Skip to content

Olejové chladiče

Pomohly vám naše stránky, nebo se vám prostě jen líbí že tu najdete informace, návody, kalkulátory a katalogy ke stažení ve formě srozumitelné i pro začátečníky?

 

podportenas

 

Výběr olejového chladiče (výpočet měrného chladícího výkonu)

 

Velikost chladiče lze navrhnout podle měrného chladicího výkonu

 

Měrný chladicí výkon [kW/°C] je chladící výkon chladiče na každý 1°C rozdílu teploty oleje a okolního vzduchu. Vypočte se jako poměr mezi požadovaným výkonem chladiče a rozdílem teplot (ΔT) mezi olejem a okolním vzduchem. Je-li např. potřeba uchladit 7,5 kW tepla, při průtoku 100 l/min, maximální výstupní teplota oleje je 55°C a maximální teplota okolního vzduchu je 40°C (vždy uvažujeme nejhorší podmínky v létě, a přihlédneme k okolním zdrojům tepla, jako je motor, chladič vody, rozehřáté plechy atd – samozřejmě jen v místech odkud se saje chladící vzduch – co je za chladičem dál, po směru toku chladícího vzduchu nás nezajímá), měrný chladicí výkon vypočteme následovně: měrný chladicí výkon = potřebný chladicí výkon / rozdíl teplot = 7,5 / (55-40) = 0,5 kW/°C. Toto číslo se zdá malé, ale nenechte se mýlit. Celkový výkon chladiče se řídí touto hodnotou spolu s hodnotou průtoku oleje chladičem, a celkový chladící výkon daného chladiče tedy může být i v desítkách kW. V grafu v datovém listu se ale vyhledá právě na základě této hodnoty a hodnoty průtoku oleje v chladiči – viz dále.

 

Máme měrný chladicí výkon, co dál?

 

Na stranách datových listů chladičů se v grafu vybere ta křivka, která při daném průtoku oleje chladičem odpovídá vypočtenému měrnému chladícímu výkonu.

Ukázka jak může vypadat takový graf pro výběr chladiče je na obrázku níže (graf pochází z náhodně zvoleného datového listu jednoho nejmenovaného prodejce. Text černým písmem je původní text z datového listu – je součástí původního obrázku). V tabulce je vyznačen chladič vhodný pro aplikaci popsanou v prvním odstavci (0,5 kW/°C při 100 l/min průtoku):
 

 

Jak vypočítat požadovaný chladicí výkon?

 

Pokud ho neznáte, lze ho zhruba odhadnout následujícím způsobem:
• U stacionárních aplikací se uvažuje alespoň 25% výkonu agregátu
• U mobilních aplikací potom alespoň 33% výkonu agregátu

 

Výkon agregátu můžeme vypočítat z průtoku a tlaku oleje:

 

Výkon = ( průtok [l/min] x tlak [bar] ) / 600 (pozn.: 600 je přepočtový koeficient na kW příkonu čerpadla)

 

Příklad:

 

Příkon agregátu bude 40 kW. Potřebný chladicí výkon pro mobilní aplikace uvažujeme 33% = 13,2 kW. Průtok oleje chladičem bude 100 l/min. Max. teplota chladicího vzduchu v létě bude 40°C. Max. teplota chlazeného oleje 55°C. Rozdíl teplot = 15°C

 

Měrný chladicí výkon je podíl potřebného chladicího výkonu a ΔT, čili 13,2 / 15 = přibližně 0,88 kW/°C. Z grafu v datovém listu (hledáme průsečík požadovaného chladícího výkonu a požadovaného průtoku oleje chladičem) vybereme nejbližší vhodný chladič (bez datového listu nelze vhodný chladič určit – museli bychom pro daný chladič znát hodnotu chladícího výkonu při právě požadovaném průtoku, což je hodnota která se právě s průtokem mění, a nelze ji tedy vyznačit přímo na štítek chladiče – nejde o jednu hodnotu, ale o křivku hodnot závislou na průtoku oleje chladičem).

