Tìm hiểu các thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống thủy lực
26 thg 10, 2016 | 14:06

Tìm hiểu các thiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống thủy lực



Trước tiên ta đi vào tìm hiểu một số kiến thức về nhiệt động.

Nhiệt là một dạng năng lượng mà di chuyển từ vùng này sang vùng khác khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng. Hệ số truyền nhiệt là rất quan trọng trong việc xác định nhiệt lượng có thể loại bỏ khỏi hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định.

Phương trình xác định nhiệt lượng cho bất kỳ một thiết bị trao đổi nhiệt là:

q = k.F.ΔT

Ở đây:
q là công suất trao đổi nhiệt, BTU/ hr,
k là hệ số truyền nhiệt, BTU/ hr-ft2- ° F,
F là diện tích trao đổi nhiệt, ft2.
ΔT là sự chênh lệch nhiệt độ chất lỏng, ° F.

Ba thông số này sẽ có những thay đổi khác nhau tùy thuộc vào thiết kế đặc biệt của thiết bị trao đổi nhiệt và các ứng dụng liên quan. Theo phương trình ta nhận thấy nếu tăng bất kỳ thông số nào ở bên phải đều sẽ tăng công suất trao đổi nhiệt.  Nếu tăng gấp đôi diện tích bề mặt trao đổi nhiệt sẽ tăng gấp đôi tốc độ truyền nhiệt. Tăng chênh lệch nhiệt độ giữa dầu thủy lực và nước làm mát lên 50%  cũng sẽ tăng tốc độ truyền nhiệt lên 50%.

Nhiệt mất đi từ một hệ thống chất lỏng thông qua đối lưu tự nhiên và cưỡng bức. đối lưu tự nhiên xảy ra như khi nhiệt từ các thành phần hệ thống đi vào vùng môi trường xung quanh vì sự chênh lệch nhiệt độ. Trong các hệ thống thủy lực nhỏ, nhiệt độ thường thấp hơn so với các hệ thống lớn, và truyền nhiệt từ dầu tới ống và bề mặt của các thành phần khác thường đủ để làm mát cho hệ thống.
Nhưng nếu đối lưu tự nhiên không thể loại bỏ hết nhiệt sinh ra, một bộ trao đổi nhiệt phải được lắp đặt để kiểm soát nhiệt độ hệ thống. Các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng được buộc dầu thủy lực trao đổi nhiệt đối lưu với môi chất làm mát để loại bỏ nhiệt cho hệ thống. Một hình thức truyền nhiệt khác, bức xạ, cũng có thể thực hiện, nhưng hiệu quả của nó là nhỏ và thường ít được áp dụng.

Nhìn chung, một bộ trao đổi nhiệt là cần thiết cho một hệ thống thủy lực nếu:
- Cần một giới hạn nhiệt độ dầu cụ thể để ổn định độ nhớt dầu thủy lực.
- Hệ thống có thời gian dừng khá lớn, đặc biệt là trong các hệ thống bơm cố định – di chuyển
- Đã đã từng có sự cố về hiện tượng dầu thủy lực nhiệt độ quá cao, tuổi thọ thấp, seal làm kín bị hỏng.


Cơ chế truyền nhiệt


Hệ số truyền nhiệt, k, bao gồm một số cơ chế. Đầu tiên là truyền nhiệt đối lưu từ chất lỏng nóng vào vách ống, phần ngăn nó ra khỏi chất lỏng lạnh hoặc không khí. Điều này có thể được gọi là trở kháng nhiệt chất lỏng nóng, mà phụ thuộc chủ yếu vào tính chất vật lý và đặc tính nhiệt của chất lỏng. Dòng chảy rối với vận tốc cao sẽ càng làm tăng công suất truyền nhiệt.

Cơ chế truyền nhiệt thứ hai là độ dẫn nhiệt qua vách ống. Hầu hết các ống trao đổi nhiệt được làm từ đồng hoặc nhôm hợp kim hoặc các vật liệu tương tự mà có hệ số dẫn nhiệt cao.

Cơ chế thứ ba là sự đối lưu nhiệt từ thành ống đến môi chất làm mát trong ống. Cơ chế này hoạt động trong nhiều cách thức tương tự như các trở kháng nhiệt chất lỏng nóng. Sử dụng dòng chảy rối vận tốc cao để tăng giá trị k.

Các điều kiện khác có ảnh hưởng đến công suất truyền nhiệt là sự bám bẩn, đóng cặn xảy ra ở cả hai bên của ống trao đổi nhiệt sau một khoảng thời gian hoạt động. Lớp này cáu cặn này:
- Đóng vai trò như một chất cách nhiệt
- Làm tăng độ dày thành ống trao đổi nhiệt và giảm phân bố vận tốc chất lỏng gần thành ống.

Khi độ dày lớp này càng lớn, công suất truyền nhiệt càng giảm. Lúc này phương các phương pháp cơ học, hóa chất làm sạch hoặc cả hai là cần thiết để loại bỏ lớp cáu cặn này.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 1


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Cấu tạo ống trao đổi nhiệt


Bộ trao đổi nhiệt có thể có 1, 2, và 4 pass như Hình 1. Nhiều đường dẫn được ngăn trong vỏ bảo vệ và giao với các tấm chắn để bước đầu buộc các môi chất làm mát (nước) thông qua chỉ một phần của ống. Điều này làm cho nước chảy qua một, hai, ba hoặc bốn lần chiều dài của bộ trao đổi nhiệt trước khi nó rời khỏi thiết bị.

