关于恒压与节能的分析
作者:天工液压    发布于:2018-10-15 09:15:29    文字:【】【】【

传统的液压站,作为液压机械设备的动力源,在运行一段时间后过液压油的温度就会不断升高,导致系统压力不足,使液压机械设备动能不足,运行变缓,刚度和精度及稳定性下降,对于液压机械设备向******发展形成瓶颈性的障碍。

要想突破这个瓶颈就必须对液压油持续升温的机理进行分析,并找到一条有效遏制油温升高的途径。

 

恒压与节能

1、温升与压力不足的关系

传统的液压动力源工作压力的建立,是由电动机驱动液压泵将液压油从常压强制加压输送到封闭的管路系统内积累实现的,为了保持系统内介质油的压力长久存在又不因液压泵的继续强制加压无限制的升高系统压力,传统的液压站普遍采用“溢流阀”作为限压元件。

 溢流阀原理是利用弹簧的弹性压力特性推动阀针与相对应的阀孔配合做相对运动,液压泵输出的液压油在系统内没有积累达到溢流阀预设压力时,阀针与阀孔是压紧封闭的没有液压油的泄漏,当系统压力继续升高超过溢流阀预设压力时,阀针与阀孔间被液压油挤开一个小缝,液压油从这个小缝溢出回流到油箱内,系统压力越高缝隙越大回流量也就越大,从而达到系统压力与流量平衡的目的。

 液压系统的要驱动机械设备的有序运行,就离不开各类换向阀、节流阀、伺服阀、执行器油缸、油马达、及连接的管路等部件。

  液压泵强制加压与溢流阀溢流保压的过程,都是机械能强制液压油分子间强烈摩擦生热的过程,溢流阀溢流的摩擦生热占据整体液压系统生热的70%左右,其次各类换向阀、节流阀、伺服阀、等的节流损失都会产生摩擦热,油缸、油泵、及油马达的相对运动产生的机械摩擦热会传导给液压油,液压油在管路内的高速流动会产生层流摩擦热,液压泵的內泄回流也会产生摩擦热。

液压油从储油箱到系统加压后,一条途径是推动液压执行器件做功后回流到油箱,另一条途径是通过溢流阀、伺服阀等回到油箱,如此无限循环就导致了液压油的摩擦热累积而持续升温。

作为传递压力液压油是有一定粘度的,常温下液压油的粘度可以有效的封闭液压泵内机械零部件间的缝隙,当液压油的温度不断升高其粘度则不断降低流动性增加,粘度的降低使封闭功能降低泄漏量增加,当液压油温度升高到一定程度就会丧失封闭功能,大量液压油在高压下从液压泵内泄漏,即使将溢流阀关闭也不能使压力再维持到预设的工作压力。***终影响受控机械设备使其工作动能降低,速度变慢,出现不稳定状态。

2、温升与能耗的关系

换一个角度分析,液压油的温升就是由电能机械能热能的转换过程,也可直接看成是消耗了电能产生了热能的转换过程。

由理论得知三项异步电动机工作在50hz频率时的空载电流是额定电流的20%,左右,而轴端输出没有做功,可视为效率为0,满负荷时电动机轴端输出功率是输入电功率的0.88也就是效率为0.88,异步电机以其轴端输出功率驱动液压泵强制介质油加压,又会产生机械损耗效率再次降低。

液压泵实际输出的功率其中用于驱动液压执行部件所做的机械功是有效功部分,通过溢流阀和伺服阀回流到储油箱的流量是无效功部分,转换成温升的也是无效功部分,液压油温升的无效功所消耗的电能量可以用下面的近似公式推导得出。

1)、物体的潜热系数x10*3=该物体的热容量,称为比热容

2)比热容x质量x温升=J(焦耳)

3)、3.6×10*6 J(焦耳)=kwh1度电)

名词解释:焦耳是热能单位,比热容是单位物体的热容量,是1公斤质量的物体升温1°C需要吸收的焦耳热量值,不同物体的潜热系数是不同的因此比热容值也是不同的。

以水为例:

水的比重是1,潜热系数4.2 

导入公式(2):4.2x1000x1公斤x1=4200J,就是说将1公斤的水加热升温1°C就要吸入4200J (焦耳)的热能。

1升液压油的平均质量是0.85公斤,查表得知液压油的比热容为16752093J/kg

取比热容平均值1880计算得出:每升液压油温度升高1°C吸入的热能是1600J(焦耳),

假设一个100升液压油容量的液压系统,从常温20°C摩擦升温到70°C,计算所消耗的电能。

用公式3)、3.6×10*6 J(焦耳)=kwh1度电) 换算成电能得出:2.2度电,

电动机的满载效率减去机械损耗后取总效率估算值0.75,得出电动机输入端的电能消耗为2.96度,也就是说100升液压油在工作中由常温20°C摩擦升热到70°C,白白浪费掉了2.96度的电能,另外为了限制介质油的持续温升,除了很小流量的液压系统靠自然冷却以外,都需要配置换热冷却机构,冷却机构又要消耗一定的电能。一边是持续摩擦生热,一边是持续冷却降温,电能随工作时间的持续也在持续浪费。

3、  实现恒压运行与节省电能 需解决的关键问题

从上述两方面的分析得出,造成压力不足与电能浪费的共性问题主要是摩擦热及液压油流量的无效回流所造成的。

 为了克服压力不足与电能浪费的问题,近年来开始出现了异步电机变频控制技术和伺服技术 ,由于异步电机的本身特性不适应超低速运转及频繁启/,伺服技术因其造价较高,控制器、驱动器又很娇脆,不适宜在大流量液压动力系统中采用,还有一种无阀双向泵的伺服液压系统,虽然很******但只适应用在单缸双动作的场合,对要求多缸多流量分时动作的综合性自动化场合却无能为力。

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