Причины нагрева масла в гидросистеме: Перегрев масла в гидросистеме – решение проблемы

Содержание

Перегрев масла в гидросистеме – решение проблемы

Проблема перегрева масла может возникнуть в гидравлической системе любого типа – стационарной или мобильной. При этом критическое повышение температуры рабочей жидкости приводит к поломке оборудования, и как следствие – простоям производства и убыткам.

Что служит причиной перегрева масла? Нагрев рабочей жидкости в гидросистеме вызывается потерями энергии, в результате чего высвобождается большое количество тепла. Каждая гидравлическая система обладает тепловой мощностью. Это способность рассеивать образующееся в процессе работы тепло. Если же суммарные потери энергии от всех составляющих системы: насоса, исполнительных механизмов, труб и клапанов превышают значение тепловой мощности, или количество рассеиваемого тепла, происходит перегрев масла.

В чем опасность перегрева

Если гидравлическое масло достигает температуры, значение которой превышает значение в 80⁰С, происходит повреждение большей части структуры уплотнительных элементов, а также более скорыми темпами происходит снижение характеристик материалов, из которых изготавливаются уплотнения. При этом даже в случае соблюдения рекомендаций по недопущению работы системы при температуре выше 80 градусов, вязкость масла может оказаться на уровне более низком, чем это необходимо.

Как обеспечить оптимальную температуру жидкости

Чтобы температура рабочей жидкости оставалась стабильной, необходимо, чтобы гидравлическая система обладала способностью рассеивать тепло. Причем эта способность должна превышать потери энергии, происходящие внутри гидросистемы.

Так например, для системы, обладающей непрерывной потребляемой мощностью в 100 кВт и значении КПД 80%, необходима способность рассеивания тепла не ниже, чем 20 кВт. Необходимо отметить, что при увеличении тепловой мощности либо при сокращении способности гидравлической системы к рассеиванию тепла изменяется равновесие между рассеиванием и тепловой мощностью.

Рассмотрим конкретный пример. Мобильная гидравлическая система (насосная станция) обладает постоянной мощностью 37 кВт. Для поддержания стабильной температуры система оборудована теплообменником воздушного типа, способным рассеивать максимально 10 кВт тепла, что составляет 27% от входной мощности. Рассчитывается это так: мощность рассеивания тепла/постоянную мощность*100%, соответственно 10/37*100=27%. С точки зрения конструкции мобильной гидросистемы, этого вполне достаточно для защиты от перегрева. Однако потеря давления внутри системы может привести к увеличению мощности, что вызывает избыточный нагрев масла.

В данном конкретном случае система была оборудована рукавами недостаточного диаметра. Поэтому потери давления, происходящие в рукавах, повысили выработку тепла в системе. Это означает следующее: тепловая мощность потерь становится больше способности теплообменника рассеивать тепло. Таким образом и происходит перегрев гидросистемы.

Как победить перегрев

Существует два пути, с помощью которых можно решить проблему перегрева в гидравлических системах. Первый путь – снижение тепловой мощности. Второй – увеличение способности системы к рассеиванию тепла. При этом более предпочтительным вариантом всегда считается именно первый – уменьшение тепловой мощности. Это связано с тем, что повышается КПД гидросистемы. Так например, если тепловая мощность в рукавах имеет слишком высокое значение, ее необходимо снизить. Для этого необходимо заменить рукава в сливной и напорной линиях на рукава, имеющие больший диаметр.

Работа гидравлической системы с перегретой рабочей жидкостью схожа с работой автомобиля, у которого перегрелся тосол. В одном и другом случаях поломки не избежать. Поэтому как только гидропривод начинает перегреваться, его необходимо остановить, выявить причину перегрева и устранить ее.

Перегрев масла – решаем проблемы с гидравлической жидкостью

Масло в гидравлике сродни крови в человеческом организме. Без него гидросистема просто не сможет работать, так как неоткуда будет браться давлению. А по «Закону подлости» именно с чем-то критически важным возникает больше всего проблем. Разберем несколько неприятностей, которые случаются с гидромаслами.

Существует немало причин, по которым гидравлика может плохо работать из-за масла. Например, загустение, подтекание, загрязнение или перегрев.