Chất lỏng có thể chảy tầng hoặc chảy rối. Khi dòng chảy tầng và chuyển động với vận tốc thấp trong ống, có rất ít hoặc không có dòng chất lỏng ngay cạnh vách ống. Lớp màng này của chất lỏng ứ đọng gây cản trở sự truyền nhiệt. Dòng chảy rối với vận tốc nhanh hơn, hỗn loạn hơn, dòng chảy sẽ không có một chỉ số gradient vận tốc cố định. Một mô hình dòng chảy rối có thể phá vỡ nhiều màng chất lỏng tĩnh, làm gián đoạn dòng chảy thành lớp, qua đó cải thiện công suất truyền nhiệt. Mặc dù các trở lực dòng chảy làm giảm áp lực thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt, nhưng sư cải thiện hiệu suất truyền nhiệt lớn hơn bù đắp cho sự sụt giảm áp suất này.



Két làm mát bằng nước



Hình 2

Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng như hình 2, lớp vỏ bên ngoài ở hai đầu nắp được gắn cố định. Ống trao đổi nhiệt bên trong vỏ chạy suốt chiều dài của vỏ và dừng ở tấm chặn cuối. Nước làm mát chảy bên trong ống, và dầu thủy lực cần giải nhiệt chảy quanh các ống bên trong vỏ.

Những thiết bị trao đổi nhiệt này được làm bằng đồng đỏ, đồng, gang, đồng thau, thép không gỉ, nhôm và kim loại đặc biệt khác. Các ống tạo nên bó ống, hoặc lõi, được sắp xếp thành chùm ống (hình vuông hoặc hình tam giác cân) để giúp thúc đẩy dòng chảy hỗn loạn. Các ống chạy qua một số tấm vách ngăn tạo nên một cấu trúc cứng cáp và tạo ra như một mê cung. Mô hình dòng chảy này tăng cường truyền nhiệt bằng cách buộc dầu thủy lực cần giải nhiệt chảy vuông góc với ống và thời gian lưu lại trong bộ trao đổi nhiệt lâu hơn tăng cường công suất trao đổi nhiệt. Nhiều bó ống cho các ứng dụng thủy lực hầu như được bịt kín vĩnh viễn trong vỏ. Các thiết kế với bó ống di động vẫn có nhưng chi phí đắt hơn và sẽ có các cách niêm phong khác nhau ở vỏ đầu.




Két làm mát bằng khí



"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 3


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Khi bộ làm mát bằng không khí là sự lựa chọn để nhận được nhiệt thải, thiết bị trao đổi nhiệt trong hình 3 được sử dụng. Mặc dù nó tỏa nhiệt chỉ ở mức độ nhỏ, nó thường được gọi là một bộ tản nhiệt thay vì một đối lưu.

Dầu nóng đi qua các ống của các bộ trao đổi nhiệt, và dòng chảy rối giúp phá vỡ dòng chảy thành lớp để thúc đẩy truyền nhiệt hiệu quả từ chất lỏng với thành ống. Các kim loại làm ống cũng có độ dẫn nhiệt cao.

Không khí lưu lại quanh mặt ngoài của ống là một vấn đề trong các nỗ lực để tăng công suất truyền nhiệt. Tuy nhiên không khí là một môi chất có hệ số trao đổi nhiệt thấp. Nhưng với lưu lượng không khí tăng dần qua các ống giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

Như với trao bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lồng, tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt làm tăng khả năng truyền nhiệt. Người ta đã gắn thêm các cánh tản nhiệt bằng nhôm mỏng gắn chặt vào ống, làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, đồng thời tạo lợi ích bổ sung, giúp phá vỡ dòng chảy thành lớp của không khí.

Các điểm lưu ý khi chọn thiết kế một thiết bị trao đổi nhiệt:

- Ống bầu dục thúc đẩy dòng chảy hỗn loạn ở lưu lượng thấp hơn so với ống tròn.
- Ống tròn nhẵn cho tốc độ dòng chảy cao hơn và giảm áp suất thấp hơn so với các ống hình bầu dục.
- Vật liệu ống có thể đồng thau, đồng, nhôm, hoặc thép. Sự lựa chọn có thể phụ thuộc vào nhu cầu của cấu trúc hoặc điều kiện môi trường làm việc.
- Khác nhau về độ biến thiên khả năng truyền nhiệt và khả năng làm sạch. Loại cánh tản nhiệt là tấm phẳng, bướu, và mái hắt, xếp theo thứ tự khả năng tạo ra dòng chảy hỗn loạn ngày càng tăng và theo thứ tự là khả năng làm sạch giảm.




