Теплообменники (маслоохладитель)

Какие бывают маслоохладители?
Маслоохладитель – это теплообменник, отводящий тепло от масла к более холодной среде (воздух, вода, хладагент). По типу охлаждающей среды их обычно делят на:

Воздушные маслоохладители (oil/air) – масло проходит через радиатор, а вентилятор прогоняет через оребрённую поверхность поток воздуха.

Водяные маслоохладители (oil/water) – масло охлаждается в кожухотрубных или пластинчатых теплообменниках водой из технологической или отдельной системы охлаждения.

Охладители с хладагентом (чиллеры, термосифоны) – избыточное тепло масла отводится к хладагенту, который затем отдаёт его конденсатору.

По конструкции чаще всего встречаются кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, а для воздушных охладителей радиаторы из оребрённых труб или алюминиевых пластин. Материалы – углеродистая сталь, нержавеющая сталь, медь, латунь и алюминий, выбор зависит от давления, температуры и коррозионной среды.

Что такое «рассеиваемая мощность» маслоохладителя?

Рассеиваемая мощность маслоохладителя Q– это количество тепла, которое охладитель способен отвести от масла в единицу времени, обычно в кВт. Производители серьёзного промышленного оборудования часто указывают «heat dissipation at ΔT = 40 °C» или «specific heat dissipation, kW/°C».

В гидравлических и смазочных системах удобно исходить из тепловыделения самой системы (мощность потерь Рv), а затем проверять, достаточно ли рассеиваемой мощности выбранного охладителя. Если Qохл<Pv, температура масла будет расти до недопустимых значений.

Базовые формулы для расчёта

По расходу масла и перепаду температур

Классическая формула для расчёта мощности теплообменника через массовый расход масла:

Q=m˙⋅c⋅ΔT

где m – массовый расход масла, кг/с; c – удельная теплоёмкость масла, кДж/(кг·°C), для грубых расчётов часто берут c≈2,0–2,2 кДж/(кг·°C); ΔT=Tвход−Tвыход – фактическое охлаждение масла в охладителе, °C.

Чтобы сразу получить кВт, удобно использовать расход в л/мин и эмпирический коэффициент:

QkW≈0,116⋅Qл/мин⋅ρотн⋅ΔT

где Qл/мин – объёмный расход масла, л/мин; ρотн – относительная плотность масла по отношению к воде, для большинства масел ρотн≈0,85–0,9; коэффициент 0,116 учитывает перевод единиц (л/мин → кг/с, кДж → кВт).

Пусть расход масла 60 л/мин, ρотн=0,88, желаемое охлаждение ΔT=15°C. Тогда:

QkW≈0,116⋅60⋅0,88⋅15≈92 кВт

Эта величина и есть требуемая рассеиваемая мощность маслоохладителя при таких условиях.

Через «удельную рассеиваемую мощность» производителя

Для серийных oil/air охладителей производитель нередко даёт таблицу или график «specific heat dissipation» в кВт/°C при заданном расходе масла. Тогда:

QkW=Pуд⋅ΔT

где Pуд – удельная рассеиваемая мощность, кВт/°C, считанная по каталогу для конкретного расхода и скорости вентилятора; ΔT – разность между температурой масла на входе в охладитель и температурой охлаждающей среды (воздуха или воды) на входе, °C.

Если в каталоге указано, что при расходе 120 л/мин удельная рассеиваемая мощность 1,06 кВт/°C, а расчётное ΔT=40°C, то:

QkW=1,06⋅40≈42,4 кВт

Калькулятор считает рассеиваемую мощность по формуле:

QkW=0,116⋅Qл/мин⋅ρотн⋅ΔT