油箱的容量及其附件计算1mnb.docx
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油箱的容量及其附件计算1mnb
油箱的设计要点
油箱
油箱在液压系统中除了储油外,还起着散热、分离油液中的气泡、沉淀杂质等作用。
油箱中安装有很多辅件,如冷却器、加热器、空气过滤器及液位计等。
油箱可分为开式油箱和闭式油箱二种。
开式油箱,箱中液面与大气相通,在油箱盖上装有空气过滤器。
开式油箱结构简单,安装维护方便,液压系统普遍采用这种形式。
闭式油箱一般用于压力油箱,内充一定压力的惰性气体,充气压力可达0.05MPa。
如果按油箱的形状来分,还可分为矩形油箱和圆罐形油箱。
矩形油箱制造容易,箱上易于安放液压器件,所以被广泛采用;圆罐形油箱强度高,重量轻,易于清扫,但制造较难,占地空间较大,在大型冶金设备中经常采用。
2.1油箱的设计要点
图10为油箱简图。
设计油箱时应考虑如下几点。
1)油箱必须有足够大的容积。
一方面尽可能地满足散热的要求,另一方面在液压系统停止工作时应能容纳系统中的所有工作介质;而工作时又能保持适当的液位。
2)吸油管及回油管应插入最低液面以下,以防止吸空和回油飞溅产生气泡。
管口与箱底、箱壁距离一般不小于管径的3倍。
吸油管可安装100μm左右的网式或线隙式过滤器,安装位置要便于装卸和清洗过滤器。
回油管口要斜切45°角并面向箱壁,以防止回油冲击油箱底部的沉积物,同时也有利于散热。
3)吸油管和回油管之间的距离要尽可能地远些,之间应设置隔板,以加大液流循环的途径,这样能提高散热、分离空气及沉淀杂质的效果。
隔板高度为液面高度的2/3~3/4。
图10油箱
1—液位计;2—吸油管;3—空气过滤器;4—回油管;5—侧板;6—入孔盖;7—放油塞;8—地脚;9—隔板;10—底板;11—吸油过滤器;12—盖板;
4)为了保持油液清洁,油箱应有周边密封的盖板,盖板上装有空气过滤器,注油及通气一般都由一个空气过滤器来完成。
为便于放油和清理,箱底要有一定的斜度,并在最低处设置放油阀。
对于不易开盖的油箱,要设置清洗孔,以便于油箱内部的清理。
5)油箱底部应距地面150mm以上,以便于搬运、放油和散热。
在油箱的适当位置要设吊耳,以便吊运,还要设置液位计,以监视液位。
6)对油箱内表面的防腐处理要给予充分的注意。
常用的方法有:
①酸洗后磷化。
适用于所有介质,但受酸洗磷化槽限制,油箱不能太大。
②喷丸后直接涂防锈油。
适用于一般矿物油和合成液压油,不适合含水液压液。
因不受处理条件限制,大型油箱较多采用此方法。
③喷砂后热喷涂氧化铝。
适用于除水-乙二醇外的所有介质。
④喷砂后进行喷塑。
适用于所有介质。
但受烘干设备限制,油箱不能过大。
考虑油箱内表面的防腐处理时,不但要顾及与介质的相容性,还要考虑处理后的可加工性、制造到投入使用之间的时间间隔以及经济性,条件允许时采用不锈钢制油箱无疑是最理想的选择。
油箱的容量计算
油箱容量的计算
液压泵站的油箱公称容量系列(JB/T7938-1995),见表1。
表1油箱容量JB/T7938-1995(L)
4
6.3
10
25
40
63
100
160
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
3150
4000
5000
6300
油箱容量与系统的流量有关,一般容量可取最大流量的3~5倍。
另外,油箱容量大小可从散热角度去设计。
计算出系统发热量与散热量,再考虑冷却器散热后,从热平衡角度计算出油箱容量。
不设冷却器、自然环境冷却时计算油箱容量的方法如下。
1)系统发热量计算在液压系统中,凡系统中的损失都变成热能散发出来。
每一个周期中,每一个工况其效率不同,因此损失也不同。
一个周期发热的功率计算公式为
式中H——一个周期的平均发热功率(W);
T——一个周期时间(s);
Ni——第i个工况的输入功率(W);
ηi——第i个工况的效率;
ti——第i个工况持续时间(s)。
2)散热量计算当忽略系统中其他地方的散热,只考虑油箱散热时,显然系统的总发热功率H全部由油箱散热来考虑。
这时油箱散热面积A的计算公式为
式中A——油箱的散热面积(m2);
H——油箱需要散热的热功率(W);
△t——油温(一般以55℃考虑)与周围环境温度的温差(℃);
K——散热系数。
与油箱周围通风条件的好坏而不同,通风很差时K=8~9;良好时X=15~17.5;风扇强行冷却时K=20~23;强迫水冷时K=110~175。
3)油箱容量的计算设油箱长、宽、高比值为α:
b:
c,则边长分别为αl、bl、cl、时(见图11),l的计算公式为
式中 A——散热面积(m2)。
图11油箱容量计算图
液压系统的工作温度一般希望保持在30~50︒C的范围之内,最高不超过65︒C,最低不低于15︒C,如果液压系统靠自然冷却仍不能使油温控制在上述范围内时,就须安装冷却器;反之,如环境温度太低,无法使液压泵启动或正常运转时,就须安装加热器。
冷却器的种类及特点
冷却器的种类及特点(见表55)
表55冷却器的种类及特点
种类
特点
