熱交換器的介紹及分類
液壓系統(tǒng)中,油液的工作溫度一般在40~60℃為宜,最高不高于60℃,最低不低于15℃。溫度過(guò)高將使油液迅速裂化變質(zhì),同時(shí)使液壓泵的容積效率下降;溫度過(guò)低則液壓泵吸油困難。為控制油液溫度,油箱常配有冷卻器和加熱器,統(tǒng)稱為熱交換器。
1.冷卻器
冷卻器除了可以通過(guò)管道散熱面積直接吸收油液中的熱量外,還可以使油液流動(dòng)出現(xiàn)紊流時(shí)通過(guò)破壞邊界層來(lái)增加油液的傳熱系數(shù)。對(duì)冷卻器的基本要求是:在保證散熱面積足夠大、散熱效率高和壓力損失小的前提下,應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、重量輕,最好有自動(dòng)控制油溫裝置,以保證油溫控制的準(zhǔn)確性。冷卻器根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同,分為水冷式和風(fēng)冷式。
(1)水冷式冷卻器。水冷式冷卻器的主要形式為多管式、板式和翅片式。
多管式冷卻器的典型結(jié)構(gòu)如圖35所示。工作時(shí),冷卻水從管內(nèi)通過(guò),高溫油液從殼體內(nèi)管間流過(guò)實(shí)現(xiàn)熱交換。為提高散熱效果,用隔板將銅管分成兩部分,冷卻水流經(jīng)一部分銅管后再流經(jīng)另一部分銅管。冷卻器內(nèi)還安裝有擋板,擋板與銅管垂直放置。因采用強(qiáng)制對(duì)流(油液與冷卻水同時(shí)反向流動(dòng))方式,所以這種冷卻器傳熱效率高,冷卻效果好。
圖36所示為翅片式冷卻器。為增強(qiáng)油液的傳熱效果和散熱面積,油管的外面加裝有橫向或縱向的散熱翅片(厚度為0.2~0.3mm的鋁片或銅片)。由于帶有翅片式的冷卻器散熱面積是光油管散熱面積的8~10倍,因此翅片式冷卻器不僅冷卻效果好,而且體積小、重量輕。
(2)風(fēng)冷式冷卻器。風(fēng)冷式冷卻器多采用自然通風(fēng)冷卻,常用有翅管式和翅片式。
(3)翅管式風(fēng)冷式冷卻器的油管外壁繞焊有鋁或銅的翅片,其傳熱系數(shù)比光油管提高2倍以上。
(4)翅片式風(fēng)冷式冷卻器的結(jié)構(gòu)原理與翅片式水冷式冷卻器(見(jiàn)圖36)相似。若采用強(qiáng)制通風(fēng)冷卻,冷卻效果會(huì)更好。
2.加熱器
油箱的溫度過(guò)低時(shí)(<10℃),因油液黏度較高,不利于液壓泵吸油和啟動(dòng),因此需要加熱將油液溫度提高到15℃以上。液壓系統(tǒng)油液預(yù)加熱的方法主要以下幾種。
(1)利用流體阻力損失加熱。一般先啟動(dòng)一臺(tái)泵,讓其全部油液在高壓下經(jīng)溢流閥流回油箱,泵的驅(qū)動(dòng)功率完全轉(zhuǎn)化為熱能,使油溫升高。
(2)采用蛇形管蒸汽加熱。設(shè)置一獨(dú)立的循環(huán)回路,油液流經(jīng)蛇形管經(jīng)蒸汽加熱。此時(shí)應(yīng)注意的是:高溫介質(zhì)的溫度不得超過(guò)120℃,被加熱油液應(yīng)有足夠的流速,以免油液被燒焦。
(3)利用電加熱器加熱。電加熱器有定型產(chǎn)品可供選用,一般水平安裝在油箱內(nèi)(見(jiàn)圖37),其加熱部分全部浸入油中,嚴(yán)防因油液的蒸發(fā)導(dǎo)致油面降低使加熱部分露出油面。安裝位置應(yīng)使油箱中的油液形成良好的自然對(duì)流。
采用電加熱器加熱時(shí),可根據(jù)計(jì)算所需功率選用電加熱器的型號(hào)。單個(gè)加熱器的功率不能太大,以免其周圍油液過(guò)度受熱而變質(zhì),建議盡可能用多個(gè)電加熱器的組合形式以便于分級(jí)加熱。同時(shí)要注意電加熱器長(zhǎng)度的選取,以保證水平安裝在油箱內(nèi)。