 

Pokud bychom tedy chtěli výkon chladiče nějak jednoduše „od oka“ odhadnout, může nám pomoci srovnání s autem – jak velký chladič má auto o daném výkonu? A jak výkonný ventilátor (ventilátory) ho ochlazují? Bereme při tom ale v potaz, že v autě se chladící kapalina chladí jen na přibližně 70-85°C, což je pro potřeby hydrauliky příliš vysoká teplota (tím pádem stačí méně účinné chlazení, než kdybychom chtěli chladit třeba na 40-45°C, jako v našem případě, kde tedy budeme muset k tomuto faktu přihlédnout (přepočítat si ΔT mezi chladičem auta a chladičem pro hydrauliku – pro stejně velký chladič nám totiž vyjde podstatně menší účinnost, když budeme potřebovat chladit na nižší teploty)). Jestliže nechceme použít tak výkonné (a hlučné) ventilátory jako jsou v autě, musíme samozřejmě také použít o to účinnější (větší) chladič (ani tak ale nelze do nekonečna snižovat výkon ventilátorů, protože právě ventilátor žene vzduch který chladič ochlazuje. Bez dostatečného průtoku vzduchu nemá chladič dostatečnou účinnost. Můžeme se ale dostat třeba na třetinu výkonu než je použito v autě, protože ventilátor chlazení oleje může běžet prakticky nepřetržitě, ale uvítáme spíše jeho výrazně nižší hlučnost. Budeme tedy volit spíše ventilátory pomalejší a méně výkonné, ale s velkou plochou záběru, aby ofukovali pokud možno celou plochu chladiče. Vycházet při dimenzování chladiče i ventilátoru samozřejmě musíme z výkonu který je potřeba uchladit, nikoliv z výkonu motoru jako takového. Jak jsme si už řekli, u mobilních strojů jde asi o třetinu výkonu motoru, za předpokladu, že se celý výkon motoru využívá pro pohon čerpadel (což nastane jen v případě, že je stroj vybaven hydraulickým pojezdem bez mechanické vazby na kola). V případě že jde například o traktor, nakladač, bagr či jiný stroj, kde je na pohon čerpadla/čerpadel potřeba jen menší část výkonu motoru, a například pohon kol je mechanický, tedy se k němu nevyužívá hydraulika, spočítáme příkon pouze samotných čerpadel podle postupu výše, a právě z této hodnoty pak vezmeme třetinu pro výpočty chlazení oleje. Může tedy jít jen o zlomek celkového výkonu motoru – zejména u traktorů a podobně, kde jde naprostá většina výkonu mechanicky na kola, a jen malá část se ho využije na pohon čerpadel hydrauliky by byl samozřejmě nesmysl dimenzovat chlazení oleje podle celkového výkonu motoru. Předimenzování chlazení, zejména pokud je vybaveno automatikou spínání ventilátoru, v létě nevadí vůbec, v zimě by vadilo jen pokud by na chladič oleje šel například chladný vzduch nasávaný do chlazení motoru, ale už z důvodu dost vysokých cen chladičů by bylo nerozumné chlazení předimenzovat o desítky nebo dokonce stovky procent. Trochu předimenzovat je ale vhodné – dejme tomu o 10-30%, pro přídad velmi teplých podmínek a/nebo nepřetržitého provozu.

 