Загустение происходит при слишком низких или экстремально-высоких температурах. Оно может привести к выходу из строя гидронасоса, так как масло не только создает давление, но и смазывает детали. Став густым, оно не может справляться со своими обязанностями, что значительно ускорит общий износ.

Чтобы этого не происходило, используйте гидромасла с высоким диапазоном рабочих температур. Особенно это актуально для техники, которая эксплуатируется в суровых погодных условиях, или постоянно перемещается из одной климатической зоны в другую.

Кстати, нежелательным свойством является не только высокая, но и слишком низкая густота гидромасла. В этом случае резко снижается КПД насоса, так как он будет тратить больше энергии для поддержания давления на оптимальном уровне.

Подтекание происходит, когда нарушается герметичность соединений в деталях. Оно опасно по двум причинам. Во-первых, уменьшение количества циркулирующей рабочей жидкости будет неуклонно ослаблять гидросистему. Во-вторых, разгерметизация гидравлики легко приводит к загрязнению находящегося внутри масла. Поэтому любая, даже самая незначительная течь, должна устраняться как можно оперативней. В противном случае к ней добавится немало новых проблем.

Загрязнением рабочей жидкости считается попадание в нее твердых частиц, жидкости либо газа. Это одна из самых распространенных причин выхода из строя гидрооборудования (примерно 60-80% от общего числа поломок).

Если в систему проник воздух, это приведет к кавитации, «старению» и перегревам масла, порче уплотнений подвижных соединений гидрооборудования. Попадание твёрдых частиц «убьет» насос, повысит общий износ, будет мешать нормальной смазке и станет причиной утечек. А если в рабочей жидкости окажется вода – ждите коррозию, отложения эмульсии и другие беды.

Гидросистема является закрытой по своей сути, и грязь может попасть в нее лишь при наличии связи с внешней средой. Чаще всего инородные предметы и вещества проникают внутрь через работающий гидроцилиндр или сапун гидробака. Но абсолютное большинство загрязнений происходит во время неумелого техобслуживания.

Чтобы гидромасло всегда было чистым, нужно регулярно менять фильтры и следить за чистотой своей техники. Ведь именно грязь снаружи приводит к внешним микроповреждениям гидроцилиндра, оборачивающимся утечкой масла. Ну, и конечно, следует доверять сервисные процедуры с гидравликой только проверенным, хорошо зарекомендовавшим себя мастерским.

Перегрев масла часто случается из-за чрезмерной нагрузки на гидросистему. Например, когда насос работает на предельно высоких оборотах, пытаясь поднять перегруженный полуприцеп. Масло разогревается, и когда температура превышает отметку в 80⁰С, начинают «лететь» уплотнители.

Перегрев – прямой путь к неминуемой поломке, поэтому допускать его нельзя. К счастью, чтобы гидравлика не раскалялась добела, ее просто не нужно «насиловать», эксплуатируя на пределе возможностей.

А еще можно установить шланги с лучшей пропускной способностью, чтобы не «надрывать» насос.

Несмотря на свою простоту, гидросистема является уязвимым узлом автомобиля, и может сломаться при недостаточном внимании со стороны пользователя. Так что избегайте чрезмерных нагрузок, держите свою технику в чистоте и доверяйте ее обслуживание опытным профессионалам. Аккуратность и бережное отношение – залог того, что ваша гидравлика будет служить долго.

Как решить проблемы перегрева гидравлической системы

4 комментария

На основании опросов, которые я проводил с моими членами Hydraulics Pro Club на протяжении многих лет, перегрев занимает второе место в списке наиболее распространенных проблем с гидравлическим оборудованием. Но в отличие от утечек, которые занимают первое место, причины перегрева и средства его устранения часто не так хорошо изучены. С приближением северного лета сейчас хорошее время для небольшого пересмотра.

Почему гидравлические системы перегреваются?

