Способы управления режимом работы теплообменника гидравлического привода

Для обеспечения требуемого температурного режима работы гидравлической системы, необходимо грамотно выбрать конструктивную схему системы охлаждения, характеристики и принцип действия охлаждающего устройства, и, что не менее важно, способ управления режимом её работы. В гидравлических приводах наиболее часто применяются поверхностные теплообменные аппараты, в которых передача тепла происходит через теплообменные поверхности разных конструкций (пластин, прямых и витых труб и т.д.).

Поверхностные теплообменные аппараты различают по конструкции:

• пластинчатые теплообменники (рис.1)
• кожухотрубчатые теплообменники (рис.2)
• спиральные теплообменники (рис.3)
• теплообменники типа труба в трубе (рис.4)

Рисунок 1. – Пластинчатый теплообменник:

1 - неподвижная плита, 2 - подвижная плита, 3 - вертикальная стойка,
4 - верхняя штанга, 5 - нижняя штанга, 6 - крепёжный винт, 7 - стяжной винт, 8 - болт,
9 -п штуцер.

Рисунок 2 - Кожухотрубчатый теплообменник:

 
1 - кожух, 2 - крышки, 3 - теплообменные трубки,4 - трубная решётка, 5 – фланцы,6 – соединительное кольцо с шпильками,7 – прокладка, 8 – крепёж.

Рисунок 3 - Спиральный теплообменник.

Рисунок 4 - Теплообменник типа «труба в трубе» в сборе.

 

Теплообменные аппараты также различают: по принципу действия - поверхностные и смесительные, по назначению – холодильники, подогреватели, конденсаторы, испарители, по направлению движения теплоносителей- прямоточные, противоточные, перекрёстного типа, по типу охладителя – воздушные, жидкостные, смешанного типа.

Вне зависимости от типа теплообменного аппарата, его главной функцией является поддержание определённого температурного режима рабочей жидкости системы. Относительно гидравлических приводов это относится к поддержанию температуры гидравлической рабочей жидкости в заданном диапазоне температур. Это можно осуществить следующим образом:

1. Регулированием расхода рабочей жидкости.
2. Регулированием расхода охлаждающего теплоносителя.
3. Регулированием температуры охлаждающего теплоносителя.
4. Изменением площади поверхности контакта между рабочей жидкостью и охлаждающим теплоносителем.

На процесс теплопередачи между рабочей жидкостью и теплоносителем также влияет площадь поверхности контакта между ними. Однако, для изменения величины этой площади, как правило, требуется изменение конструкции теплообменного аппарата, что трудно выполнимо.

Для теплообменников типа кожухотрубчатые или труба в трубе, изменение расхода охлаждающего теплоносителя (жидкости или пара) реализуется путём изменения степени открытия заслонки, регулирующей подачу теплоносителя. В теплообменниках воздушного охлаждения величину теплообмена изменяют за счёт изменения скорости вращения вентилятора или вентиляторов (в том числе и путём полной остановки одного или нескольких), изменения угла наклона (угла атаки) лопастей вентиляторов. 

Также применяют метод увлажнения набегающего потока воздуха, его рециркуляции и дренирования. Кроме этого используют устройства дросселирования воздуха, которые, например, реализованы жалюзийными механизмами.

При рециркуляции и дренировании воздуха, а также при применении жалюзийных устройств значительная часть энергии, затрачиваемой на работу теплообменника, не используется, что экономически не выгодно. Однако ввиду простоты конструкции эти системы получили широкое распространение, как, например, системы с управляемыми жалюзийными устройствами.

Для изменения скорости вращения лопастей вентиляторов используются регулируемые электродвигатели и гидромоторы. Имеют широкое применение механические или гидравлические муфты, замыкающие привод вентилятора при заданных значениях температуры. Углы наклона лопастей воздушных вентиляторов могут  регулироваться вручную во время его остановки, либо с применением механизмов ручной или электрической регулировки. Стоит отметить, что эти способы реализуются сложной конструкцией механизма и широкого применения не получили.

В качестве примера применения воздушного теплообменника на рис.5 изображена компоновочная схема агрегатов гидравлической системы тяговой лебёдки, которая оснащена воздушным теплообменником, управляемым логической электросхемой, обеспечивающей поддержание температуры рабочей жидкости гидросистемы привода лебёдки в заданном диапазоне.

Рисунок 5 - Агрегаты тяговой лебёдки с гидравлическим приводом.

В гидравлических системах для мобильной техники, разрабатываемых специалистами ООО «Современные технологии гидравликов», применяется система автоматического регулирования релейного типа (включено/выключено) теплообменника воздушного охлаждения. Процесс регулирования осуществляется с помощью термостата (рис. 6). Кроме этого в контуре теплообменника предусмотрена магистраль «BY-PASS», которая увеличивает скорость нагрева гидравлической жидкости при холодном запуске гидравлической системы и обеспечивает функцию защиты радиатора теплообменника от превышения давления. Характеристика термостата имеет ярко выраженный гистерезис, величиной около 15 ^oC. Вследствие этого температура включения вентилятора превышает температуру его выключения на эту величину, поддерживая рабочую жидкость в требуемом диапазоне температур и исключая. Преимуществами такой системы является высокая надежность, небольшие габариты, автоматический режим работы.

Рисунок 6 - Теплообменник CST60 с термостатом и линией «BY-PASS».

Для измерения температуры рабочей жидкости гидравлического привода применяют жидкостные термометры, термометры сопротивления, термоиндикаторы, термопары, тепловизорную аппаратуру и т. д.
От температурного режима рабочей жидкости гидравлической системы зависит её функциональность, долговечность и КПД. Эксплуатируя гидравлическую систему необходимо иметь в виду, что даже краткосрочное значительное превышение или понижение температурного режима рабочей жидкости может привести к выходу из строя важных узлов системы. Именно поэтому необходимо уделить должное внимание системе контроля температуры рабочей жидкости гидравлической системы.

Смотрите также:

• теплообменники для гидравлического оборудования
• импортная гидравлика