Элементы гидросистем (баки, теплообменники)

Несмотря на простоту конструкции бак выполняет несколько важнейших функций в гидросистеме:

  • Накопление и хранение рабочей жидкости

  • Удаление частиц воздуха из рабочей жидкости

  • Рассеивание тепла, отведенного от гидроэлементов

Рабочая жидкость, находящаяся в баке, должна освобождаться от содержащегося в ней воздуха. По этой причине всасывающие и сливные линии следует располагать на значительном расстоянии друг от друга.

Скорость течения в баке должна быть ограничена, чтобы обеспечить осаждение загрязнений, которые имеются в рабочей жидкости. Для периодической очистки в баке должны быть предусмотрены достаточно большие очистные отверстия.

В случае если емкость бака больше 1000 литров, между камерой всасывания и сливной камерой рекомендуется устанавливать проваренную перегородку с перепускным клапаном или проницаемую перегородку. Чтобы улучшить удаление воздуха, эту перегородку рекомендуется устанавливать наклонно.

Для обеспечения хорошего охлаждения рабочей жидкости всасывающий и сливной отсек должны быть разделены перегородкой высотой равной 2/3 от минимального уровня масла в баке.

Гидробаки часто служат несущей конструкцией для других элементов гидропривода насосов, приводных электродвигателей, фильтров, клапанов. Поэтому иногда необходимо усиливать стенки бака. Простейшими способами усиления является гофрирование металлической стенки, установка ребер жесткости и дополнительных внутренних перегородок.

Баки гидравлических приводов могут иметь различные формы. В станкостроении чаще используют баки с прямоугольными стенками. На прессах и литейных машинах баки встречаются баки с прямоугольными армированными или гофрированными стенками. В сталеплавильных и сталепрокатных цехах обычно устанавливают круглые масляные баки.

Независимо от формы бака, его главной характеристикой является объем. В него должно вмещаться достаточное для работы гидросистемы количество жидкости. Обычно объем бака выбирают таким образом, чтобы он в три раза превышал минутную подачу насоса. Для точного определения объема бака необходимо произвести тепловой расчет.

Устройства охлаждения гидропривода

Рассеивание тепла - важнейшая функция гидравлического бака. В результате потерь, часть энергии (15-30%) в гидроприводе преобразуется в тепло, которое отводится рабочей жидкостью. Поступив в бак жидкость должна охладиться, в противном случае уже подогретая жидкость получит еще одну порцию тепла и станет еще горячее. В итоге неконтролируемый рост температуры может привести к поломке элементов гидросистемы. Вычислить мощность, которую рассеивает бак можно с помощью формулы.

Вычислить мощность, которую рассеивает бак можно с помощью формулы.

Вычислить мощность, которую рассеивает бак можно с помощью формулы.

  • Рк - рассеиваемая мощность, кВт

  • А - площадь излучающей поверхности

  • Т1 действительная температура масла, К

  • Т2 желаемая температура масла, К

  • α коэффициент теплопередачи масла (для приблизительных расчетов, при отсутствии данных, можно принять α =0,012кВт/(м2К))

Площадь и объем бака - понятия взаимосвязанные. В практических расчетах принимают:

Площадь и объем бака - понятия взаимосвязанные.

Площадь и объем бака - понятия взаимосвязанные.

  • V объем бака

  • А - площадь поверхности бака

Для рассеивания тепла может понадобиться достаточно большая площадь, и полученный расчетный объем бака может оказаться огромным. Изготавливать бак в десятки, а то и сотни раз превышающий минутную подачу насоса нецелесообразно. В этом случае используют дополнительные устройства. Выбор такого устройства будет зависеть от того, какое количество теплоты нужно рассеять.

Способы охлаждения рабочей жидкости в баке

Увеличение объема бака.

Как было отмечено выше увеличение объема бака позволяет увеличить площадь излучающей поверхности, а значит рассеять больше тепла. Однако простого увеличения объема не всегда достаточно.

Увеличение поверхности бака.

Площадь излучающей поверхности можно увеличить, оставив неизменным объем бака. Сделать это можно несколькими способами. Добавить рассеивающие пластины, как на тепловых конвекторах в системах отопления, или сделать дополнительные грани, ребра на поверхности бака. Указанные способы показаны на рисунке.

В первом случае бак должен обдуваться естественной или принудительной вентиляцией.

В первом случае бак должен обдуваться естественной или принудительной вентиляцией.

Охлаждение бака.

Более эффективный способ отвести тепло от бака с помощью воздуха или охлаждающей жидкости.

Во втором случае в бак помещают трубки с охлаждающей жидкостью, которая отводит тепло из гидросистемы

Во втором случае в бак помещают трубки с охлаждающей жидкостью, которая отводит тепло из гидросистемы

Теплообменники

Если площади бака недостаточно для рассеивания тепла, отведенного от гидропривода, то, в большинстве случаев, оптимальным решением будет использование теплообменника - специального устройства, предназначенного для охлаждения рабочей жидкости.

теплообменник - специальное устройство, предназначенного для охлаждения рабочей жидкости.

теплообменник - специальное устройство, предназначенного для охлаждения рабочей жидкости.

Обычно теплообменники устанавливают на слив, чтобы не допустить значительного повышения давления в его полости. Реже для теплообменника проектируется отдельная линия циркуляции со специальным насосом.

Для подбора теплообменника необходимо знать расход жидкости в гидросистеме и мощность, которую необходимо рассеять (величину потерь энергии). При необходимости теплообменник может быть разработан под конкретную гидравлическую систему.

Существует два основных вида гидравлических теплообменников - воздушные и водяные. Рассмотрим каждый из них подробнее.

Воздушные теплообменники

В воздушных теплообменниках рабочая жидкость протекает через длинный трубопровод, оснащенный рассеивающими тепло пластинами, обдуваемый потоком воздуха, который создается вентилятором.

Преимущества воздушных теплообменников

  • Низкая стоимость устройства и его эксплуатации

  • Простота монтажа

  • Отсутствие опасности смешения рабочей и охлаждающей жидкостей

Недостатки воздушных теплообменников

  • Теплорассеивание зависит от температуры окружающей среды

  • Шум от вентилятора

  • Большие габариты (по сравнению с водяными)

Водяные теплообменники

В водяных теплообменниках тепло от рабочей жидкости отводится к охлаждающей.

Водяной теплообменник

Водяной теплообменник

Обычно в качестве охлаждающей жидкости используется вода, поэтому для использования водяных трубопроводов требуется подключение водопровода и канализации.

Достоинства водяных теплообменников

  • Компактность

  • Теплорассеивание не зависит от температуры окружающей среды

  • Отсутствуют шум и сквозняк от вентилятора

Недостатки водяных теплообменников

  • Требуется подвод и отвод охлаждающей жидкости

  • При поломке не исключены перетечки охлаждающей жидкости в рабочую жидкости и наоборот

Роман Саливанов01 февраля 19:32