Výpočet chlazení popsaný v tomto článku je sestaven tak, aby zvládal za běžných podmínek uchladit daný objem oleje při 100% zátěži, tedy při nepřetržitém provozu pod plným provozním tlakem. Například u zmíněných traktorů většinou není potřeba chlazení hydrauliky vůbec, nebo stačí jen výrazně menší chladiče, protože hydraulika traktoru nepracuje nepřetržitě, a není v ní po většinu provozní doby ani plný provozní tlak. Za stálé zatížení je možno považovat hydropohony, ať už pojezdu samotného stroje, nebo pohony zejména rotačního nářadí a podobně (u nářadí které pracuje trvale nebo většinu provozní doby – zejména tedy sekaček, mulčerů, rotavátorů a podobně), nebo stroje které pracují s hydraulikou dlouhé časové úseky prakticky nepřetržitě nebo velkou část provozní doby – například bagry, manipulátory a nakladače. Obecně lze říci, že procentuální podíl doby tlakové zátěže je roven procentuální potřebě chlazení oleje, jinak řečeno pokud stroj pracuje s plným nebo téměř plným provozním tlakem jen třeba polovinu provozní doby (v součtu jednotlivých časových úseků zatížení tlakem), bude na jeho chlazení stačit poloviční chladící výkon (za předpokladu, že zbylých 50% provozní doby nebude olej tlakově zatěžován prakticky vůbec, jinak by se musela procentuální zátěž tlakem také převést na procentuální potřebu chlazení – např. pokud by stroj byl zatěžován třetinu doby na 100%, třetinu doby na 50% a třetinu doby by zatěžován nebyl, pak by bylo potřeba chlazení na 50% výkonu čerpadla (protože 100% + 50% + 0% děleno 3 (protože jde o třetiny provozní doby) je 150% /3 = 50%). Kdyby bylo zatížení polovinu provozní doby 100% a polovinu 50% (A nulové by nebylo téměř nikdy), pak by chlazení muselo být dimenzované alespoň na 75% výkonu čerpadla (100+50 /2), atd…). Jak již bylo řečeno, raději chlazení mírně předimezovat než poddimenzovat, ale současně zajistit možnost vypnout (pokud možno automaticky) ventilátor, nebo odklonit olej mimo chladič v případě, že by chlazení nebylo žádoucí. Ideálně zajistit spínání ventilátoru termospínačem nastaveným na vhodnou teplotu, a nehnat skrze chladič oleje vzduch k jiným chladičům – například k chladiči motoru, nebo dokonce klimatizace (leda by šlo olej od chladiče zcela odklonit).

 

Teplota hydraulického oleje by za provozu neměla být vyšší než cca 45°C (na konci okruhu a v nádrži), krátkodobě to může být o něco více, ale při zhruba 50-55°C by již mělo spínat chlazení. V žádném případě pak nesmí teplota oleje v žádné části okruhu stoupnout nad 80°C, a to ani před chladičem! Maximální bezpečná teplota oleje v libovolném místě okruhu je 70°C, krátkodobě pak max. 75°C. Teplota oleje nasávaného z nádrže do čerpadla by pak neměla být vyšší než právě cca 45°C. Optimální provozní teplota hydraulického oleje (hodně zobecněno) se pohybuje přibližně v rozpětí od +20 do +45 °C. Pod cca +10°C je již potřeba používat oleje k tomu určené (pokud by tato teplota byla dlouhodobá, provozní – nevadí to pokud jde o přechodnou teplotu než se olej zahřeje, ale nemělo by to trvat dlouho (více než 10-15 minut), nebo by se do jeho zahřátí neměl systém zatěžovat tlakem). Při teplotách pod nulou je již nutné olej nejprve ohřát, a teprve potom systém zatěžovat tlakem. Do teplot lehce pod nulou (přibližně do -10°C) obvykle stačí nechat olej volně obíhat okruhem než se zahřeje (bez tlaku, nebo s jen malou tlakovou zátěží – nelze použít u všech typů čerpadel! Např. pístková čerpadla většinou nelze takto provozovat, a olej je potřeba ohřát jinak – bez chodu pístkového čerpadla, leda by byl použit speciální olej pro nízké teploty, který samozřejmě zase nelze použít v létě – musel by se tedy minimálně 2x ročně měnit olej. Běžné hydraulické oleje ISO VG32 (30) lze použít právě jen do teploty cca -10°C, a v létě naopak nejsou ideální při velmi vysokých teplotách vzduchu, zejména bez účinného chlazení. Oleje ISO VG46 pak nelze pro zimní provoz (v mrazech) bez předehřevu prakticky použít. Základní viskozitní třídy olejů podle rozsahu provozních teplot jsou tyto: ISO VG22 – pouze pro zimní provoz, ISO VG32 pro celoroční provoz v mírném podnebí (přibližně od -10°C do cca +25°C, s chlazením pak i více), ISO VG46 pro celoroční provoz v teplejším klimatu (od cca +5°C po cca +35°C), ISO VG68 pro provoz v horkém klimatu, a ISO VG100 pro provoz za extrémně vysokých teplot – hodnoty jsou orientační a mohou se u každého typu a výrobce oleje lišit! Stejně tak se může lišit vhodnost daného typu oleje pro konkrétní aplikaci).