Các thiết kế bộ trao đổi nhiệt công nghệ mới


Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng đã quá quen thuộc của ngành công nghiệp trong hơn 50 năm. Tuy nhiên gần đây, mẫu thiết kế mới đã được phát triển để tăng tính hiệu quả, cung cấp bề mặt truyền nhiệt tương đương trong bộ vỏ nhỏ hơn, và tất nhiên giảm chi phí.
Thiết kế mở rộng bề mặt bổ sung thêm nhiều cánh tản nhiệt bên ngoài của ống. Các cánh tản nhiệt làm tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện hệ số truyền nhiệt, do đó làm giảm kích thước của thiết bị trao đổi nhiệt trên phiên bản vỏ và ống tiêu chuẩn. Tuy nhiên, do diện tích bề mặt truyền nhiệt bên trong lớn hơn, điều này khiến độ giảm áp lực tương ứng lớn hơn trong các phiên bản cũ.
Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt vỏ và ống mở rộng bề mặt cũng có sẵn với van bảo vệ quá áp. Nếu áp suất hệ thống tăng, một van bypass mở ra để bảo vệ ống khỏi bị hư hại do áp lực dư.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 4


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Một thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt mới hơn là loại tấm bản như Hình 4. Bề mặt truyền nhiệt bao gồm một loạt các tấm thép không gỉ, từng tấm được dập theo hình sóng, thiết kế này đem lại sự kết hợp với hiệu quả truyền nhiệt cao và khả năng chống bám bẩn tốt. Số lượng và thiết kế của các tấm khác nhau tùy theo hiệu quả giải nhiệt mong muốn. Các tấm được xếp chồng lên nhau cùng với những tấm mỏng bằng đồng hoặc niken giữa mỗi tấm, cũng có thể là các roăng su làm kín. Các gói tấm, tấm cuối, và các kết nối được hàn cứng với nhau trong một lò chân không để bảo đảm các tấm lại dính chặt với nhau ở các cạnh và tại tất cả các điểm tiếp xúc.

Các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản là nhỏ gọn, chắc chắn, và cung cấp khả năng truyền nhiệt cao, diện tích bề mặt truyền nhiệt của nó được tập trung vào một khối lượng rất nhỏ. Các nếp gấp trong các tấm tạo ra dòng chảy hỗn loạn để tăng tốc độ truyền nhiệt và giảm ô nhiễm. Một thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản chiếm khoảng một phần tám khối lượng chất lỏng của một thiết bị kiểu ống lồng có cùng công suất trao đổi nhiệt.

Thông thường môi chất làm mát chỉ có một đường thông qua bộ trao đổi nhiệt này. Các môi chất đều được bố trí thông qua các kênh song song thay thế xen lẫn được tạo ra bởi các tấm kênh xếp chồng lên nhau.

Thiết kế kiểu tấm bản với các tấm thép không gỉ cho phép vận tốc dòng chảy cao khoảng 20 ft / giây. Vận tốc cao hơn, cùng với dòng chảy hỗn loạn, cung cấp các mức truyền nhiệt từ ba đến năm lần so với các bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống. Công suất truyền nhiệt cao hơn sẽ làm giảm các khu vực cần phải đặt bộ giải nhiệt riêng lẻ.

Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm vây rất đặc trưng bởi nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, thiết kế hiệu quả. Nó cung cấp làm mát nhiều hơn đáng kể trên 01 inch khối so với các thiết kế khác được mô tả trước đó. trao đổi nhiệt dạng tấm vây bao gồm phòng vây ngăn cách bởi tấm phẳng và bố trí đường đi xen kẽ những đoạn nóng và lạnh. Nhiệt được truyền qua các vây ở lối đi, thông qua các tấm phân cách, Hình 5. Cấu tạo cơ bản bao gồm các lớp khác vây và tấm bản khác nhau tạo thành một cấu trúc tổ ong vững vàng chống rung và sốc. Thiết bị loại này rất hiệu quả, nhẹ, và cấu trúc chắc chăn, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng thủy lực quân sự và hàng không.

Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm - vây thường được chế tạo từ nhôm, nhưng không phụ thuộc vào vật liệu kết cấu, chủ yếu là các tấm được hàn cứng hoặc chân không cao. Bởi vì tấm trao đổi nhiệt như vây đòi hỏi phải chế tạo chính xác hơn, chúng thường đắt hơn so với các bộ trao đổi nhiệt khác được thảo luận trước đó.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 5




Các chú ý khi ứng dụng các thiết bị trao đổi nhiệt


Khi xác định các nhu cầu trao đổi nhiệt của một hệ thống thủy lực, xem xét có bao nhiêu nhiệt dư do hệ thống tạo ra và với khoảng nhiệt độ nào các thành phần dầu và thiết bị có thể chịu đựng được. Xác định nhu cầu làm mát dầu thủy lực có thể tính toán sai vì nhiệt có thể thay đổi theo các chu trình khác nhau. Ngoài ra, nhiệt độ môi trường xung quanh có thể thay đổi hoặc sinh nhiệt có thể tăng theo thời gian.

