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[摘 要]本文就连铸机液压系统油温高的隐患，通过理论分析和现场跟踪，提出改进措施。
[关键词]冷却板 换热面积 油温
中图分类号：X711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0031-01
前言
自2015年以來，我厂连铸机主液压系统频繁出现油温高现象，有时高达70℃，为避免造成连铸事故停浇，有时不得不往液压站油箱内加入新油，以达到降温目的。但无论增加轴流风机还是加入新液压油，此措施仅仅是暂时缓解油温高的现象，并不能彻底根治油温高的隐患。
由于连铸液压系统油温度过高，其它故障也在随之相应发生，如换向阀磨损快和经常卡阻，泵的寿命短等。液压系统油温的理想温度是30-55℃，此时油液的粘度、润滑性、抗氧化性和耐磨性处于最佳状态，液压系统传动效率最高。我厂液压系统使用的脂肪酸脂最佳温度为40-45℃，当油温过高时，将使油液劣化加快，容易造成油液汽化，使“气蚀”现象更加严重，另外，密封件寿命缩短，滑动部分摩擦阻力加大，严重时还可能发生运动副卡死等现象。因此必须尽快找出导致油温过高的具体原因，并采取有效措施降低系统温度。
一、溯源分析
液压系统工作时，液压泵和液压缸的容积损失和机械损失将消耗一定的能量。这部分能量的损失主要体现为流量和压力损失，流量损失是指由于压差和间隙引起的液压油泄漏。压差使液压油从压力较高处经配合间隙流至压力较低处，这就是泄漏。泄漏使有效流量减少，容积效率降低。泄漏量與压差的乘积即为功率损失，而功率损失往往转换为热量，致使液压系统温度升高。
压力损失是指因液压油的粘性阻力和流经局部障碍时产生的压力降。前者被称为沿程压力损失，它是由液压油流动时的内摩擦引起的；后者称为局部压力损失，是由于液流方向或流速等的突然变化，在局部区域内形成漩祸，使质点相互碰撞和剧烈摩擦而引起的。由压力损失引起的功率损耗转变为热量，也会使液压系统温度升高。
此外，密封摩擦、相互运动的机械摩擦副之间的摩擦阻力也要损耗一定的功率。当液压栗处于压缩行程时，液压油特别是渗入的空气被压缩至高压时，也将产生热量。当充气的蓄能器急速地循环工作时，可能使气体的温度高于油温，这就会使热量传向油液。
二、改进措施
在连铸机连续工作5年之后，液压系统各类液压阀、液压泵磨损都不可避免。阀芯与泵体的磨损能加剧油温升高，同时，液压油温升高又引发阀芯与泵体进一步磨损，形成恶性循环。除了定期更换磨损的液压泵、液压阀之外，增大液压系统冷却板的冷却强度，能有效解决油温高的隐患。
2.1 冷却器面积和能力的校核和改造
68#脂肪酸脂最佳温度为40-45℃，但实际工作时，其温度经常达到60℃，有时甚至达70℃，因此，根据现有的冷却水温度、流量等参数下，必须重新核算冷却器的面积和选择冷却器满足系统要求，以便把油温控制在40℃-45℃。
2.1.1 系统热量来源
液压系统发热的热量计算主要包括以下几个部分：
①液压主泵功率损耗转变为热能，其发热量为：H=860P（1-η）kal/h
式中H1——为发热量（kcal/h）；
P——油泵的输入功率，取110（kW）；
η——油泵的总效率，取0.9。
主泵的发热量功率为：
H1=860*110*（1-0.9）*5=47300kcal/h
②液压循环泵功率损耗转变为热能
循环泵的功率对主系统而言，除用来循环过滤油液外，是一种“纯粹”的损耗泵的功率损耗：其发热量为：
H2=860*p*q/60（kcal/h）
式中p—泵的实际工作压力，为1.5MPa；
q—泵的实际流量.为210L/min；
循环泵的发热量功率为：
H2=860*1.5*210/60=4515kcal/h
③油液流经管道及阀门时由于能量损失而产生的热量，其值约为
H3=860*（0.03&0.05）*P（kcal/h）
式中P—油泵的输入功率，取110（kW）；
则H3=860*0.05*110=4730kcal/h
2.1.2 液压系统的热量消耗
液压站内产生的热量一部分是通过油箱表面福射散热，引起室温升高，另一部分通过液压系统中的管路发散到室外（此部分很小，常忽略不计），而发热量的绝大部分将由冷却器中的冷却水吸收，因此只有合理选择冷却器的面积才能有效保证系统中的油温正常。液压系统的热量消耗计算主要包括以下2个部分：
