Kupując maszynę z napędem hydraulicznym, warto przed jej zakupem wziąć pod uwagę parametry otoczenia w jakim maszyna ta będzie pracowała, a które mają wpływ na jej poprawne i długie użytkowanie.

1.Maksymalna i minimalna temperatura otoczenia

Ta informacja jest konieczna do określenia prawidłowego typu oleju i jego lepkości. Oprócz wyboru prawidłowego oleju temperatura minimalna determinuje potrzebę ogrzewania wstępnego zbiornika oleju w czasie zimnego rozruchu a temperatura maksymalna ma wpływ na wielkość chłodnicy odprowadzającej ciepło tracone w hydraulice maszyny.

2.Średnie warunki wilgotności

Lokalizacje gdzie wilgotność jest wysoka na przykład tropiki lub off-shore wymagają użycia osuszających filtrów “oddechowych” na zbiornikach olejowych a czasami także polimerycznych filtrów do ograniczenia ilości wody zawartej w oleju. Wilgotność oraz zanieczyszczenia w atmosferze przyspiesza proces „zapychania” się chłodnic powietrza i tworzenia się warstwy oddzielającej promiennik od przepływającego przez niego strumienia powietrza

3.Zanieczyszczenie powietrza cząstkami stałymi lub kurzem

Wysokie stężenie zanieczyszczeń powietrza narzuca wymóg jego odseparowania od oleju. Może to oznaczać konieczność zastosowania wypełnionej gazem poduszki, umieszczonej w zbiorniku i oddzielającej powietrze od powierzchni oleju lub zastosowanie ciągłej filtracji oleju off line. Drobiny zanieczyszczeń, przepływając przez chłodnice działają na promiennik erozyjnie, powodując po pewnym czasie jego uszkodzenie.

4.Wysokość

Wysokość ma negatywny wpływ na warunki zasysania pompy, szczególnie wtedy gdy jest ona zainstalowana na górnej powierzchni zbiornika i wobec tego musi „podnieść” płyn na wysokość króćca ssawnego (nie jest to rozwiązanie zalecane nawet na poziomie morza). Lepszym rozwiązaniem jest pompa, która ma zalewany cały czas króciec ssawny (jest poniżej poziomu oleju). Wysokość także obniża ilość powietrza przepływającego przez wymiennik ciepła powietrze-olej czyli w konsekwencji jego efektywność.

Dobór wymiennika ciepła zależy od prawidłowego oszacowania strat energii w układzie gdzie będzie on zainstalowany. Tracona energia zamienia się w ciepło odbierane przez czynnik roboczy. Całkowita energia którą przejmuje ciecz robocza jest sumą strat generowanych na poszczególnych komponentach układu:

Energia tracona całkowita = Strata pompa + Strata zawory + Strata przewodów + Strata elementów wykonawczych

W praktyce bardzo trudne a czasami wręcz niemożliwe jest dokładne określenie całkowitych strat energetycznych w systemie hydraulicznym i wobec tego szacunkowo przyjmuje się, że ok. 25 % mocy zainstalowanej zamienia się w ciepło. Oznacza to, że jeżeli silnik elektryczny napędzający pompę ma 100 kW, to z układu hydraulicznego trzeba odprowadzić ok. 25 kW ciepła.

25 % jest wielkością dosyć dobrze odzwierciedlającą straty dla prostych układów hydraulicznych, natomiast w układach proporcjonalnych oraz z serwozaworami wielkość 25 % może być zbyt mała. Niestety, szacowanie w takich przypadkach wymaga nieco doświadczenia oraz bliższego przyjrzenia się układowi, ale od tego zależy dobry dobór chłodnicy oleju.

Dlaczego stosujemy chłodnice w układach hydraulicznych? Odpowiedź jest prosta: NIE ISTNIEJE SYSTEM W KTÓRYM NIE MA STRAT ENERGII. Brak równowagi termicznej w systemie hydraulicznym prowadzi do spirali cieplnej czyli do:

• Wzrostu temperatury oleju
• Spadku lepkości oleju
• Zwiększenia przecieków oraz spadku własności smarnych oleju
• Wzrostu tarcia między elementami
• Zapoczątkowania lawinowego wzrostu temperatury
• Awarii w układzie hydraulicznym

Można temu zapobiec stosując odpowiedni wymiennik ciepła. W zależności od zastosowanego medium chłodzącego może to być powietrzna chłodnica oleju lub wodna chłodnica oleju. Wady i zalety tych chłodnic wyglądają następująco:

Powietrzny wymiennik ciepła

Zalety

• niski koszt instalacji
• niski koszt użytkowania
• nieznaczne ryzyko korozji
• łatwość obsługi
• brak ryzyka zmieszania wody z olejem
• możliwość zastosowania bezpośredniego odzysku ciepła

Wady

• droższe niż płytowe lub rurowe
• wymaga więcej przestrzeni do zabudowy
• generuje hałas
• wymaga wentylacji
• zmiana temperatury oleju w zależności od temp otoczenia – T oleju – T powietrza > 5 °C