Bước đầu tiên trong việc xác định các yêu cầu truyền nhiệt của một hệ thống là phải biết giới hạn nhiệt độ của chất lỏng hệ thống và các thành phần. Thông tin này có sẵn từ các nhà cung cấp thiết bị.
Tiếp theo, ước tính tổng nhiệt lượng hệ thống trước khi thiết kế hệ thống. Để đi đến con số này, nhiều nhà thiết kế sử dụng các tỷ lệ danh nghĩa của phương thức nhập mã lực. Sử dụng phương pháp này, nhiệt được ước tính là một tỷ lệ phần trăm trên tổng số không hiệu quả hệ thống, dựa trên sự thiếu hiệu quả cá nhân thành phần, diện tích bề mặt ống nước, và các kinh nghiệm quá khứ. Tổng số các tỷ lệ phần trăm được nhân với mã lực (HP) đầu vào và chuyển đổi sang đơn vị BTU/ min, BTU/ hr, hoặc kW.

Ví dụ, một hệ thống thủy lực 300 HP được đánh giá với hiệu suất sử dụng nhiệt 70% tương đương 210 HP. Số còn lại 30%, 90 mã lực, bị mất nhiệt. 90 mã lực chuyển đổi tương ứng 3.820 BTU/ min hoặc 229.200 BTU/ hr, hoặc 67,14 kW. Sau khi hệ thống được xây dựng, nhiệt dư được xác định bằng cách đo sự gia tăng nhiệt độ chất lỏng trong hệ thống hoạt động trong một khoảng thời gian. Nhiệt độ tăng trên một đơn vị thời gian, cùng với công suất hệ thống, xác định được nhiệt đầu vào.

Để giảm tiếp xúc với áp lực cao, bộ trao đổi nhiệt nên được lắp đặt trên đường về tank chứa dầu. Một van bypass bảo vệ nó trong trường hợp áp suất tăng cao đột ngột, chẳng hạn những lúc khởi động hệ thống trở lại sau một quá trình nghỉ, nhiệt độ thấp. Van bypass hoặc van nhiệt hoạt động cũng có thể lấy tín hiệu dựa vào nhiệt độ chất lỏng. Theo cách này, chất lỏng chỉ đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt khi đạt đến một nhiệt độ xác định trước, và đóng hoàn toàn van bypass khi nhiệt độ ở dưới mức cho phép.

Thiết bị trao đổi nhiệt dầu – không khí được sử dụng rông rãi trên các ứng dụng thiết bị máy phải di chuyển. Bộ làm mát động cơ có sẵn để làm mát dầu, nhưng nhiệt dư cuối cùng cũng phải được loại bỏ vào không khí môi trường xung quanh thông qua bộ tản nhiệt. Một số kết cấu sử dụng một phần riêng biệt của bộ tản nhiệt ở phía trước của quạt gắn động cơ làm mát dầu.

Khi xem xét ứng dụng và kích thước của bộ trao đổi nhiệt, nhiệt độ ổn định của chất lỏng thủy lực và thời gian cần thiết để đạt đến nhiệt độ đó. Một nhà sản xuất, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt khi liên hệ với khách hàng cần cung cấp các thông số sau đây.
- Công suất nhiệt tỏa ra của dầu (BTU/ min)
- Lưu lượng dầu trong hệ thống (gpm)
- Nhiệt độ dầu tối đa
- Nhiệt độ không khí môi trường xung quanh trong quá trình vận hành hệ thống
- Các chất gây ô nhiễm môi trường có thể ảnh hưởng đến hệ thống, và
- Độ giảm áp suất tối đa cho phép.

Nếu các thiết bị trao đổi nhiệt được làm mát bằng chất lỏng, các nhà sản xuất cũng cần phải biết nhiệt độ nước vào làm mát và vận tốc dòng chảy, áp suất nước. Hầu hết các nhà sản xuất cũng phải thực hiện đúng các bước và ứng dụng các phương trình đơn giản để tính toán kích thước ống trao đổi nhiệt phù hợp.

Hiện tại có 02 loại két làm mát có thể lựa chọn,  nó có thể làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước. Nói chung, bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí có nhiều tốn kém hơn so với những bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước trên một cơ sở cho mỗi đơn vị cơ bản, bởi vì trên ứng dụng thiết bi động, bộ làm mát bằng gió đòi hỏi một cụm quạt / động cơ. Nhưng có rất nhiều điều cần phải cân nhắc đó là:
- Chi phí điện để chạy quạt
- Chi phí mua nước, bơm nó, hoặc có thể xử lý nó trước khi sử dụng hoặc sau khi xả ra.
- Tiếng ồn của quạt và khí nóng xả ra.
- Bị tắc bề mặt làm mát nếu các mảnh vụn bay trong không khí.
- Cần lắp đặt cơ cấu chống rung và ống kết nối linh hoạt.
Một thiết bị trao đổi nhiệt với kích thước và áp dụng đúng có thể tiết kiệm chi phí, thời gian, tiền bạc, và công sửa chữa.










VIDEO THAM KHẢO:





Test rò rỉ thủng ống két nước làm mát dầu bằng áp suất khí nén 5bar





Chúc các bạn thành công!



NGUỒN: (Hydraulicspneumatics)



BIÊN DỊCH VÀ TỔNG HỢP: EBOOKBKMT 



Trước tiên ta đi vào tìm hiểu một số kiến thức về nhiệt động.

