油圧システムの熱交換器: 油圧システムの選択、サイズ、冷却方法

75 馬力のディーゼル エンジンによって駆動される油圧システムは、入力の約 25 馬力を純粋な熱に変換できます。そのエネルギーは消えることはありません。それはオイルの中に集まり、温度変化が次から次へと上昇します。リザーバーの壁と戻りラインだけでは負荷を軽減できない場合、粘度、シール、ポンプの寿命が問題になるまで油の温度が上昇します。

これが、油圧システムの熱交換器が、オプションの付属品ではなく、ほとんどの最新の機械に標準装備されている理由です。以下のセクションでは、これらのクーラーがどのように機能するか、空冷設計と水冷設計がそれぞれどこに適合するか、実際のデューティ サイクルに応じてサイズを決定する方法、およびマシンの寿命の間クーラーのパフォーマンスを維持するメンテナンス習慣について説明します。

油圧システムが大量の熱を発生する理由

油圧回路内の熱のほとんどは圧力降下によって発生します。機械的仕事を行わずにオイルが高圧から低圧に降下すると、その差が熱に変わります。通常の犯罪者は次のとおりです。

• 大きな圧力差全体でポンプの全流量を放出するリリーフバルブ
• 計量中の方向弁および比例弁内のスロットリング損失
• ポンプピストン、ベーンチップ、モータークリアランス全体の内部漏れ
• 部分的な容量または過剰な速度でポンプが非効率的に動作する

一般的な現場ルールでは、一般的なシステムでは、設置された入力馬力の約 3 分の 1 が最終的に熱として消費されると考えられています。これは法則ではなく平均であり、デューティ サイクルによって実数値がどちらの方向にも急激に変動する可能性がありますが、テスト データが存在する前にエンジニアに防御可能な開始点を提供します。

その熱を無視した場合の代償は予測可能です。オイルが温まると粘度が低下し、潤滑膜が薄くなり、内部漏れが増大し、自己強化ループでさらに多くの熱が発生します。酸化が促進され、添加剤の消耗が早くなり、シールコンパウンドが硬化します。オイルをおよそ 40 ～ 60°C (104 ～ 140°F) 以内に保つことは、油圧システムが保証できる最も安価な保険です。

油圧システムの熱交換器の仕組み

原理は簡単です。熱い油が薄い壁の片側に沿って流れ、冷たい媒体がもう一方の側に沿って流れ、熱は対流によって運び去られる前に伝導によって交差します。エンジニアリング上の課題は、これを小型軽量のパッケージで実現することであり、表面積が結果を決定します。

フィンはその領域を提供します。平らなプレートの間に挟まれた波形の金属フィンは、裸のチューブが提供できるものをはるかに超えて伝熱面積を増大させます。ろう付けされたアルミニウムのプレートとフィンのコアでは、交互の通路がオイルと冷却媒体を運び、それらの間のフィンは圧力降下に対する熱遮断のバランスをとるために高さと密度が調整されています。アルミニウムは熱伝導性に優れ、重量も軽いため、プレートフィンコアは、移動機械のポンプの横にボルトで固定できるほど小さなブロックからの深刻な熱負荷を遮断できます。

空冷と水冷

簡単に言うと、モバイル機器には空冷を選択し、信頼できる水回路がすでに存在する場合には水冷を選択します。それ以外はすべて詳細です。

空冷オイルクーラー

空冷ユニットは、ファンが周囲の空気をコアに送り込みながら、高温のオイルをフィン付きコアに通過させます。給水や配管が不要なため、掘削機、ローダー、クレーン、農業用トラクター、およびほぼすべてのオフハイウェイ機器のデフォルトとなっています。彼らの弱点は天候です。25℃の空気に対応するサイズのクーラーは45℃の現場では苦戦し、ほこりや作物の残渣で詰まったフィンはすぐに能力を失います。

水冷オイルクーラー

水冷ユニットは、通常シェルアンドチューブまたはプレートタイプの本体内で油と水の間で熱を交換します。これらはコンパクトで安定しており、周囲の空気の影響を受けないため、すでに冷却塔や冷水ラインを備えている産業用電源ユニットに適しています。トレードオフとしては、水側の汚れ、水処理の必要性、境界が崩れた場合の相互汚染の小さいながらも現実的なリスクが挙げられます。

産業用流体冷却用プレートフィン水冷クーラー 水冷ユニットは、冷却塔や冷水ラインを備えたプラントに適しており、このプレートフィン設計により、コンパクトで耐食性の高いボディ内に伝熱面積を最大化し、高圧および高温条件下でも安定した温度制御を実現します。 製品を見る→

実際の熱負荷に合わせてクーラーのサイズを決定する方法

カタログではなく、熱負荷から始めます。 3 分の 1 ルールを 75 馬力のシステムに適用すると、約 25 馬力の熱が発生します。1 馬力は約 2,545 BTU/時間に相当するため、ターゲットは 64,000 BTU/時間近く、つまり 19 kW 近くで着陸します。実際にそれを動かす変数を使用してその図を修正します。

