Основы проектирования гидравлических баков

Когда возникает необходимость проектирования и изготовления гидравлического бака важно понимать, что больше не значит лучше. На самом деле в последнее время прослеживается тенденция к уменьшению объемов гидравлических баков.

    Помимо выполнения основной функции хранения необходимого объема гидравлической жидкости, необходимого для работы системы гидравлический бак должен отвечать следующим требованиям :
  • Обладать достаточной площадью поверхности для рассеивания тепла в отгружающую среду
  • Наличие достаточного объема для замедление потока жидкости, чтобы загрязнения осели на дно, а воздух смог собраться в пузырьки и подняться на поверхность
  • Иметь перегородку, разделяющую линию слива, по которой жидкость поступает в гидравлический бак и линию всасывания
  • Иметь воздушное пространство над жидкостью, чтобы принять воздух из пузырьков
  • Наличие доступа для удаления старой гидравлической жидкости и загрязнений из бака и заполнения бака новой гидравлической жидкостью
  • Наличие достаточного объема для того, чтобы вместить гидравлическую жидкость, объем которой изменяется под воздействием температуры, при завершении цикла работы, когда жидкость самотеком стекает в бак и при пиковых нагрузках операционного цикла
  • Иметь удобную поверхность для крепления компонент гидравлической системы (зависит от конфигурации установки)

Это стандартные требования к гидравлическому баку, однако, в последнее время, все чаще происходит отклонение от них. Например, современные гидравлические системы высокого давления требуют значительно меньших объемов гидравлических баков, чем те, что базируется на основе традиционных эмпирических правил.

Размер гидравлического бака


Не смотря на важность всех требований, предъявляемых к гидравлического баку, основным все же является его объем. Правило тройного объема, обычно применяющееся при проектировании говорит о том, что объем бака должен быть в 3 раза больше величины средней подачи насоса в минуту (например, при подаче 5 л/мин бак должен иметь объем 15 л.). Правило предполагает, что такой объем является достаточным для того, что дать гидравлической жидкости время на рассеивание тепла, осадку загрязнений и деаэрации. Обратите внимание на то, что это правило только для предварительной оценки.

Используете ли вы при проектировании традиционную оценку по тройному объему или стараетесь следовать тенденции уменьшения объема гидравлического бака, важно учитывать параметры, которые могут оказать влияние на его объем. Например, некоторые компоненты гидравлической цепи, такие как большие гидроаккумуляторы или гидроцилиндры могут вмещать большой объем жидкости, следовательно, гидравлический бак должен быть сделан так, чтобы уровень жидкости не опускался ниже патрубка или фильтра на линии всасывания вне зависимости от расхода.

Системы, работающие при высоких температурах окружающей среды, требуют большего объема гидравлического бака или включения в систему охладителя. При проектировании бака обязательно нужно оценивать количество тепла, которое появляется при работе гидравлической системы. Это тепло появляется в случае, когда гидравлическая система производит больше энергии, чем требуется для совершения работы, типичный пример - это работа системы без нагрузки, когда жидкость сливается обратно в бак через предохранительный клапан.Часто размер гидравлического бака определяется исходя из соотношения самых высоких температур гидравлической жидкости и окружающей среды. Это означает что тем меньше разница температур, тем больше должна быть площадь поверхности (а следовательно и объем) , необходимая для отвода тепла жидкости в окружающую среду. Конечно, если температура окружающей среды выше, чем температура жидкости, система должны быть оснащена водной или, вынесенной за пределы рабочей зоны, воздушной системой охлаждения. В системах, где размер гидравлической насосной станции критически важен, теплообменники могут существенно его уменьшить. Так же следует иметь ввиду, что гидравлический бак не все время полностью заполнен жидкостью, следовательно, прощать теплоотдачи в процессе работы постоянно изменяется.

При расчете следуют учитывать, что гидравлический бак должен иметь дополнительное пространство, составляющее не менее 10% от его емкости. Оно нужно для учета теплового расширения жидкости и деаэрации. Тенденция уменьшения объема гидравлического бака обусловлена стремлением уменьшить цену гидравлической насосной станции. Гидравлический бак меньшего объема получается меньше и дешевле в производстве и эксплуатации по сравнению с баками традиционных размеров. Кроме того, гидравлический бак меньшего объема вмещает меньше жидкости, что уменьшает стоимость и объем утечек.

Но уменьшение размеров гидравлического бака должно сопровождаться внесением изменений во всю гидравлическую системы, для того, чтобы компенсировать уменьшение объема жидкости в ней. Например, при уменьшении размеров (и площади поверхности) уменьшается теплоотдача, следовательно, возникает необходимость добавления в систему теплообменника для поддержания температуры жидкости в рабочем диапазоне. Кроме того, загрязнения, попавшие в гидравлическую жидкость, не будут иметь достаточно времени для того, чтобы выпасть осадком на дно бака, следовательно, необходимо использовать фильтры повышенной площади и емкости.

гидробак

Пожалуй, самой сложной задачей является удаление воздуха из гидравлической жидкости в небольших гидравлических баках. Гидравлические баки стандартных размеров дают возможность воздуху образовать пузырьки и время поднять этим пузырькам на поверхность. Слишком маленький бак может позволить воздуху, растворенному в жидкости попасть в гидравлический насос, что, в свою очередь, может привести к кавитации и повреждению насоса. При проектировании небольшого гидравлического бака необходимо рассмотреть вопрос установки проточного диффузора для уменьшения скорости движения жидкости, он так же помогает предотвратить вспенивание и перемешивание жидкости, чем снижает риск кавитации. Другой метод состоит в установке в баке экрана под углом. Экран собирает маленькие пузырьки, которые собираются в пузырьки большего размера и поднимаются на поверхность.

Тем не менее, самый лучший способ предотвратить попадание аэрированной жидкости в насос, это грамотное проектирование гидравлической системы, при котором проводится анализ прохождение потока гидравлической жидкости в системе, учет ее скорости и давления.

94