Wodny wymiennik ciepła

Zalety

• niższa cena zakupu
• wymaga mało miejsca
• bezdźwięczna
• nie nagrzewa otoczenia
• łatwiejsze utrzymania temperatury medium chłodzącego
• możliwy odzysk ciepła przy pomocy pomp ciepła

Wady

• dodatkowe orurowanie
• wysoki koszt wody
• wymóg „czystej” wody
• ryzyko korozji/erozji
• ryzyko zamarznięcia wody
• czyszczenie = wyłączenie z eksploatacji

Dobór optymalnego wymiennika ciepła

Charakterystyki wymienników ciepła są przedstawiane zazwyczaj w osiach współrzędnych wydatku oleju przepływającego przez wymiennik oraz mocy przez niego odbieranej. Punkt pracy chłodnicy określa miejsce przecięcia się tych dwóch wartości. W przypadku kiedy punkt pracy wypada pomiędzy charakterystykami określających kilka chłodnic warto wybrać wymiennik odznaczający się wyższymi parametrami odbioru ciepła.

Przy wyborze wymiennika miejmy na uwadze jakość używanej do chłodzenia wody. Ruch wody zanieczyszczonej drobinami piasku powoduje erozję metalowych rurek wewnątrz chłodnicy co w sumie może prowadzić do jej rozszczelnienia. Woda silnie zmineralizowana działa z kolei bardzo niekorzystnie na aluminium powodując jego korozję. Zjawiskiem nagminnym, a związanym z jakością wody jest także zarastanie rurek kamieniem wapiennym.

Szybkość zarastania jest związana mocno z temperaturą, jaką woda osiąga podczas przejścia przez chłodnicę. Pamiętajmy także o tym, że czysta woda w zimie zamarza – jeżeli wymiennik pracuje na wolnym powietrzu to pozostawienie go napełnionego wodą na pewno skończy się dla niego tragicznie.

Czynnikiem odbierającym ciepło z oleju w tych wymiennikach jest woda. Zastosowanie wymienników ciepła zgodnie z zasadami termodynamiki, intensywność wymiany ciepła między mediami rośnie, kiedy wzrasta różnica między nimi. Z racji naszego klimatu, woda jest dosyć zimna i wobec tego nie ma problemu z uzyskaniem jej zadowalających temperatur. O ile problem temperatury wody został rozwiązany przez nasze położenie geograficzne, to jej cena i dostępność nie pozwala na dowolne jej zużycie. Ze względów ekonomicznych, zdecydowanie lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie obiegów zamkniętych, ale wymaga to nakładu środków przeznaczonych na schłodzenie zużytej wody do temperatury umożliwiającej jej ponowne skierowanie do obiegu. Wady tej nie posiadają obiegi otwarte, natomiast wymagają ciągłego dopływu świeżej wody. Jeżeli woda ta nie jest dalej w jakiś sposób zużywana to obiegi otwarte wody są dosyć kosztowne.

Ograniczenie ilości wody chłodzącej można uzyskać stosując chłodnice wielobiegowe, w których chłodziwo kilkukrotnie obiega rurki przez które przepływa olej. Powoduje to jednak wzrost temperatury końcowej wody, który w przypadku jej obiegu zamkniętego należy obniżyć przed skierowaniem do powtórnego obiegu. W układzie otwartym może pojawić się problem ograniczenia temperatury zrzutowej i jej negatywnego wpływu na środowisko.

Ważnym ograniczeniem w stosunku do wody chłodzącej jest jej rodzaj. Nie wskazane jest zastosowanie wymienników ciepła przemysłowych współpracujących z wodą słodką do aplikacji w których do chłodzenia stosuje się wodę morską. Wymienniki morskie posiadają wiązki rurek olejowych wykonane ze stopów miedziowo-niklowych, odpornych na wodę morską. Dodatkowo, dla zabezpieczenia brązowych pokryw zewnętrznych powinno się stosować się anody cynkowe, zapobiegające korozji elektrochemicznej. W standardowych wymiennikach przemysłowych rurki wewnętrzne wykonane są z miedzi a zabezpieczeń anodowych nie stosuje się.

W przypadku chłodnic oleju dla górnictwa, narażonych na bezpośredni kontakt z wysoko zmineralizowaną wodą, stosuje się podobnie jak w chłodnicach morskich rurki wewnętrzne wykonane ze stopu miedziowo-niklowego natomiast zewnętrzny płaszcz zrobiony jest z brązu. Chłodnice te oznacza się dodatkowo literami CBR.

Szczególnym rodzajem wymienników są wymienniki Tubular stosowane do chłodzenia płaszczy wodnych w silnikach okrętowych. Są to wymienniki typu woda-woda, które odbierają ciepło z krążącej w korpusie silnika słodkiej wody i przekazują ją do wyrzucanej po przejściu przez obieg za burtę wody słonej. Podobną funkcję spełniają te wymienniki w układach chłodzenia oleju silnikowego. Wymienniki Pilan typu Tubular stosowane są w silnikach firm Baudouin, Guascor, Pegaso, Barreiros, Perkins, Mercedes, Volvo, Scania.