Нагрев гидравлической жидкости во время работы вызван неэффективностью. Неэффективность приводит к потерям входной мощности, которая преобразуется в тепло. Тепловая нагрузка гидравлической системы равна общей мощности, теряемой (PL) из-за неэффективности, и может быть выражена как PLtotal = PLнасос + PLклапаны + PLпроводники + PLактюаторы.
Если общая входная мощность, теряемая на тепло, больше, чем рассеиваемое тепло, гидравлическая система в конечном итоге перегреется. Установленная холодопроизводительность обычно составляет от 25 % до 50 % непрерывной входной мощности в зависимости от типа гидравлической системы и ее применения.
Температура гидравлической жидкости — насколько она «слишком горячая»?
Температура гидравлической жидкости выше 82°C (180°F) повреждает большинство уплотнительных компаундов и ускоряет разложение масла. Хотя следует избегать работы любой гидравлической системы при температурах выше 82°C, как я объяснял в своей предыдущей статье, температура жидкости слишком высока, когда вязкость падает ниже оптимального значения для компонентов гидравлической системы. Это может происходить значительно ниже 82°C, в зависимости от класса вязкости (веса) жидкости.
Поддержание стабильной температуры гидравлической жидкости

Для достижения стабильной температуры жидкости способность гидравлической системы рассеивать тепло должна превышать ее тепловую нагрузку. Например, система с постоянной входной мощностью 100 кВт и КПД 80% должна быть способна рассеивать тепловую нагрузку не менее 20 кВт. Предполагая, что эта система имеет установленную мощность охлаждения 25 кВт, все, что увеличивает тепловую нагрузку выше 25 кВт или уменьшает мощность системы охлаждения ниже 25 кВт, приведет к перегреву системы.
Рассмотрим этот пример. Меня попросили исследовать и решить проблему перегрева в мобильном приложении. Гидравлическая система состояла из дизель-гидравлической силовой установки, которая использовалась для привода труборезной пилы. Пила была разработана для использования под водой и была соединена с гидравлической силовой установкой на поверхности через шлангокабель длиной 710 футов. Эксплуатационные требования к пиле составляли 24 галлона в минуту при 3000 фунтов на квадратный дюйм.
Гидроагрегат длительной мощностью 37 кВт был оснащен воздуходувным теплообменником. Теплообменник был способен рассеивать 10 кВт тепла при преобладающих условиях окружающей среды на рабочем месте или 27% доступной потребляемой мощности (10/37 x 100 = 27). Рабочие характеристики всех компонентов контура охлаждения были проверены, и было установлено, что они работают в проектных пределах.
В этот момент стало ясно, что проблема перегрева была вызвана чрезмерной тепловой нагрузкой. Обеспокоенный длиной шлангокабеля, я рассчитал его падение давления. Теоретическое падение давления на 710 футах напорного шланга диаметром 3/4 дюйма при расходе 24 галлона в минуту составляет 800 фунтов на квадратный дюйм. Падение давления на той же длине возвратного шланга диаметром 1 дюйм составляет 200 фунтов на квадратный дюйм. Теоретическая тепловая нагрузка, создаваемая перепадом давления на шлангокабеле в 1000 фунтов на квадратный дюйм (800 + 200 = 1000), составляла 10,35 кВт. Это означало, что тепловая нагрузка шлангокабеля была на 0,35 кВт больше, чем теплоотводящая способность теплообменника гидросистемы. Это, в сочетании с нормальной тепловой нагрузкой системы (неэффективностью), приводило к перегреву гидравлической системы.
Победить жару

