất: kích thước dành cho không khí tại nơi làm việc nóng nhất hoặc nước ấm nhất hiện có, không phải mức trung bình hàng năm

Bộ làm mát làm mát bằng không khí được đánh giá theo nhiệt độ tiếp cận, nghĩa là mức độ gần của đầu ra dầu với không khí đi vào. Bộ làm mát có nhiệt độ 10°C hoạt động mạnh hơn nhiều so với bộ làm mát được chỉ định ở 20°C, vì vậy điều kiện đánh giá phải phù hợp với khí hậu của bạn. Giảm áp suất phía dầu là một hạn chế khác, bởi vì quá nhiều hạn chế sẽ làm tắc đường hồi lưu; một vài phần mười bar ở lưu lượng định mức là mục tiêu điển hình.

Các kỹ sư muốn biết những con số đằng sau những quyết định này có thể xem hướng dẫn của chúng tôi về các số liệu hiệu suất nhiệt chính cho bộ trao đổi nhiệt hệ thống thủy lực trước khi so sánh các bảng dữ liệu của nhà cung cấp.

Bộ trao đổi nhiệt nhôm cho hệ thống thủy lực Máy móc di động kết hợp tải nhiệt cao với vỏ bọc kín, độ rung và giới hạn trọng lượng. Bộ trao đổi nhiệt dạng tấm nhôm giải quyết những hạn chế này, khiến chúng trở thành điểm tham chiếu thực tế khi so sánh các nhà cung cấp hệ thống làm mát thủy lực. Xem sản phẩm →

Tại sao lõi tấm nhôm phù hợp với ứng dụng thủy lực

Máy di động chồng chất những hạn chế khó khăn nhất cùng một lúc: tải nhiệt cao, phong cách lắp đặt chặt chẽ, độ rung liên tục và hình phạt trực tiếp cho mỗi kg trọng lượng. Cấu trúc vây tấm nhôm hàn đồng đáp ứng cả bốn câu hỏi, điều này giải thích lý do tại sao nó chiếm ưu thế trong các gói làm mát máy xúc, máy xúc lật, cần cẩu và giàn khoan ngày nay.

Lõi dạng tấm được chế tạo từ các lớp xếp chồng lên nhau, do đó nhà sản xuất có thể điều chỉnh bộ trao đổi cho phù hợp với máy thay vì buộc máy phải chấp nhận một bộ phận trong danh mục. Mật độ vây có thể tăng lên khi có khí hậu mát mẻ, nhiều bụi hoặc giảm khi không khí nóng, bẩn; kích thước và hướng cổng có thể phù hợp với hệ thống ống nước hiện có; và khối tổng thể có thể được định hình xung quanh bất kỳ khoảng trống nào còn lại gần bộ tản nhiệt động cơ. Thử nghiệm thực tế đối với người mua là liệu nhà cung cấp có thể bắt đầu từ tốc độ dòng chảy, tải nhiệt và kích thước lắp đặt của bạn và trả lại lõi rơi vào với số lần làm lại tối thiểu hay không.

Bộ trao đổi nhiệt hệ thống thủy lực nhôm có thể tùy chỉnh Bởi vì lõi dạng tấm được chế tạo từ các lớp xếp chồng lên nhau, mật độ vây, hướng cổng và hình dạng khối có thể phù hợp với tải nhiệt và không gian lắp đặt của mỗi máy, cho phép lõi thả vào với số lần làm lại tối thiểu thay vì thiết bị một kích cỡ phù hợp cho tất cả. Xem sản phẩm →

Đó chính xác là cách cấu hình nền tảng trao đổi nhiệt của hệ thống thủy lực bằng nhôm: các lõi được xây dựng xung quanh giới hạn không gian và tải nhiệt của mỗi ứng dụng thay vì được bán dưới dạng đơn vị một kích cỡ phù hợp cho tất cả.

Thực hành cài đặt và bảo trì bảo vệ hiệu suất

Một bộ làm mát có kích thước phù hợp vẫn hoạt động kém khi được lắp đặt hoặc bảo trì không tốt. Những thực hành này bao gồm hầu hết các vấn đề thực địa:

• Gắn để có luồng không khí sạch và giữ cho lõi không có khí thải nóng tuần hoàn từ bộ tản nhiệt động cơ
• Bảo trì quạt và bộ truyền động của nó; một dây đai bị trượt lặng lẽ cắt giảm công suất từ lâu trước khi có người nhận ra
• Rửa vây theo lịch trình trong các công việc nhiều bụi như phá dỡ, trồng trọt và sản xuất bê tông
• Xác minh đường vòng điều nhiệt để dầu nóng lên nhanh chóng khi khởi động ở chế độ nguội thay vì chạy quá nguội
• Xem xu hướng nhiệt độ; sự gia tăng dần dần tại các điểm xung quanh không đổi dẫn đến tắc nghẽn, luồng khí yếu hoặc đường tránh bị kẹt mở
• Kiểm tra các cổng và mối nối hàn xem có bị rò rỉ trong quá trình bảo dưỡng định kỳ không

Việc theo dõi xu hướng nhiệt độ xứng đáng được chú trọng đặc biệt vì nó không tốn kém gì. Khi một máy từng ổn định ở nhiệt độ 55°C bắt đầu ổn định ở 70°C trên cùng một địa điểm làm việc, có điều gì đó đã thay đổi và phương pháp có cấu trúc để chẩn đoán lỗi cũng như các vấn đề về hiệu suất trong bộ trao đổi nhiệt của hệ thống thủy lực sẽ tách lõi bẩn khỏi quạt mệt mỏi hoặc rò rỉ bên trong trong vài phút thay vì vài ngày.

Bộ trao đổi nhiệt thủy lực giành được vị trí của mình bằng cách giữ dầu trong dải độ nhớt nơi máy bơm, van và vòng đệm được thiết kế để hoạt động. Điều chỉnh kích thước của nó phù hợp với tải nhiệt thực tế bao gồm cả môi trường xung quanh trong trường hợp xấu nhất, chọn làm mát bằng không khí hoặc nước dựa trên cơ sở hạ tầng của máy, ưu tiên kết cấu có thể chịu được rung động và bụi bẩn, sau đó giữ cho các cánh tản nhiệt và chất lỏng sạch sẽ. Các máy được chỉ định theo cách này sẽ làm việc theo ca thay vì làm mát và bộ làm mát trở thành bộ phận yên tĩnh nhất trên máy.