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oil mixing  

幾天前在國外機械潤滑月刊中讀到這個標題

這問題在我心中自有答案

但一般使用者卻未必全然瞭解

這也讓我回想起多年前在銷售經驗就發生過客戶因混合錯誤而付出慘痛的代價。

 

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pao base oil     PAO分子結構

        圖片取自中國商品網                                   圖片取自維基百科

 

之前談合成油時,曾提到PAO合成油。

這是一種聚烯烴化合物(Poly Alpha Olefin)。

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所有普遍存在於液壓裝置的問題中,過熱問題是排名第2位的問題。相較於排名第1的洩漏問題,過熱的發生原因與補救措施對於維修人員來說依舊難與克服。

為何液壓系統會過熱?

液壓油的溫升(heat raise縮寫為HR)來自於系統效能下降,而效能下降導致輸入動力的漏失(power lost縮寫為PL),而PL會轉變成熱。

HR=PL總值=幫浦PL+閥門PL+管路PL+促動器PL

當輸入動力的總漏失值(PL)大於熱量散失值,液壓系統就會過熱。所以根據不同型態之液壓系統,可裝置介於25〜40%輸入動力的冷卻系統。

液壓油溫度

到底多熱才是過熱呢?當油溫高於180℉(82℃),將會破壞油封並且加速液壓油劣化。顯然地,避免操作溫度高於180℉(82℃),即不至於液壓油黏度因高溫而低於最佳黏度。時時注意操作溫度低於180℉(82℃)。(此溫度必須參考你系統使用何種黏度而調整,通常使用ISO VG 68之液壓油,操作溫度應低於180℉(82℃)。

維持穩定的液壓油溫度

為維持穩定的液壓油溫度,液壓系統的散熱能力必須遠超過熱能增加量。舉例而言,在某一系統中其持續動力為100kw,而其發揮效能達80%,因此就會有20kw動能轉為熱能,假設此系統裝置具25kw功率之冷卻設備,則當熱能負載超過25kw或冷卻效能低於25kw時,液壓油溫度就會升高。

再看這個存在於某一移動液壓設備中的過熱例子。一柴油動力之液壓系統,用於作動切割海底管線之切割機,此切割機裝設於海底,其連結之液壓油管纏繞達710英尺。操作系統操作情況為:在3000psi之液壓下,液壓油流量為每分鐘24加崙。

液壓動力裝置馬力為37kw,並配有氣冷式熱交換機,冷卻能力達10kw約為輸入動力之27%(10/37X100=27),皆在設計規範內。我們很明顯地看出過熱的原因在於超載之熱能。當我們將問題著眼於纏繞管路的長度上,可以算出壓力損失量。理論上,在3/4英吋口徑,710英尺長,流量每分鐘24加崙的進油管內應有800psi的壓力損失,而在1英吋口徑,同樣長度的回油管中有200psi的壓力損失。這壓力損失總值1000psi(800+200=1000)將轉為10.35kw的熱能。這意謂超負載的熱能為0.35kw(10.35-10),這值是熱交換機無法處理的負擔,因此造成液壓系統產生過熱問題。

克服熱能

有2種方法可以解決液壓油的過熱問題。降低熱能負載和增強散熱效能

液壓系統是經由儲油槽來散熱,因此必須檢查儲油槽油位,如果太低則須添補液壓油至正常油位。再者,檢查油槽四周之通氣孔是否被灰塵或黴菌堵塞。

檢查熱交換機之管路是否阻塞。熱交換機之冷卻能力取決於液壓油之流通速率與液壓油和冷卻水或冷卻氣體之溫度。仔細檢查並保養冷卻系統,使其保持良好之性能。

當系統設定之油量流速是已知的,則可使用紅外線測溫計檢查熱交換機的效能。首先,測量液壓油進油口與出油口之油溫,並經由下列公式換算熱交換機的功率

hydatwork-formula.gif  

                                              kW=熱交換機散熱功率。單位:kw千瓦

                                              L/min=熱交換機中液壓油之流速。單位:公升/分鐘

                                              △T℃=進油口油溫-出油口油溫。單位:℃

 

例如:測量之油溫差為4℃,熱交換機中液壓油流速為90L/min,經由計算得到散熱功率為10kw。相對於輸入動力100kw,熱交換機之散熱功率為輸入動力功率的10%。如果系統過熱,即表示不是熱交換機冷卻效能不足就是冷卻管路出問題。

相反的,當測量之油溫差為10℃,熱交換機中液壓油流速為90L/min,經由計算得到散熱功率為26kw。相對於輸入動力100kw,熱交換機之散熱功率為輸入動力功率的26%。如果系統過熱,即表示系統效能表現已經降到74%以下。

 

壓力下降就會產生熱

當壓力下降時就會產生熱。這表示系統中有某些元件作動是異常的。內部壓力洩漏將使油溫升高導致過熱現象,這可能是油壓缸中的高壓液壓油從活塞油封洩漏,也可能是洩壓閥的壓力調整發生錯誤,此時必須確認並更換造成熱能的元件。

密閉中心管路中造成熱能最常見的原因為:洩壓閥的壓力設定值過於接近或低於可置變式置換幫浦的補償壓力值,雖然這麼做可避免系統壓力趨近於補償器的壓力設定值,但置換幫浦壓力卻沒有因此而降低至零,反而使幫浦不斷提供液壓油流動,使其流過洩壓閥導致產生熱能。為防止這問題發生,洩壓閥的壓力設定值應高於幫浦的補償壓力值250psi。參見下圖:

 

HydatWork-Fig1.jpg  

                                         密閉中心管路顯示出洩壓閥的壓力設定值(RV)比

                                                     置換式幫浦(PV)的補償壓力值(PC)高250psi。

 

持續操作油溫過高的液壓系統,就像是在操作冷媒溫度過高的內然機,一定會對機械造成傷害。因此當液壓系統開始有過熱現象時,應立即停機,檢查確認原因後修復它。

 

資料來源:譯自機械潤滑雜誌期刊-Solving Hydraulic System Overheating Problems 一文。

作者:Brendan Casey,具有16年機械維修經驗,專精於移動式工業液壓設備。

 

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