1. デューティサイクル: クレーンで積荷を断続的にピッキングすると、全量で稼働するシュレッダーよりもオイルの熱がはるかに低くなります。
2. リリーフバルブの動作: リリーフに留まる回路は、平均負荷が示すよりもはるかに多くの熱を生成します。
3. 貯水池の貢献: 大きなタンクが自然に熱を放散し、温度の急上昇を和らげます。
4. 最悪の場合の周囲環境: 年間平均ではなく、現場の最も暑い空気または利用可能な最も暖かい水のサイズ

空冷クーラーは接近温度、つまりオイル出口が流入空気にどれだけ近づくことができるかによって評価されます。 10°C に近い温度を維持するクーラーは、20°C で指定されたクーラーよりもはるかに強く機能するため、定格条件は気候に適合する必要があります。オイル側の圧力降下ももう 1 つの制約です。制限が多すぎると戻りラインが不足するためです。定格流量でのバールの数 10 分の 1 が一般的な目標です。

これらの決定の背後にある数値が必要なエンジニアは、サプライヤーのデータシートを比較する前に、油圧システム熱交換器の主要な熱性能指標に関するガイドを参照してください。

油圧システム用アルミニウム熱交換器 モバイル機械は、高い熱負荷と厳しいエンベロープ、振動、および重量制限を組み合わせています。アルミニウム プレートフィン熱交換器はこれらの制約に対処し、油圧冷却サプライヤーを比較する際の実用的な基準点となります。 製品を見る→

アルミニウム プレートフィン コアが油圧用途に適する理由

モバイルマシンには、高い熱負荷、厳しい設置範囲、絶え間ない振動、そして重量キログラムごとに直接的なペナルティなど、最も厳しい制約が一度に積み重なっています。ろう付けアルミニウム プレート フィン構造は、この 4 つすべてに対応しており、これが今日の掘削機、ローダー、クレーン、掘削リグの冷却パッケージで主流となっている理由を説明しています。

プレート フィン コアは積層された層から構築されるため、メーカーは機械にカタログ部品の受け入れを強制するのではなく、熱交換器を機械に適合させることができます。フィンの密度は、涼しく粉塵の多い気候では増加し、熱く汚れた空気では減少します。ポートのサイズと方向は既存の配管と一致します。また、ブロック全体は、エンジンのラジエーターの近くに残っているスペースに合わせて成形できます。バイヤーにとって実際的なテストは、サプライヤーが流量、熱負荷、取り付け寸法から開始して、最小限の手戻りで適切なコアを返却できるかどうかです。

カスタマイズ可能なアルミニウム油圧システム熱交換器 プレート フィン コアは積層された層から構築されているため、フィン密度、ポートの方向、およびブロックの形状を各マシンの熱負荷と実装スペースに適合させることができ、フリーサイズのユニットではなく最小限の手戻りでドロップイン コアを実現できます。 製品を見る→

これはまさにアルミニウム製油圧システム熱交換器プラットフォームの構成方法です。コアは、万能のユニットとして販売されるのではなく、各アプリケーションの熱負荷とスペースの制限に基づいて構築されます。

パフォーマンスを保護する設置とメンテナンスの実践

適切なサイズのクーラーでも、設置やメンテナンスが不十分な場合は、パフォーマンスが低下します。これらの実践により、ほとんどの現場の問題がカバーされます。

• きれいな空気の流れを実現するように取り付け、エンジンのラジエーターから再循環する熱い排気がコアに当たらないようにします。
• ファンとそのドライブを保守します。ベルトが滑ると、誰も気づかないうちに容量が静かに減少します。
• 解体、農業、コンクリート製造などの粉塵の多い作業では、スケジュールに従ってフィンを洗浄します。
• 冷間始動時にオイルが過度に冷却されずにすぐに温まるようにサーモスタット バイパスを確認します。
• 気温の傾向に注意してください。一定の周囲環境での徐々に上昇するポイントは、汚れ、弱い空気流、またはバイパスが開いたままになっている場合に発生します。
• 日常点検中にポートとろう付け接合部に浸出がないか検査してください

温度傾向の追跡は、コストがかからないため、特に重視する価値があります。同じ作業現場で、かつて 55°C で安定していた機械が 70°C で安定し始めると、何かが変化し、油圧システムの熱交換器の故障や性能上の問題を診断するための体系化された方法があれば、数日ではなく数分で汚れたコアと疲れたファンや内部漏れを分離できるようになります。

油圧式熱交換器は、ポンプ、バルブ、シールが動作するように設計された粘度範囲内にオイルを保持することでその役割を果たします。最悪の周囲環境を含む実際の熱負荷に合わせてサイズを決定し、機械のインフラストラクチャに基づいて空冷または水冷を選択し、振動や汚れに耐える構造を優先し、フィンと流体を清潔に保ちます。このように指定されたマシンは、冷却する代わりにシフトを稼働させ、クーラーがボード上で最も静かなコンポーネントになります。