Nhiệt là một dạng năng lượng mà di chuyển từ vùng này sang vùng khác khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vùng. Hệ số truyền nhiệt là rất quan trọng trong việc xác định nhiệt lượng có thể loại bỏ khỏi hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định.

Phương trình xác định nhiệt lượng cho bất kỳ một thiết bị trao đổi nhiệt là:

q = k.F.ΔT

Ở đây:
q là công suất trao đổi nhiệt, BTU/ hr,
k là hệ số truyền nhiệt, BTU/ hr-ft2- ° F,
F là diện tích trao đổi nhiệt, ft2.
ΔT là sự chênh lệch nhiệt độ chất lỏng, ° F.

Ba thông số này sẽ có những thay đổi khác nhau tùy thuộc vào thiết kế đặc biệt của thiết bị trao đổi nhiệt và các ứng dụng liên quan. Theo phương trình ta nhận thấy nếu tăng bất kỳ thông số nào ở bên phải đều sẽ tăng công suất trao đổi nhiệt.  Nếu tăng gấp đôi diện tích bề mặt trao đổi nhiệt sẽ tăng gấp đôi tốc độ truyền nhiệt. Tăng chênh lệch nhiệt độ giữa dầu thủy lực và nước làm mát lên 50%  cũng sẽ tăng tốc độ truyền nhiệt lên 50%.

Nhiệt mất đi từ một hệ thống chất lỏng thông qua đối lưu tự nhiên và cưỡng bức. đối lưu tự nhiên xảy ra như khi nhiệt từ các thành phần hệ thống đi vào vùng môi trường xung quanh vì sự chênh lệch nhiệt độ. Trong các hệ thống thủy lực nhỏ, nhiệt độ thường thấp hơn so với các hệ thống lớn, và truyền nhiệt từ dầu tới ống và bề mặt của các thành phần khác thường đủ để làm mát cho hệ thống.
Nhưng nếu đối lưu tự nhiên không thể loại bỏ hết nhiệt sinh ra, một bộ trao đổi nhiệt phải được lắp đặt để kiểm soát nhiệt độ hệ thống. Các thiết bị trao đổi nhiệt sử dụng được buộc dầu thủy lực trao đổi nhiệt đối lưu với môi chất làm mát để loại bỏ nhiệt cho hệ thống. Một hình thức truyền nhiệt khác, bức xạ, cũng có thể thực hiện, nhưng hiệu quả của nó là nhỏ và thường ít được áp dụng.

Nhìn chung, một bộ trao đổi nhiệt là cần thiết cho một hệ thống thủy lực nếu:
- Cần một giới hạn nhiệt độ dầu cụ thể để ổn định độ nhớt dầu thủy lực.
- Hệ thống có thời gian dừng khá lớn, đặc biệt là trong các hệ thống bơm cố định – di chuyển
- Đã đã từng có sự cố về hiện tượng dầu thủy lực nhiệt độ quá cao, tuổi thọ thấp, seal làm kín bị hỏng.


Cơ chế truyền nhiệt


Hệ số truyền nhiệt, k, bao gồm một số cơ chế. Đầu tiên là truyền nhiệt đối lưu từ chất lỏng nóng vào vách ống, phần ngăn nó ra khỏi chất lỏng lạnh hoặc không khí. Điều này có thể được gọi là trở kháng nhiệt chất lỏng nóng, mà phụ thuộc chủ yếu vào tính chất vật lý và đặc tính nhiệt của chất lỏng. Dòng chảy rối với vận tốc cao sẽ càng làm tăng công suất truyền nhiệt.

Cơ chế truyền nhiệt thứ hai là độ dẫn nhiệt qua vách ống. Hầu hết các ống trao đổi nhiệt được làm từ đồng hoặc nhôm hợp kim hoặc các vật liệu tương tự mà có hệ số dẫn nhiệt cao.

Cơ chế thứ ba là sự đối lưu nhiệt từ thành ống đến môi chất làm mát trong ống. Cơ chế này hoạt động trong nhiều cách thức tương tự như các trở kháng nhiệt chất lỏng nóng. Sử dụng dòng chảy rối vận tốc cao để tăng giá trị k.

Các điều kiện khác có ảnh hưởng đến công suất truyền nhiệt là sự bám bẩn, đóng cặn xảy ra ở cả hai bên của ống trao đổi nhiệt sau một khoảng thời gian hoạt động. Lớp này cáu cặn này:
- Đóng vai trò như một chất cách nhiệt
- Làm tăng độ dày thành ống trao đổi nhiệt và giảm phân bố vận tốc chất lỏng gần thành ống.

Khi độ dày lớp này càng lớn, công suất truyền nhiệt càng giảm. Lúc này phương các phương pháp cơ học, hóa chất làm sạch hoặc cả hai là cần thiết để loại bỏ lớp cáu cặn này.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 1


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Cấu tạo ống trao đổi nhiệt


Bộ trao đổi nhiệt có thể có 1, 2, và 4 pass như Hình 1. Nhiều đường dẫn được ngăn trong vỏ bảo vệ và giao với các tấm chắn để bước đầu buộc các môi chất làm mát (nước) thông qua chỉ một phần của ống. Điều này làm cho nước chảy qua một, hai, ba hoặc bốn lần chiều dài của bộ trao đổi nhiệt trước khi nó rời khỏi thiết bị.