①液压系统的自然散热
H4=A*K（T-t）
式中A-- 辐射散热面积，A=12㎡；
K—散热系数，K=10kcal/h？㎡；
T—油温60℃；
t—室温48℃。
H4=12*10*12=1440kcal/h
②冷却器面积的计算
在油温60℃室温48℃时冷却器应带走的热量：
Hc=H1+H2+H3-H4=47300+4515+4730-1440=55105kcal/h
冷却器油出口的温度：
T2=Tl-Hc/（60QoCopo）=54.81℃
式中T1--冷却器油进口温度55℃；
Qo—冷却器的通油流量，250L/min；
Co—油液的比热0.65kcal/kg℃；
po一油液的重度1.09kg/L。
冷却器水出口的温度：
t2=tl+Hc/（60QwCwpw）=49.18℃
式中tl--冷却水进口温度40℃；
Qw--冷却水流量lOOL/min；
Cw--水的重度1kg/L；
pw--水的比热1kcal/kg℃。
冷却器的平均温差：
Δt=【（Tl+T2）-（tl+t2）】/2=12.81℃
冷却器的换热面积：
A=He/（ΔtK）=61.45㎡
式中K冷却器换热系数K=70kcal/h*㎡*℃。
经计算得出A=61.45㎡，而现有系统中冷却器面积仅有40㎡，说明原冷却器不能满足液压系统正常工作的需求，这是系统工作时油温升高的一个主要原因。为此需增加1个40㎡的冷却器，即可满足液压系统的要求。实践证明该计算是准确可靠的，当增加冷却器后，油温一直可控制在45℃内。
三、整改后的效果
该项目经过论证后，改造实施，效果良好，油温持续保持在40-45℃。经实践证明液压油温度降低后，整个液压系统漏油点明显减少，软管密封使用寿命增加，夹紧缸传感器不再损坏；同时降低了人员劳动强度，节省液压阀和扇形段传感器费用。
由于有效降低油温，液压油消耗减低，同比2016年油耗降低90桶，直接节余25.2万元；液压阀及传感器消耗直接降低成本24万元。同时，也直接消除液压系统事故隐患，减少连铸停浇事故。
参考文献
[1] 杨世铭，陶文铨.传热学，北京，高等教育出版社，1998
[2] 李玉柱苑明顺.流体力学，北京，高等教育出版社，1998
作者简介
赵旭明（1972-），男，邯钢一炼钢厂设备厂长，高级机械工程师。
[关键词]冷却板 换热面积 油温
中图分类号：X711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0031-01
前言
自2015年以來，我厂连铸机主液压系统频繁出现油温高现象，有时高达70℃，为避免造成连铸事故停浇，有时不得不往液压站油箱内加入新油，以达到降温目的。但无论增加轴流风机还是加入新液压油，此措施仅仅是暂时缓解油温高的现象，并不能彻底根治油温高的隐患。
由于连铸液压系统油温度过高，其它故障也在随之相应发生，如换向阀磨损快和经常卡阻，泵的寿命短等。液压系统油温的理想温度是30-55℃，此时油液的粘度、润滑性、抗氧化性和耐磨性处于最佳状态，液压系统传动效率最高。我厂液压系统使用的脂肪酸脂最佳温度为40-45℃，当油温过高时，将使油液劣化加快，容易造成油液汽化，使“气蚀”现象更加严重，另外，密封件寿命缩短，滑动部分摩擦阻力加大，严重时还可能发生运动副卡死等现象。因此必须尽快找出导致油温过高的具体原因，并采取有效措施降低系统温度。
一、溯源分析
液压系统工作时，液压泵和液压缸的容积损失和机械损失将消耗一定的能量。这部分能量的损失主要体现为流量和压力损失，流量损失是指由于压差和间隙引起的液压油泄漏。压差使液压油从压力较高处经配合间隙流至压力较低处，这就是泄漏。泄漏使有效流量减少，容积效率降低。泄漏量與压差的乘积即为功率损失，而功率损失往往转换为热量，致使液压系统温度升高。
压力损失是指因液压油的粘性阻力和流经局部障碍时产生的压力降。前者被称为沿程压力损失，它是由液压油流动时的内摩擦引起的；后者称为局部压力损失，是由于液流方向或流速等的突然变化，在局部区域内形成漩祸，使质点相互碰撞和剧烈摩擦而引起的。由压力损失引起的功率损耗转变为热量，也会使液压系统温度升高。
此外，密封摩擦、相互运动的机械摩擦副之间的摩擦阻力也要损耗一定的功率。当液压栗处于压缩行程时，液压油特别是渗入的空气被压缩至高压时，也将产生热量。当充气的蓄能器急速地循环工作时，可能使气体的温度高于油温，这就会使热量传向油液。