Есть только два способа решить проблемы перегрева в гидравлических системах:
уменьшить тепловую нагрузку или
увеличить рассеивание тепла
Гидравлические системы рассеивают тепло, хотя и относительно небольшое количество, через резервуар. Поэтому проверьте уровень жидкости в бачке и, если он низкий, долейте до нужного уровня. Убедитесь, что вокруг резервуара нет препятствий для потока воздуха, таких как скопления грязи или мусора.
Осмотрите теплообменник и убедитесь, что сердцевина не заблокирована. Способность теплообменника рассеивать тепло зависит от расхода и температуры как гидравлической жидкости, так и охлаждающего воздуха или воды, циркулирующих через теплообменник. Проверьте работу всех компонентов контура охлаждения и при необходимости замените.
Падение давления означает выделение тепла
Как показано в приведенной выше истории с длинным шлангом, при перепаде давления выделяется тепло. Это означает, что любой компонент системы, имеющий аномальную внутреннюю утечку, увеличит тепловую нагрузку на систему и может привести к ее перегреву. Это может быть что угодно: от цилиндра, из которого протекает жидкость под высоким давлением через уплотнение поршня, до неправильно отрегулированного предохранительного клапана. Поэтому определите и замените любые компоненты, выделяющие тепло.
Распространенной причиной выделения тепла в контурах с закрытым центром является настройка предохранительных клапанов ниже или слишком близко к настройке давления компенсатора давления насоса переменной производительности. Это препятствует тому, чтобы давление в системе достигло настройки компенсатора давления. Вместо снижения рабочего объема насоса до нуля, насос продолжает производить поток, который проходит через предохранительный клапан, выделяя тепло. Чтобы предотвратить эту проблему в контурах с закрытым центром, уставка давления предохранительного клапана (клапанов) должна быть на 250 фунтов на квадратный дюйм выше уставки давления компенсатора давления насоса 9.0010 (рис. 1).
Что бы вы ни делали, не позволяйте этому приготовиться!
Продолжение эксплуатации гидравлической системы при перегреве жидкости аналогично работе двигателя внутреннего сгорания с высокой температурой охлаждающей жидкости. Ущерб гарантирован. Поэтому всякий раз, когда гидравлическая система начинает перегреваться, отключите ее, определите причину и устраните ее.
Брендан Кейси является основателем HydraulicSupermarket.com и автором книги
Insider Secrets to Hydraulics,
Предотвращение отказов гидравлики, гидравлика Made Easy и Расширенное управление гидравликой. Специалист по гидроэнергетике со степенью MBA, он имеет более чем 20-летний опыт проектирования, обслуживания и ремонта мобильного и промышленного гидравлического оборудования. Посетите его веб-сайт: www.HydraulicSupermarket.com. 100001
Перегрев занимает 2-е место в списке самых распространенных проблем с гидравлическим оборудованием. В отличие от утечек, которые занимают первое место, причины перегрева и меры по его устранению часто плохо понимаются обслуживающим персоналом
Почему гидравлические системы перегреваются?
Нагрев гидравлической жидкости в процессе эксплуатации вызван неэффективностью. Неэффективность приводит к потерям входной мощности, которая преобразуется в тепло. Тепловая нагрузка гидравлической системы равна общей мощности, теряемой (PL) из-за неэффективности, и может быть выражена как:

PLtotal = PLнасос + PLклапаны + PLсантехника + PLактюаторы
Если общая входная мощность, теряемая на тепло, больше, чем рассеиваемое тепло, гидравлическая система в конечном итоге перегреется. Установленная холодопроизводительность обычно составляет от 25 до 40 процентов входной мощности в зависимости от типа гидравлической системы.
Температура гидравлической жидкости
Насколько жарко слишком жарко? Температура гидравлической жидкости выше 180°F (82°C) повреждает большинство уплотнительных компаундов и ускоряет разложение масла. Хотя следует избегать эксплуатации любой гидравлической системы при температурах выше 180°F, температура жидкости становится слишком высокой, когда вязкость падает ниже оптимального значения для компонентов гидравлической системы. Это может происходить значительно ниже 180°F, в зависимости от класса вязкости жидкости.

Поддержание стабильной температуры гидравлической жидкости
Для достижения стабильной температуры жидкости способность гидравлической системы рассеивать тепло должна превышать ее тепловую нагрузку. Например, система с постоянной входной мощностью 100 кВт и КПД 80 процентов должна быть способна рассеивать тепловую нагрузку не менее 20 кВт. Предполагая, что расчетная холодопроизводительность этой системы составляет 25 кВт, все, что увеличивает тепловую нагрузку выше 25 кВт или уменьшает мощность системы охлаждения ниже 25 кВт, приведет к перегреву системы.
Рассмотрим этот пример. Недавно меня попросили исследовать и решить проблему перегрева в мобильном приложении. Гидравлическая система состояла из дизель-гидравлической силовой установки, которая использовалась для привода труборезной пилы. Пила была разработана для подводного использования и была соединена с гидравлической силовой установкой на поверхности через шлангокабель длиной 710 футов. Эксплуатационные требования к пиле составляли 24 галлона в минуту при 3000 фунтов на квадратный дюйм.