冷却效果
水冷却式
列管式:
固定折板式,浮头式,双重管式,U形管式,立式、卧式等
冷却水从管内流过,油从列管间流过,中间折板使油折流,并采用双程或四程流动方式,强化冷却效果
散热效果好,散热系列可达350~580W/(m2·℃)
波纹板式:
人字波纹式,斜波纹式等
利用板式人字或斜波纹结构叠加排列形成的接触点,使液流在流速不高的情况下形成紊流,提高散热效果
散热效果好,散热系数可达230~815W/(m2·℃)
风冷却式
风冷式:
间接式、固定式及浮动式或支撑式和悬挂式等
用风冷却油,结构简单、体积小、重量轻、热阻小、换热面积大、使用、安装方便
散热效率高,油散热系数可达116~175W/(m2·℃)
制冷式
机械制冷式:
箱式、柜式
利用氟里昂制冷原理把液压油中的热量吸收、排出
冷却效果好,冷却温度控制较方便
冷却器的选择及计算
冷却器的选择及计算
在选择冷却器时应首先要求冷却器安全可靠、压力损失小、散热效率高、体积小、重量轻等。
然后根据使用场合,作业环境情况选择冷却器类型如使用现场是否有冷却水源,液压站是否随行走机械一起运动,当存在以上情况时,应优先选择风冷式,而后是机械制冷式。
(1)水冷式冷却器的冷却面积计算
(1)
式中A——冷却器的冷却面积(m2);
Nh——液压系统发热量(W);
Nhd——液压系统散热量(W);
K——散热系数,见表55;
△Tav——平均温差(℃)。
(2)
T1、T2——进口和出口油温(℃);
t1、t2——进口和出口水温(℃)。
系统发热量和散热量的估算:
(3)
式中Np——输入泵的功率(W);
ηc——系统的总效率。
合理、高效的系统为70%~80%,一般系统仅达到50%~60%。
(4)
式中K1——油箱散热系统(W/m2·℃),取值范围见表56。
表56 油箱散热系数
油箱散热情况
散热系数K1/W·(m2·℃)-1
整体式油箱,通风差
11~28
单体式油箱,通风较好
29~57
上置式油箱,通风好
58~74
强制通风的油箱
142~341
A——油箱散热面积(m2);
△t——油温与环境温度之差(℃)
冷却水用量QS(单位:
m3/s)的计算:
(5)
式中C——油的比热容(J/kg·℃),一般C=2010J/kg·℃;
Cs——水的比热容(J/kg·℃),一般Cs=1J/kg·℃;
γs——油的密度(kg/m3),一般γs=900kg/m3;
rs——水的密度(kg/m3),一般rs=1000kg/m3;
Q——油液的流量(m3/s)。
(2)风冷式冷却器的面积计算
(6)
式中Nh——液压系统发热量(W);
Nhd——液压系统散热量(W);
α——污垢系数,一般α=1.5;
K——散热系数,见表55;
△Tav——平均温差(℃),
(7)
、
——进口、出口空气温度(℃);
Qp——空气流量(m3/s);
γp——空气密度(kg/m3),一般γp=1.4kg/m3;
Cp——空气比热容(J/(kg·℃)),一般Cp=1005J/(kg·℃);
空气流量Qp(单位:
m3/s)
油的加热及加热器的发热能力
油的加热及加热器的发热能力
液压系统中的油温,一般应控制在30~50℃范围内。
最高不应高于70℃,最低不应低于15℃。
油温过高,将使油液迅速老化变质,同时使油液的粘度降低,造成元件内泄漏量增加,系统效率降低;油温过低,使油液粘度过大,造成泵吸油困难。
油温的过高或过低都会引发系统工作不正常,为保证油液能在正常的范围内工作,需对系统油液温度进行必要的控制即采用加热或冷却方式。
油液的加热可采用电加热或蒸汽加热等方式,为避免油液过热变质,一般加热管表面温度不允许超过120℃,电加热管表面功率密度不应超过3W/cm2。
加热器的发热能力可按下式估算:
N≥
式中N——加热器发热能力(W);
C——油的比热,取C=1680~2094J/(kg·℃);
r——油的密度,取r=900kg/m3;
V——油箱内油液体积(m3);
△Q——油加热后温升(℃);
T——加热时间(s)。
3.5.2电加热器的计算
电加热器的功率:
P=N/η
式中η——热效率,取η=0.6~0.8。
液压系统中装设电加热器后,可以较方便地实现液压系统油温的自动控制。
过滤器的主要性能参数
过滤器的主要性能参数
1)过滤精度/μm:
是指过滤器滤除一定尺寸固体污染物的能力。
是选取过滤器首先要考虑的一个重要参数。
2)压力损失/MPa:
工作介质流经过滤器时,主要是滤芯对介质流动造成阻力,使过滤器的油口两端产生一定的压差(压力降),即压力损失。
压力损失在系统设计中应加以考虑,如安装在压力管路上会造成压降,在回油管路上会造成背压。
过滤器的种类、用途及安装
表14过滤器的种类、用途及安装
种类
用途
安装位置(见图中标号)
吸油过滤器
保护液压泵
3
高压过滤器
保护泵下游元件不受污染
6
回油过滤器
降低油液污染度
5
离线过滤器
连续过滤保持清洁度
8
泄油过滤器
防止污染物进入油箱
4
安全过滤器
保护污染抵抗力低的元件
7
通气过滤器
防止污染物随空气侵入
2
注油过滤器
防止注油时侵入污染物
1
过滤器的选择
过滤器的