液壓介質(zhì)在線加熱方法簡(jiǎn)析

劉佳　陳永當(dāng)

【摘 要】本文介紹了一種液壓試驗(yàn)中介質(zhì)在線加熱的方法，此方法可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的升溫溫度、系統(tǒng)流量等參數(shù)，并通過溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，最終滿足出口處的介質(zhì)溫度穩(wěn)定在要求范圍內(nèi)。

【關(guān)鍵詞】液壓介質(zhì)；在線加熱；溫度閉環(huán)控制

Analysis of Hydraulic Medium Line Heating Method

LIU Jia CHEN Yong-dang

（School of Materials Science and Engineering， Xian Polytechnic University，Xian Shaanxi 710048，China）

【Abstract】The article describes a hydraulic test online medium heating method，this method can be raised according to pre-set temperature，the system parametes such as flow rate，temperature and to achieve real-time closed-loop control by the temperature monitoring device，and ultimately meet the medium temperature at the outlet of stability the required range.

【Key words】Hydraulic medium；Online heating；Closed-loop temperature control

0 引言

液壓環(huán)境模擬試驗(yàn)中傳統(tǒng)的加熱方法存在介質(zhì)碳化、損傷油泵、溫度不準(zhǔn)確等諸多問題，針對(duì)這些問題進(jìn)行研究，以有效解決介質(zhì)碳化、保護(hù)液壓元件，同時(shí)保證介質(zhì)溫度的精準(zhǔn)控制。

1 液壓介質(zhì)加熱方法

在液壓環(huán)境模擬試驗(yàn)中，通常使用15號(hào)航空液壓油作為液壓介質(zhì)，其閃點(diǎn)溫度約為130℃，當(dāng)油液溫度達(dá)到230℃時(shí)會(huì)發(fā)生碳化。而試驗(yàn)中所使用的液壓元件對(duì)溫度也有較高要求，若長(zhǎng)時(shí)間在高溫下工作，會(huì)大大降低油泵等液壓元件的使用壽命。

1.1 傳統(tǒng)加熱方法

傳統(tǒng)液壓介質(zhì)加熱方法有溢流加熱、油箱加熱等，溢流加熱是液壓油通過溢流閥截流壓縮而使油溫上升，但存在升溫速率較慢、溫度不好控制、加熱速率不穩(wěn)定等問題。油箱加熱是通過電熱絲直接對(duì)裝有油液的油箱進(jìn)行加熱，由于電熱絲的表面溫度可達(dá)到700℃以上，極易造成油液碳化，從而對(duì)油液造成污染。同時(shí)在使用油箱加熱方法時(shí)，因加熱裝置距離工件較遠(yuǎn)，不能保證到達(dá)工件的油液溫度符合要求，同時(shí)過高的油溫對(duì)油泵造成損傷。

1.2 新型在線加熱方法

針對(duì)傳統(tǒng)加熱方法所存在的問題進(jìn)行研究，提出一種在線加熱方法。在油泵出口后的管路上設(shè)置加熱區(qū)域，區(qū)域內(nèi)由中間介質(zhì)包裹電熱絲和溫度傳感器，利用加熱管對(duì)中間介質(zhì)進(jìn)行加熱，并將熱量傳遞給盤管，盤管被加熱后，再將熱量傳遞給管內(nèi)的液壓介質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)將液壓介質(zhì)加熱的目的。中間介質(zhì)有液態(tài)與固態(tài)兩種，液態(tài)中間介質(zhì)的加熱溫度不高，但能夠充分與盤管接觸，對(duì)油液進(jìn)行加熱；固態(tài)中間介質(zhì)可用于高溫加熱，但在長(zhǎng)時(shí)間工作下，會(huì)有收縮變形的情況，不能與盤管進(jìn)行充分接觸。如圖1所示：

采用在線加熱系統(tǒng)時(shí)，關(guān)鍵點(diǎn)是中間介質(zhì)的選擇以及盤管長(zhǎng)度的確定，需要考慮介質(zhì)流量、溫差要求等，可根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算。將介質(zhì)流量取最大值，液壓油溫升所需的功率為H2，即：

CQρ（t1-t2）=H2

其中，Q——油的流量，m3/s

C——油的比熱容，C=2000J/（kg·K）

ρ——油的密度，ρ=900kg/m3

t1——液壓油出口溫度，K

t2——液壓油進(jìn)口溫度，K

中間介質(zhì)區(qū)域與管路的接觸面積為A：即：

A=■

H2——油液溫升所需的功率，W

Δtm——中間介質(zhì)區(qū)域和油液之間的平均溫差，K

k——加熱器的傳熱系數(shù)

通過以上兩公式可計(jì)算出，當(dāng)介質(zhì)流量最大時(shí)，油液升溫所需的最大功率以及中間介質(zhì)區(qū)域與內(nèi)部盤管接觸面積大小，由此可確定中間介質(zhì)的選擇和盤管長(zhǎng)度。利用溫度傳感器采集加熱器入口溫度、加熱器出口溫度、油箱溫度，將溫度參數(shù)反饋給溫度控制儀，通過計(jì)算加熱器進(jìn)出口溫差及系統(tǒng)流量，調(diào)節(jié)加熱功率，實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，保證了介質(zhì)溫度的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)工作時(shí)中間介質(zhì)的表面溫度可利用溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過溫度傳感器的反饋控制加熱管電流大小，滿足升溫需求并防止過熱后管路內(nèi)液壓介質(zhì)發(fā)生碳化。為保護(hù)加熱裝置、溫度準(zhǔn)確性，需要在加熱裝置前設(shè)置換向閥，實(shí)現(xiàn)在不需要高溫介質(zhì)時(shí)，加熱裝置內(nèi)無油液流過。同時(shí)在加熱裝置下游設(shè)置換向閥，當(dāng)液壓介質(zhì)溫度達(dá)不到要求時(shí)，液壓介質(zhì)不進(jìn)入試驗(yàn)工件而是返回油箱，為二次加熱循環(huán)做準(zhǔn)備。另外整個(gè)設(shè)備外部需要做隔熱保護(hù)。如圖2所示：

圖2 在線加熱方法過程圖

為保證系統(tǒng)油源中液壓元件的使用壽命，在進(jìn)行高溫介質(zhì)試驗(yàn)后的回油需要冷卻至75℃以下回油箱。冷卻器的使用是配合加熱器進(jìn)行，當(dāng)系統(tǒng)使用的油液溫度超過75℃時(shí)，回油冷卻器啟動(dòng)，并按照預(yù)先設(shè)定溫度進(jìn)行冷卻控制。冷卻系統(tǒng)由板式冷卻器、水流量調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)組成，其中水流量調(diào)節(jié)閥控制冷卻器的進(jìn)水量，從而控制冷卻器的實(shí)際冷卻功率，滿足不同溫度介質(zhì)流量的冷卻要求。

2 結(jié)束語

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，管路加熱解決了傳統(tǒng)加熱方法存在的介質(zhì)碳化、損傷油泵、溫度不準(zhǔn)確等諸多問題，保證介質(zhì)溫度的精準(zhǔn)控制，達(dá)到了高效在線加熱效果，降低因加熱對(duì)介質(zhì)所造成的污染，節(jié)約能源的目的。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]