Гидравлическая силовая установка имела номинальную длительную мощность 37 кВт и оснащалась воздуходувным теплообменником. Теплообменник был способен рассеивать 10 кВт тепла в условиях окружающей среды или 27 процентов доступной входной мощности (10/37 x 100 = 27). Рабочие характеристики всех компонентов контура охлаждения были проверены, и было установлено, что они работают в проектных пределах.
В этот момент стало ясно, что проблема перегрева была вызвана чрезмерной тепловой нагрузкой. Обеспокоенный длиной шлангокабеля, я рассчитал его падение давления. Теоретическое падение давления на 710 футах напорного шланга диаметром ¾ дюйма при 24 галлонах в минуту составляет 800 фунтов на квадратный дюйм. Падение давления на той же длине 1-дюймового обратного шланга составляет 200 фунтов на квадратный дюйм. Теоретическая тепловая нагрузка, создаваемая перепадом давления на шлангокабеле 1000 фунтов на квадратный дюйм (800 + 200 = 1000), составляла 10,35 кВт. Это означало, что тепловая нагрузка шлангокабеля была на 0,35 кВт больше, чем теплоотводящая способность теплообменника гидросистемы. В сочетании с нормальной тепловой нагрузкой системы (неэффективностью) это приводило к перегреву гидравлической системы.

Победи жару
Существует два способа решения проблемы перегрева в гидравлических системах: уменьшить тепловую нагрузку или увеличить теплоотдачу.
Гидравлические системы рассеивают тепло через резервуар. Поэтому проверьте уровень жидкости в бачке и, если он низкий, долейте до нужного уровня.
Убедитесь, что вокруг резервуара нет препятствий для потока воздуха, таких как скопления грязи или мусора.
Осмотрите теплообменник и убедитесь, что сердцевина не заблокирована. Способность теплообменника рассеивать тепло зависит от расхода и температуры как гидравлической жидкости, так и охлаждающего воздуха или воды, циркулирующих через теплообменник. Проверьте работу всех компонентов контура охлаждения и при необходимости замените.
Инфракрасный термометр можно использовать для проверки производительности теплообменника при условии, что расчетный расход гидравлической жидкости через теплообменник известен. Для этого измерьте температуру масла на входе и выходе из теплообменника и подставьте значения в следующую формулу:
Где: кВт = тепловыделение теплообменника в киловаттах
л/мин = расход масла через теплообменник в литрах в минуту
T ºC = температура масла на входе минус температура масла на выходе в градусах Цельсия
Например, если измеренное падение температуры на теплообменнике составляет 4ºC, а расчетный расход масла составляет 90 л/мин, теплообменник рассеивает 10 кВт тепла. Применительно к системе с постоянной входной мощностью 100 кВт теплообменник рассеивает 10 процентов входной мощности. Если система перегревается, это означает, что либо проблема в контуре охлаждения, либо мощность теплообменника недостаточна для окружающих условий эксплуатации.
С другой стороны, если измеренное падение температуры на теплообменнике составляет 10ºC, а расчетный расход масла составляет 90 л/мин, теплообменник рассеивает 26 кВт тепла. Применительно к системе с постоянной входной мощностью 100 кВт теплообменник рассеивает 26 процентов входной мощности. Если система перегревается, это означает, что эффективность системы упала ниже 74 процентов.
Падение давления означает нагрев
При перепаде давления выделяется тепло. Это означает, что любой компонент системы с аномальной внутренней утечкой увеличит тепловую нагрузку на систему и может привести к ее перегреву. Это может быть что угодно: от цилиндра, из которого протекает жидкость под высоким давлением через уплотнение поршня, до неправильно отрегулированного предохранительного клапана. Определите и замените любые компоненты, выделяющие тепло.
Распространенной причиной выделения тепла в контурах с закрытым центром является настройка предохранительных клапанов ниже или слишком близко к настройке давления компенсатора давления насоса переменной производительности. Это препятствует тому, чтобы давление в системе достигло настройки компенсатора давления. Вместо снижения рабочего объема насоса до нуля, насос продолжает производить поток, который проходит через предохранительный клапан, выделяя тепло. Чтобы предотвратить эту проблему в контурах с закрытым центром, уставка давления предохранительного клапана (клапанов) должна быть на 250 фунтов на квадратный дюйм выше уставки давления компенсатора давления насоса (рис. 1).

Схема с закрытым центром с рельефом
настройка клапана (RV) 250 PSI выше
компенсатор давления (ПК)
установка регулируемого насоса (PV).
Рисунок 1
Продолжение работы гидравлической системы при перегреве жидкости аналогично работе двигателя внутреннего сгорания с высокой температурой охлаждающей жидкости.