液壓介質在線加熱方法簡析

劉佳　陳永當

【摘 要】本文介紹了一種液壓試驗中介質在線加熱的方法，此方法可根據預先設定的升溫溫度、系統流量等參數，并通過溫度實時監測裝置實現溫度閉環控制，最終滿足出口處的介質溫度穩定在要求范圍內。

【關鍵詞】液壓介質；在線加熱；溫度閉環控制

Analysis of Hydraulic Medium Line Heating Method

LIU Jia CHEN Yong-dang

（School of Materials Science and Engineering， Xian Polytechnic University，Xian Shaanxi 710048，China）

【Abstract】The article describes a hydraulic test online medium heating method，this method can be raised according to pre-set temperature，the system parametes such as flow rate，temperature and to achieve real-time closed-loop control by the temperature monitoring device，and ultimately meet the medium temperature at the outlet of stability the required range.

【Key words】Hydraulic medium；Online heating；Closed-loop temperature control

0 引言

液壓環境模擬試驗中傳統的加熱方法存在介質碳化、損傷油泵、溫度不準確等諸多問題，針對這些問題進行研究，以有效解決介質碳化、保護液壓元件，同時保證介質溫度的精準控制。

1 液壓介質加熱方法

在液壓環境模擬試驗中，通常使用15號航空液壓油作為液壓介質，其閃點溫度約為130℃，當油液溫度達到230℃時會發生碳化。而試驗中所使用的液壓元件對溫度也有較高要求，若長時間在高溫下工作，會大大降低油泵等液壓元件的使用壽命。

1.1 傳統加熱方法

傳統液壓介質加熱方法有溢流加熱、油箱加熱等，溢流加熱是液壓油通過溢流閥截流壓縮而使油溫上升，但存在升溫速率較慢、溫度不好控制、加熱速率不穩定等問題。油箱加熱是通過電熱絲直接對裝有油液的油箱進行加熱，由于電熱絲的表面溫度可達到700℃以上，極易造成油液碳化，從而對油液造成污染。同時在使用油箱加熱方法時，因加熱裝置距離工件較遠，不能保證到達工件的油液溫度符合要求，同時過高的油溫對油泵造成損傷。

1.2 新型在線加熱方法

針對傳統加熱方法所存在的問題進行研究，提出一種在線加熱方法。在油泵出口后的管路上設置加熱區域，區域內由中間介質包裹電熱絲和溫度傳感器，利用加熱管對中間介質進行加熱，并將熱量傳遞給盤管，盤管被加熱后，再將熱量傳遞給管內的液壓介質，以實現將液壓介質加熱的目的。中間介質有液態與固態兩種，液態中間介質的加熱溫度不高，但能夠充分與盤管接觸，對油液進行加熱；固態中間介質可用于高溫加熱，但在長時間工作下，會有收縮變形的情況，不能與盤管進行充分接觸。如圖1所示：

采用在線加熱系統時，關鍵點是中間介質的選擇以及盤管長度的確定，需要考慮介質流量、溫差要求等，可根據下列公式進行計算。將介質流量取最大值，液壓油溫升所需的功率為H2，即：

CQρ（t1-t2）=H2

其中，Q——油的流量，m3/s

C——油的比熱容，C=2000J/（kg·K）

ρ——油的密度，ρ=900kg/m3

t1——液壓油出口溫度，K

t2——液壓油進口溫度，K

中間介質區域與管路的接觸面積為A：即：

A=■

H2——油液溫升所需的功率，W

Δtm——中間介質區域和油液之間的平均溫差，K

k——加熱器的傳熱系數

通過以上兩公式可計算出，當介質流量最大時，油液升溫所需的最大功率以及中間介質區域與內部盤管接觸面積大小，由此可確定中間介質的選擇和盤管長度。利用溫度傳感器采集加熱器入口溫度、加熱器出口溫度、油箱溫度，將溫度參數反饋給溫度控制儀，通過計算加熱器進出口溫差及系統流量，調節加熱功率，實現溫度閉環控制，保證了介質溫度的準確性。

系統工作時中間介質的表面溫度可利用溫度傳感器進行實時檢測，通過溫度傳感器的反饋控制加熱管電流大小，滿足升溫需求并防止過熱后管路內液壓介質發生碳化。為保護加熱裝置、溫度準確性，需要在加熱裝置前設置換向閥，實現在不需要高溫介質時，加熱裝置內無油液流過。同時在加熱裝置下游設置換向閥，當液壓介質溫度達不到要求時，液壓介質不進入試驗工件而是返回油箱，為二次加熱循環做準備。另外整個設備外部需要做隔熱保護。如圖2所示：

圖2 在線加熱方法過程圖

為保證系統油源中液壓元件的使用壽命，在進行高溫介質試驗后的回油需要冷卻至75℃以下回油箱。冷卻器的使用是配合加熱器進行，當系統使用的油液溫度超過75℃時，回油冷卻器啟動，并按照預先設定溫度進行冷卻控制。冷卻系統由板式冷卻器、水流量調節閥、流量計組成，其中水流量調節閥控制冷卻器的進水量，從而控制冷卻器的實際冷卻功率，滿足不同溫度介質流量的冷卻要求。

2 結束語

經試驗驗證，管路加熱解決了傳統加熱方法存在的介質碳化、損傷油泵、溫度不準確等諸多問題，保證介質溫度的精準控制，達到了高效在線加熱效果，降低因加熱對介質所造成的污染，節約能源的目的。

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[責任編輯：田吉捷]