1.6.2. Теплообменник

Теплообменники предназначены для обеспечения в гидроприводе требуемого температурного режима. Решение о необходимости установки теплообменника принимается в процессе выполнения анализа теплового режима гидропривода.

В процессе функционирования гидропривода часть передаваемой в нем механической энергии переходит в тепловую, что сопровождается ростом температуры рабочей жидкости. Переход энергии из механической в тепловую обусловлен наличием гидравлических сопротивлений, а также вызван объемными и механическими потерями.

Как известно, с увеличением температуры уменьшается вязкость рабочей жидкости. Это может привести к значительному увеличению объемных потерь в гидроприводе, нарушению режима смазки поверхностей трения, интенсификации окислительных процессов в рабочей жидкости и процессов выделения смолистых осадков.

Тепловой поток N_т, выделяемый в гидроприводе, эквивалентен потерям мощности:

N_т = N_н – N_п,

где N_н – мощность насоса, N_п – полезная мощность гидроцилиндра, которые определяются по точке C₀.

Тепловой анализ гидропривода основывается на уравнении теплового баланса, которое для стационарного режима имеет следующий вид:

,

где – тепловой поток, передаваемый в окружающую среду.

, (1.18)

где k_б и k_м – коэффициент теплопередачи для бака и магистралей, Вт/(м² · ^оС); S_б и S_м – площадь поверхности теплообмена бака и магистралей, м²; – температура рабочей жидкости, °С; – температура окружающей среды, °С.

Размеры поверхности теплообмена магистралей гидропривода можно определить из следующей зависимости:

. (1.19)

Коэффициенты теплопередачи для магистралей можно принять 12–16 Вт/(м² · °С), для гидробака 8–12 Вт/(м² · °С).

Из уравнения (1.18) определяют температуру рабочей жидкости и сравнивают ее с допустимой .

Допустимое значение температуры рабочей жидкости определяется минимальным значением вязкости, при которой рекомендуется эксплуатировать насосы и гидромоторы. При эксплуатации гидроприводов стационарных машин = 60°С, а в гидроприводах мобильных машин = 80°С.

В случае > необходимо увеличить площадь поверхности теплообмена, путем установки теплообменника.

Уравнение теплового баланса для стационарного режима при установке теплообменника имеет следующий вид:

, (1.20)

где – коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м² · ^оС); – площадь поверхности теплоотдачи теплообменника, м².

Коэффициент теплопередачи для теплообменника  = 35–120 (Вт/(м²·°С)) в условиях принудительного обдува можно приближенно определить из следующей зависимости:

при > 5 м/с – = 7,5 , где – скорость обдува, которая принимается в пределах 5–30 м/с.

Из уравнения (1.20) определяют и подбирают тип теплообменника. При выборе теплообменника необходимо также учитывать расход жидкости, проходящей через него.

Теплообменники устанавливают обычно на сливе, где рабочая жидкость имеет наибольшую температуру.

При работе машин в условиях отрицательных температур может оказаться, что тепловой баланс обеспечивается при очень низких значениях температуры рабочей жидкости. При этом, также как и в случае чрезмерного повышения температуры, может нарушиться работоспособность гидропривода. Объясняется это увеличением потерь на трение по длине трубопроводов, нарушением условий, при которых возможна бескавитационная работа насосов и обеспечиваются требуемые режимы смазки поверхностей трения. Для обеспечения работоспособности гидропривода в этом случае необходимо предусмотреть установку маслоподогревателя.