Chất lỏng có thể chảy tầng hoặc chảy rối. Khi dòng chảy tầng và chuyển động với vận tốc thấp trong ống, có rất ít hoặc không có dòng chất lỏng ngay cạnh vách ống. Lớp màng này của chất lỏng ứ đọng gây cản trở sự truyền nhiệt. Dòng chảy rối với vận tốc nhanh hơn, hỗn loạn hơn, dòng chảy sẽ không có một chỉ số gradient vận tốc cố định. Một mô hình dòng chảy rối có thể phá vỡ nhiều màng chất lỏng tĩnh, làm gián đoạn dòng chảy thành lớp, qua đó cải thiện công suất truyền nhiệt. Mặc dù các trở lực dòng chảy làm giảm áp lực thông qua các thiết bị trao đổi nhiệt, nhưng sư cải thiện hiệu suất truyền nhiệt lớn hơn bù đắp cho sự sụt giảm áp suất này.



Két làm mát bằng nước



Hình 2

Một thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng như hình 2, lớp vỏ bên ngoài ở hai đầu nắp được gắn cố định. Ống trao đổi nhiệt bên trong vỏ chạy suốt chiều dài của vỏ và dừng ở tấm chặn cuối. Nước làm mát chảy bên trong ống, và dầu thủy lực cần giải nhiệt chảy quanh các ống bên trong vỏ.

Những thiết bị trao đổi nhiệt này được làm bằng đồng đỏ, đồng, gang, đồng thau, thép không gỉ, nhôm và kim loại đặc biệt khác. Các ống tạo nên bó ống, hoặc lõi, được sắp xếp thành chùm ống (hình vuông hoặc hình tam giác cân) để giúp thúc đẩy dòng chảy hỗn loạn. Các ống chạy qua một số tấm vách ngăn tạo nên một cấu trúc cứng cáp và tạo ra như một mê cung. Mô hình dòng chảy này tăng cường truyền nhiệt bằng cách buộc dầu thủy lực cần giải nhiệt chảy vuông góc với ống và thời gian lưu lại trong bộ trao đổi nhiệt lâu hơn tăng cường công suất trao đổi nhiệt. Nhiều bó ống cho các ứng dụng thủy lực hầu như được bịt kín vĩnh viễn trong vỏ. Các thiết kế với bó ống di động vẫn có nhưng chi phí đắt hơn và sẽ có các cách niêm phong khác nhau ở vỏ đầu.




Két làm mát bằng khí



"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 3


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Khi bộ làm mát bằng không khí là sự lựa chọn để nhận được nhiệt thải, thiết bị trao đổi nhiệt trong hình 3 được sử dụng. Mặc dù nó tỏa nhiệt chỉ ở mức độ nhỏ, nó thường được gọi là một bộ tản nhiệt thay vì một đối lưu.

Dầu nóng đi qua các ống của các bộ trao đổi nhiệt, và dòng chảy rối giúp phá vỡ dòng chảy thành lớp để thúc đẩy truyền nhiệt hiệu quả từ chất lỏng với thành ống. Các kim loại làm ống cũng có độ dẫn nhiệt cao.

Không khí lưu lại quanh mặt ngoài của ống là một vấn đề trong các nỗ lực để tăng công suất truyền nhiệt. Tuy nhiên không khí là một môi chất có hệ số trao đổi nhiệt thấp. Nhưng với lưu lượng không khí tăng dần qua các ống giúp tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.

Như với trao bộ trao đổi nhiệt kiểu ống lồng, tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt làm tăng khả năng truyền nhiệt. Người ta đã gắn thêm các cánh tản nhiệt bằng nhôm mỏng gắn chặt vào ống, làm tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, đồng thời tạo lợi ích bổ sung, giúp phá vỡ dòng chảy thành lớp của không khí.

Các điểm lưu ý khi chọn thiết kế một thiết bị trao đổi nhiệt:

- Ống bầu dục thúc đẩy dòng chảy hỗn loạn ở lưu lượng thấp hơn so với ống tròn.
- Ống tròn nhẵn cho tốc độ dòng chảy cao hơn và giảm áp suất thấp hơn so với các ống hình bầu dục.
- Vật liệu ống có thể đồng thau, đồng, nhôm, hoặc thép. Sự lựa chọn có thể phụ thuộc vào nhu cầu của cấu trúc hoặc điều kiện môi trường làm việc.
- Khác nhau về độ biến thiên khả năng truyền nhiệt và khả năng làm sạch. Loại cánh tản nhiệt là tấm phẳng, bướu, và mái hắt, xếp theo thứ tự khả năng tạo ra dòng chảy hỗn loạn ngày càng tăng và theo thứ tự là khả năng làm sạch giảm.