 

Závěr:

 

Chlazení oleje nemusí být potřeba u všech aplikací, nicméně vhodně navržené chlazení s termospínačem ventilátoru nebo bypassem není nikdy na závadu, a může předejít případným problémům, a prodloužit životnost všech komponent. Nicméně s ohledem na cenu olejových chladičů je dobré zvážit, jestli pro méně náročné aplikace bude skutečně chlazení potřeba, případně zda by nestačilo chlazení pasivní, nebo chlazení formou „naohýbané trubky“, které může poskytnout překvapivě dobré výsledky u méně až středně zatěžovaných okruhů. Pro více zatěžované okruhy bude patrně chlazení potřeba v každém případě – zejména pro pojezdy, pohony rotačního nářadí a podobně, kde je zatížení tlakem téměř trvalé. Naopak u traktorů, které využívají hydrauliku jen pro manipulaci s nářadím (ne k jeho pohonu) pravděpodobně chlazení potřeba nebude. Pokud se domníváte že chlazení potřebovat nebudete, vybavte nádrž na olej teploměrem a sledujte teplotu oleje v nádrži za provozu minimálně každých 10-15 minut, a sledujte její vývoj při různém zatížení stroje a různé teplotě vzduchu. Pokud ani při vedrech a dlouhém provozu nepřekročí teplota oleje v nádrži dlouhodobě 50-55°C maximálně, není chlazení potřeba řešit. Pokud by se ale teplota oleje blížila k 70°C, je na čase začít řešit jeho chlazení.Podle toho jak snadno a jak rychle se teplota vyšplhá nad únosnou mez pak můžete volit mezi více či méně účinným chlazením. Pokud bude problém s telotou jen v opravdu horkém počasí a teplota nepoleze přes 70°C ani při dlouhém provozu ve vedru, může na jeho dostatečné chlazení stačit jen 2-5x zahnutý kus hydraulické trubky umístěný před chladičem motoru (nebo ventilátorem elektromotoru – v místě ještě studeného vzduchu – horký vzduch od motoru toho už moc neochladí, ale naopak tento primitivní chladič oleje neohřeje nijak výrazně vzduch který přes něj proudí, takže prakticky vůbec neovlivní chlazení za ním – třeba chlazení motoru. Jeho účinnost je totiž poměrně malá). Pokud vám ale vyskočí teplota oleje v nádrži třeba už po čtvrthodině provozu za běžných letních teplot, je na čase zvážit účinnější chlazení. Není samozřejmě nutné olej chladit na 20°C. Bohatě postačí když jeho teplota v nádrži nebude ani v opravdu horkých letních dnech přes cca 50°C (nádrž by měla být místem s nejchladnějším olejem v okruhu). O něco méně by byl ideální stav, ale v parném létě bude poměrně problém uchladit olej pod cca 40°C, a není to přitom vůbec potřeba, plně dostačující bude v parných dnech 45-50°C, ale už ne o moc víc – olej v okruhu mezi čerpadlem a chladičem je výrazně teplejší a mohl by se tedy snadno přehřívat, aniž bychom o tom věděli (pokud neměříme teplotu oleje na více místech okruhu). Naopak v zimě a za chladného počasí pokud možno nepodchlazujte olej v nádrži na méně než cca 20°C. To by měla být nejnižší stálá provozní teplota oleje pro hydrauliku (a nejen pro ni).

 

Chladič samozřejmě dáváme až na beztlakovou část vedení – vracečku! Jediný „chladič“ který lze tlakově zatížit, a tedy ho umístit do libivolné části okruhu je primitivní chladič z naohýbané tlakové trubky, nebo speciální chladič, u kterého je vysloveně povolena tlaková zátěž (obvykle také trubkový, ale obvykle opatřený žebrováním pro výrazné zvýšení účinnosti chlazení). Běžné typy chladičů ale nelze v žádném případě tlakově zatěžovat!