液压介质在线加热方法简析

刘佳　陈永当

【摘 要】本文介绍了一种液压试验中介质在线加热的方法，此方法可根据预先设定的升温温度、系统流量等参数，并通过温度实时监测装置实现温度闭环控制，最终满足出口处的介质温度稳定在要求范围内。

【关键词】液压介质；在线加热；温度闭环控制

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

液压环境模拟试验中传统的加热方法存在介质碳化、损伤油泵、温度不准确等诸多问题，针对这些问题进行研究，以有效解决介质碳化、保护液压元件，同时保证介质温度的精准控制。

1 液压介质加热方法

在液压环境模拟试验中，通常使用15號航空液压油作为液压介质，其闪点温度约为130℃，当油液温度达到230℃时会发生碳化。而试验中所使用的液压元件对温度也有较高要求，若长时间在高温下工作，会大大降低油泵等液压元件的使用寿命。

1.1 传统加热方法

传统液压介质加热方法有溢流加热、油箱加热等，溢流加热是液压油通过溢流阀截流压缩而使油温上升，但存在升温速率较慢、温度不好控制、加热速率不稳定等问题。油箱加热是通过电热丝直接对装有油液的油箱进行加热，由于电热丝的表面温度可达到700℃以上，极易造成油液碳化，从而对油液造成污染。同时在使用油箱加热方法时，因加热装置距离工件较远，不能保证到达工件的油液温度符合要求，同时过高的油温对油泵造成损伤。

1.2 新型在线加热方法

针对传统加热方法所存在的问题进行研究，提出一种在线加热方法。在油泵出口后的管路上设置加热区域，区域内由中间介质包裹电热丝和温度传感器，利用加热管对中间介质进行加热，并将热量传递给盘管，盘管被加热后，再将热量传递给管内的液压介质，以实现将液压介质加热的目的。中间介质有液态与固态两种，液态中间介质的加热温度不高，但能够充分与盘管接触，对油液进行加热；固态中间介质可用于高温加热，但在长时间工作下，会有收缩变形的情况，不能与盘管进行充分接触。如图1所示：

采用在线加热系统时，关键点是中间介质的选择以及盘管长度的确定，需要考虑介质流量、温差要求等，可根据下列公式进行计算。将介质流量取最大值，液压油温升所需的功率为H2，即：

CQρ（t1-t2）=H2

其中，Q——油的流量，m3/s

C——油的比热容，C=2000J/（kg·K）

ρ——油的密度，ρ=900kg/m3

t1——液压油出口温度，K

t2——液压油进口温度，K

中间介质区域与管路的接触面积为A：即：

A=■

H2——油液温升所需的功率，W

Δtm——中间介质区域和油液之间的平均温差，K

k——加热器的传热系数

通过以上两公式可计算出，当介质流量最大时，油液升温所需的最大功率以及中间介质区域与内部盘管接触面积大小，由此可确定中间介质的选择和盘管长度。利用温度传感器采集加热器入口温度、加热器出口温度、油箱温度，将温度参数反馈给温度控制仪，通过计算加热器进出口温差及系统流量，调节加热功率，实现温度闭环控制，保证了介质温度的准确性。

系统工作时中间介质的表面温度可利用温度传感器进行实时检测，通过温度传感器的反馈控制加热管电流大小，满足升温需求并防止过热后管路内液压介质发生碳化。为保护加热装置、温度准确性，需要在加热装置前设置换向阀，实现在不需要高温介质时，加热装置内无油液流过。同时在加热装置下游设置换向阀，当液压介质温度达不到要求时，液压介质不进入试验工件而是返回油箱，为二次加热循环做准备。另外整个设备外部需要做隔热保护。如图2所示：

图2 在线加热方法过程图

为保证系统油源中液压元件的使用寿命，在进行高温介质试验后的回油需要冷却至75℃以下回油箱。冷却器的使用是配合加热器进行，当系统使用的油液温度超过75℃时，回油冷却器启动，并按照预先设定温度进行冷却控制。冷却系统由板式冷却器、水流量调节阀、流量计组成，其中水流量调节阀控制冷却器的进水量，从而控制冷却器的实际冷却功率，满足不同温度介质流量的冷却要求。

2 结束语

经试验验证，管路加热解决了传统加热方法存在的介质碳化、损伤油泵、温度不准确等诸多问题，保证介质温度的精准控制，达到了高效在线加热效果，降低因加热对介质所造成的污染，节约能源的目的。

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[责任编辑：田吉捷]