二、改进措施
在连铸机连续工作5年之后，液压系统各类液压阀、液压泵磨损都不可避免。阀芯与泵体的磨损能加剧油温升高，同时，液压油温升高又引发阀芯与泵体进一步磨损，形成恶性循环。除了定期更换磨损的液压泵、液压阀之外，增大液压系统冷却板的冷却强度，能有效解决油温高的隐患。
2.1 冷却器面积和能力的校核和改造
68#脂肪酸脂最佳温度为40-45℃，但实际工作时，其温度经常达到60℃，有时甚至达70℃，因此，根据现有的冷却水温度、流量等参数下，必须重新核算冷却器的面积和选择冷却器满足系统要求，以便把油温控制在40℃-45℃。
2.1.1 系统热量来源
液压系统发热的热量计算主要包括以下几个部分：
①液压主泵功率损耗转变为热能，其发热量为：H=860P（1-η）kal/h
式中H1——为发热量（kcal/h）；
P——油泵的输入功率，取110（kW）；
η——油泵的总效率，取0.9。
主泵的发热量功率为：
H1=860*110*（1-0.9）*5=47300kcal/h
②液压循环泵功率损耗转变为热能
循环泵的功率对主系统而言，除用来循环过滤油液外，是一种“纯粹”的损耗泵的功率损耗：其发热量为：
H2=860*p*q/60（kcal/h）
式中p—泵的实际工作压力，为1.5MPa；
q—泵的实际流量.为210L/min；
循环泵的发热量功率为：
H2=860*1.5*210/60=4515kcal/h
③油液流经管道及阀门时由于能量损失而产生的热量，其值约为
H3=860*（0.03&0.05）*P（kcal/h）
式中P—油泵的输入功率，取110（kW）；
则H3=860*0.05*110=4730kcal/h
2.1.2 液压系统的热量消耗
液压站内产生的热量一部分是通过油箱表面福射散热，引起室温升高，另一部分通过液压系统中的管路发散到室外（此部分很小，常忽略不计），而发热量的绝大部分将由冷却器中的冷却水吸收，因此只有合理选择冷却器的面积才能有效保证系统中的油温正常。液压系统的热量消耗计算主要包括以下2个部分：
①液压系统的自然散热
H4=A*K（T-t）
式中A-- 辐射散热面积，A=12㎡；
K—散热系数，K=10kcal/h？㎡；
T—油温60℃；
t—室温48℃。
H4=12*10*12=1440kcal/h
②冷却器面积的计算
在油温60℃室温48℃时冷却器应带走的热量：
Hc=H1+H2+H3-H4=47300+4515+4730-1440=55105kcal/h
冷却器油出口的温度：
T2=Tl-Hc/（60QoCopo）=54.81℃
式中T1--冷却器油进口温度55℃；
Qo—冷却器的通油流量，250L/min；
Co—油液的比热0.65kcal/kg℃；
po一油液的重度1.09kg/L。
冷却器水出口的温度：
t2=tl+Hc/（60QwCwpw）=49.18℃
式中tl--冷却水进口温度40℃；
Qw--冷却水流量lOOL/min；
Cw--水的重度1kg/L；
pw--水的比热1kcal/kg℃。
冷却器的平均温差：
Δt=【（Tl+T2）-（tl+t2）】/2=12.81℃
冷却器的换热面积：
A=He/（ΔtK）=61.45㎡
式中K冷却器换热系数K=70kcal/h*㎡*℃。
经计算得出A=61.45㎡，而现有系统中冷却器面积仅有40㎡，说明原冷却器不能满足液压系统正常工作的需求，这是系统工作时油温升高的一个主要原因。为此需增加1个40㎡的冷却器，即可满足液压系统的要求。实践证明该计算是准确可靠的，当增加冷却器后，油温一直可控制在45℃内。
三、整改后的效果
该项目经过论证后，改造实施，效果良好，油温持续保持在40-45℃。经实践证明液压油温度降低后，整个液压系统漏油点明显减少，软管密封使用寿命增加，夹紧缸传感器不再损坏；同时降低了人员劳动强度，节省液压阀和扇形段传感器费用。
由于有效降低油温，液压油消耗减低，同比2016年油耗降低90桶，直接节余25.2万元；液压阀及传感器消耗直接降低成本24万元。同时，也直接消除液压系统事故隐患，减少连铸停浇事故。
参考文献
[1] 杨世铭，陶文铨.传热学，北京，高等教育出版社，1998
[2] 李玉柱苑明顺.流体力学，北京，高等教育出版社，1998
作者简介
赵旭明（1972-），男，邯钢一炼钢厂设备厂长，高级机械工程师。