Các thiết kế bộ trao đổi nhiệt công nghệ mới


Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng đã quá quen thuộc của ngành công nghiệp trong hơn 50 năm. Tuy nhiên gần đây, mẫu thiết kế mới đã được phát triển để tăng tính hiệu quả, cung cấp bề mặt truyền nhiệt tương đương trong bộ vỏ nhỏ hơn, và tất nhiên giảm chi phí.
Thiết kế mở rộng bề mặt bổ sung thêm nhiều cánh tản nhiệt bên ngoài của ống. Các cánh tản nhiệt làm tăng diện tích tiếp xúc và cải thiện hệ số truyền nhiệt, do đó làm giảm kích thước của thiết bị trao đổi nhiệt trên phiên bản vỏ và ống tiêu chuẩn. Tuy nhiên, do diện tích bề mặt truyền nhiệt bên trong lớn hơn, điều này khiến độ giảm áp lực tương ứng lớn hơn trong các phiên bản cũ.
Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt vỏ và ống mở rộng bề mặt cũng có sẵn với van bảo vệ quá áp. Nếu áp suất hệ thống tăng, một van bypass mở ra để bảo vệ ống khỏi bị hư hại do áp lực dư.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 4


ĐẶT MUA KÉT LÀM MÁT THỦY LỰC NGAY TẠI ĐÂY > > >



Một thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt mới hơn là loại tấm bản như Hình 4. Bề mặt truyền nhiệt bao gồm một loạt các tấm thép không gỉ, từng tấm được dập theo hình sóng, thiết kế này đem lại sự kết hợp với hiệu quả truyền nhiệt cao và khả năng chống bám bẩn tốt. Số lượng và thiết kế của các tấm khác nhau tùy theo hiệu quả giải nhiệt mong muốn. Các tấm được xếp chồng lên nhau cùng với những tấm mỏng bằng đồng hoặc niken giữa mỗi tấm, cũng có thể là các roăng su làm kín. Các gói tấm, tấm cuối, và các kết nối được hàn cứng với nhau trong một lò chân không để bảo đảm các tấm lại dính chặt với nhau ở các cạnh và tại tất cả các điểm tiếp xúc.

Các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản là nhỏ gọn, chắc chắn, và cung cấp khả năng truyền nhiệt cao, diện tích bề mặt truyền nhiệt của nó được tập trung vào một khối lượng rất nhỏ. Các nếp gấp trong các tấm tạo ra dòng chảy hỗn loạn để tăng tốc độ truyền nhiệt và giảm ô nhiễm. Một thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản chiếm khoảng một phần tám khối lượng chất lỏng của một thiết bị kiểu ống lồng có cùng công suất trao đổi nhiệt.

Thông thường môi chất làm mát chỉ có một đường thông qua bộ trao đổi nhiệt này. Các môi chất đều được bố trí thông qua các kênh song song thay thế xen lẫn được tạo ra bởi các tấm kênh xếp chồng lên nhau.

Thiết kế kiểu tấm bản với các tấm thép không gỉ cho phép vận tốc dòng chảy cao khoảng 20 ft / giây. Vận tốc cao hơn, cùng với dòng chảy hỗn loạn, cung cấp các mức truyền nhiệt từ ba đến năm lần so với các bộ trao đổi nhiệt vỏ và ống. Công suất truyền nhiệt cao hơn sẽ làm giảm các khu vực cần phải đặt bộ giải nhiệt riêng lẻ.

Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm vây rất đặc trưng bởi nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, thiết kế hiệu quả. Nó cung cấp làm mát nhiều hơn đáng kể trên 01 inch khối so với các thiết kế khác được mô tả trước đó. trao đổi nhiệt dạng tấm vây bao gồm phòng vây ngăn cách bởi tấm phẳng và bố trí đường đi xen kẽ những đoạn nóng và lạnh. Nhiệt được truyền qua các vây ở lối đi, thông qua các tấm phân cách, Hình 5. Cấu tạo cơ bản bao gồm các lớp khác vây và tấm bản khác nhau tạo thành một cấu trúc tổ ong vững vàng chống rung và sốc. Thiết bị loại này rất hiệu quả, nhẹ, và cấu trúc chắc chăn, nó thường được sử dụng trong các ứng dụng thủy lực quân sự và hàng không.

Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm - vây thường được chế tạo từ nhôm, nhưng không phụ thuộc vào vật liệu kết cấu, chủ yếu là các tấm được hàn cứng hoặc chân không cao. Bởi vì tấm trao đổi nhiệt như vây đòi hỏi phải chế tạo chính xác hơn, chúng thường đắt hơn so với các bộ trao đổi nhiệt khác được thảo luận trước đó.


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Hình 5




Các chú ý khi ứng dụng các thiết bị trao đổi nhiệt


Khi xác định các nhu cầu trao đổi nhiệt của một hệ thống thủy lực, xem xét có bao nhiêu nhiệt dư do hệ thống tạo ra và với khoảng nhiệt độ nào các thành phần dầu và thiết bị có thể chịu đựng được. Xác định nhu cầu làm mát dầu thủy lực có thể tính toán sai vì nhiệt có thể thay đổi theo các chu trình khác nhau. Ngoài ra, nhiệt độ môi trường xung quanh có thể thay đổi hoặc sinh nhiệt có thể tăng theo thời gian.

Bước đầu tiên trong việc xác định các yêu cầu truyền nhiệt của một hệ thống là phải biết giới hạn nhiệt độ của chất lỏng hệ thống và các thành phần. Thông tin này có sẵn từ các nhà cung cấp thiết bị.
Tiếp theo, ước tính tổng nhiệt lượng hệ thống trước khi thiết kế hệ thống. Để đi đến con số này, nhiều nhà thiết kế sử dụng các tỷ lệ danh nghĩa của phương thức nhập mã lực. Sử dụng phương pháp này, nhiệt được ước tính là một tỷ lệ phần trăm trên tổng số không hiệu quả hệ thống, dựa trên sự thiếu hiệu quả cá nhân thành phần, diện tích bề mặt ống nước, và các kinh nghiệm quá khứ. Tổng số các tỷ lệ phần trăm được nhân với mã lực (HP) đầu vào và chuyển đổi sang đơn vị BTU/ min, BTU/ hr, hoặc kW.

Ví dụ, một hệ thống thủy lực 300 HP được đánh giá với hiệu suất sử dụng nhiệt 70% tương đương 210 HP. Số còn lại 30%, 90 mã lực, bị mất nhiệt. 90 mã lực chuyển đổi tương ứng 3.820 BTU/ min hoặc 229.200 BTU/ hr, hoặc 67,14 kW. Sau khi hệ thống được xây dựng, nhiệt dư được xác định bằng cách đo sự gia tăng nhiệt độ chất lỏng trong hệ thống hoạt động trong một khoảng thời gian. Nhiệt độ tăng trên một đơn vị thời gian, cùng với công suất hệ thống, xác định được nhiệt đầu vào.

Để giảm tiếp xúc với áp lực cao, bộ trao đổi nhiệt nên được lắp đặt trên đường về tank chứa dầu. Một van bypass bảo vệ nó trong trường hợp áp suất tăng cao đột ngột, chẳng hạn những lúc khởi động hệ thống trở lại sau một quá trình nghỉ, nhiệt độ thấp. Van bypass hoặc van nhiệt hoạt động cũng có thể lấy tín hiệu dựa vào nhiệt độ chất lỏng. Theo cách này, chất lỏng chỉ đi qua các thiết bị trao đổi nhiệt khi đạt đến một nhiệt độ xác định trước, và đóng hoàn toàn van bypass khi nhiệt độ ở dưới mức cho phép.

Thiết bị trao đổi nhiệt dầu – không khí được sử dụng rông rãi trên các ứng dụng thiết bị máy phải di chuyển. Bộ làm mát động cơ có sẵn để làm mát dầu, nhưng nhiệt dư cuối cùng cũng phải được loại bỏ vào không khí môi trường xung quanh thông qua bộ tản nhiệt. Một số kết cấu sử dụng một phần riêng biệt của bộ tản nhiệt ở phía trước của quạt gắn động cơ làm mát dầu.

Khi xem xét ứng dụng và kích thước của bộ trao đổi nhiệt, nhiệt độ ổn định của chất lỏng thủy lực và thời gian cần thiết để đạt đến nhiệt độ đó. Một nhà sản xuất, thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt khi liên hệ với khách hàng cần cung cấp các thông số sau đây.
- Công suất nhiệt tỏa ra của dầu (BTU/ min)
- Lưu lượng dầu trong hệ thống (gpm)
- Nhiệt độ dầu tối đa
- Nhiệt độ không khí môi trường xung quanh trong quá trình vận hành hệ thống
- Các chất gây ô nhiễm môi trường có thể ảnh hưởng đến hệ thống, và
- Độ giảm áp suất tối đa cho phép.

Nếu các thiết bị trao đổi nhiệt được làm mát bằng chất lỏng, các nhà sản xuất cũng cần phải biết nhiệt độ nước vào làm mát và vận tốc dòng chảy, áp suất nước. Hầu hết các nhà sản xuất cũng phải thực hiện đúng các bước và ứng dụng các phương trình đơn giản để tính toán kích thước ống trao đổi nhiệt phù hợp.

Hiện tại có 02 loại két làm mát có thể lựa chọn,  nó có thể làm mát bằng không khí hoặc làm mát bằng nước. Nói chung, bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng không khí có nhiều tốn kém hơn so với những bộ trao đổi nhiệt làm mát bằng nước trên một cơ sở cho mỗi đơn vị cơ bản, bởi vì trên ứng dụng thiết bi động, bộ làm mát bằng gió đòi hỏi một cụm quạt / động cơ. Nhưng có rất nhiều điều cần phải cân nhắc đó là:
- Chi phí điện để chạy quạt
- Chi phí mua nước, bơm nó, hoặc có thể xử lý nó trước khi sử dụng hoặc sau khi xả ra.
- Tiếng ồn của quạt và khí nóng xả ra.
- Bị tắc bề mặt làm mát nếu các mảnh vụn bay trong không khí.
- Cần lắp đặt cơ cấu chống rung và ống kết nối linh hoạt.
Một thiết bị trao đổi nhiệt với kích thước và áp dụng đúng có thể tiết kiệm chi phí, thời gian, tiền bạc, và công sửa chữa.










VIDEO THAM KHẢO:





Test rò rỉ thủng ống két nước làm mát dầu bằng áp suất khí nén 5bar





Chúc các bạn thành công!



NGUỒN: (Hydraulicspneumatics)



BIÊN DỊCH VÀ TỔNG HỢP: EBOOKBKMT 

M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: