Объём бака чаще всего выбирают «как у соседней станции» или по старому правилу «три подачи насоса». Иногда угадывают. Когда нет, масло через час работы уходит за 70 °C или при втягивании цилиндров лезет через сапун.
Если нужен только ответ в литрах, откройте калькулятор объёма гидробака. Он берёт подачу, давление и режим работы, подбирает бак из нашего ряда и показывает, за сколько минут масло нагреется до 80 °C. Ниже тот же расчёт вручную, с объяснением, откуда берутся цифры.
Зачем вообще нужен бак в гидросистеме
Хранить масло бак, конечно, тоже должен, но работы у него больше. Через стенки уходит часть тепла. В баке оседает грязь и всплывает воздух, который масло принесло из системы. Бак принимает масло, которое возвращается из цилиндров и аккумулятора, и отдаёт его, когда штоки выдвигаются. И в нём лежит запас на долив, потому что понемногу масло уходит всегда.
Из этих задач и складывается объём. Отстаиванию нужно время, теплу нужна масса масла, цилиндрам нужно свободное место над уровнем.
Базовая формула: V = Q × K
Здесь V это объём масла в литрах, Q это подача насоса в л/мин, K это кратность, то есть сколько минутных подач насоса помещается в бак. Кратность выбирают по режиму работы:
| Режим работы | Кратность K | Насос 40 л/мин |
|---|---|---|
| Долго, часами, или круглосуточно, без охладителя | 3…5 | 120…200 л |
| То же, но с охладителем масла | от 2 | от 80 л |
| Короткие циклы с паузами | от 1,3, если проходит проверку нагрева | от 52 л |
| Мобильная техника, где мало места | 1,5…2, только с охладителем | 60…80 л |
| Негорючие жидкости HFC, HFD | 5…8 | 200…320 л |
Откуда взялись три подачи. За три минуты, которые масло в среднем проводит в баке, из него успевает выйти воздух, оседают крупные частицы, и часть тепла уходит в стенки. При кратности ниже 1,3 масло гоняется по кругу почти без остановки: пузырьки идут на всасывание, насос начинает шуметь. Такой бак годится только для кратковременной работы.
Над маслом оставляют воздушную подушку, примерно 10 % объёма. Она нужна для теплового расширения, для пены и для масла, которое возвращается из цилиндров. Бак, залитый под пробку, при втягивании всех штоков выплёскивает масло через сапун.
У кратности есть слабое место: она считает время, а не тепло. Насосу на 40 л/мин при 50 барах и при 250 барах формула даёт одинаковый бак, хотя тепла во втором случае впятеро больше. Поэтому следующий шаг обязательный.
Проверка по нагреву масла
Сколько тепла выделяет станция, зависит от схемы. По нашей методике это 25…50 % мощности привода, чаще всего 30…40 %. Больше всего греют дроссели и сброс через предохранительный клапан. Калькулятор берёт потери самого насоса плюс 30 % гидравлической мощности, а гидравлическую мощность считает так: N = p × Q / 600, где p в барах, Q в л/мин, N в киловаттах.
Дальше физика. Литр минерального масла весит 0,87 кг, его теплоёмкость 1,9 кДж/(кг·К). Масло нагреется с 20 до 80 °C без охладителя примерно за
t = 1,65 × V / P минут,
где V это объём масла в литрах, P это тепловыделение в киловаттах. Стенки за это время тоже что-то отдадут, так что оценка идёт с запасом. Читать результат так:
- 60 минут и больше: охладитель не нужен.
- От 20 до 60 минут: для коротких циклов с паузами бака хватает, для долгой работы и для станций с дизельным или бензиновым двигателем нужен охладитель.
- Меньше 20 минут: охладитель нужен при любой работе, или бак больше.
Пример. Насос 50 л/мин, давление 160 бар, станция работает часами. По кратности 3 выходит 150 л, ближайший бак из ряда 160 л. Тепловыделение по калькулятору около 6,4 кВт, и масло дойдёт до 80 °C примерно за 42 минуты. Для долгой работы мало. Вариантов два: бак 250 л (нагрев около 65 минут, охладитель не нужен) или бак 100 л с охладителем, это кратность 2. Тот же ответ даёт калькулятор бака при этих цифрах.
Про стенки бака часто думают лучше, чем они того заслуживают. Стальной бак отдаёт воздуху 12…15 Вт с квадратного метра на каждый градус разницы температур. У бака на 70 литров около 1,1 м² поверхности, и при масле 50 °C и воздухе 25 °C он рассеивает примерно 0,35 кВт. Станции, которая выделяет несколько киловатт, это почти ничего не даёт. Работают масса масла и охладитель.
Поправки под конкретную систему
Гидроцилиндры
Когда шток выдвигается, поршневая полость забирает масло из бака, а штоковая часть возвращает. Бак теряет разницу, и она равна объёму штока: π × d² / 4 × ход. Цилиндр с поршнем 200 мм, штоком 140 мм и ходом 1000 мм забирает в поршневую полость 31,4 л, штоковая отдаёт 16 л, и в баке становится на 15,4 л меньше.
Сложите эту разницу по всем цилиндрам, которые могут выдвинуться одновременно, и прибавьте к расчётному объёму. Проверка простая: при выдвинутых штоках масло не должно опускаться до всасывающего патрубка, при втянутых не должно подниматься выше 90 % высоты бака. Особенно это касается станций под крупные гидроцилиндры прессов и подъёмников.
Гидроаккумулятор
Аккумулятор забирает масло из бака при зарядке и отдаёт обратно, когда блок безопасности сбрасывает давление. Газ в нём заряжают не ниже четверти наибольшего давления, поэтому масла в баллоне бывает не больше V × (1 − p0 / p2), давления абсолютные. Аккумулятор на 50 л при 160 бар держит до 37 л масла. Калькулятор прибавляет этот объём к баку сам. При ручном расчёте про аккумулятор забывают чаще, чем про цилиндры.
Высокое давление
Отдельной кратности для 400 или 700 бар в нашей методике нет. Давление входит в тепловыделение, и проверка по нагреву сама попросит бак больше или охладитель. У станций высокого давления подача обычно небольшая, и бак выходит скромным, но нагрев проверяйте всегда.
Дизельные и бензиновые станции
Для станций с двигателем внутреннего сгорания калькулятор держит планку в 60 минут нагрева даже на коротких циклах. Работают такие станции чаще на улице, летом в жару, и двигатель греет воздух вокруг бака. В нашем бензиновом ряду для насоса 48 л/мин бака меньше 160 литров нет, это 3,3 подачи. Сами станции описаны на страницах дизельных и бензиновых маслостанций.
Мини-станции и мобильная техника
У мини-гидростанций бак ограничен габаритом. Для работы короткими включениями это нормально: несколько минут работы, потом пауза. Если такая станция должна работать долго, ей нужен охладитель, и его теплосъём надо посчитать, а не прикинуть. На мобильной технике бак берут на 1,5…2 подачи по той же причине: места нет, тепло снимает охладитель.
Жаркий цех и улица
Стенки бака и воздушный охладитель отдают тепло пропорционально разнице температур масла и воздуха. Паспортный теплосъём воздушного охладителя указывают при разнице масло−воздух 40 °C. При масле 55 °C и воздухе 35 °C разница 20 °C, и охладитель снимет примерно половину паспортного. Если станция будет стоять в горячем цеху или на солнце, считайте нагрев с этим запасом.
Пошаговый расчёт на примере
Станция для пресса: насос 63 л/мин, 200 бар, работает часами, два цилиндра с поршнем 125 мм, штоком 70 мм и ходом 800 мм.
- Кратность для долгой работы без охладителя 3: 63 × 3 = 189 л.
- Цилиндры: шток 70 мм на ходу 800 мм это около 3,1 л, на два цилиндра 6,2 л. Итого 195 л.
- Округляем вверх до нашего ряда баков: 25, 40, 50, 65, 90, 100, 160, 250, 300, 350, 390, 600 л и больше. Получается 250 л.
- Нагрев: тепловыделение около 10 кВт, бак 250 л дойдёт до 80 °C примерно за 41 минуту (1,65 × 250 / 10). Для долгой работы мало.
- Решение: бак 390 л без охладителя (около 64 минут) или бак 250 л с охладителем.
Какой из двух вариантов брать, решают место и деньги. Охладитель компактнее, но его надо обслуживать: рёбра забиваются пылью, и летом станция начинает греться. Бак на 390 л тяжелее и требует больше масла, зато ломаться в нём нечему.
Как проверить расчёт на работающей станции
Через час работы под нагрузкой температура масла должна остановиться. Рабочая зона для минерального масла HLP 40…50 °C, длительно допустимо до 60…65 °C. Если температура весь день ползёт вверх, тепла больше, чем станция успевает отдать: нужен бак больше или охладитель. Причины перегрева, не связанные с баком, разобраны в статье «Гидравлика перегревается: 8 причин».
Пена на поверхности значит, что масло не успевает отстояться. Иногда виноват объём, но чаще сливная труба, выведенная над уровнем масла. Как должны стоять патрубки и перегородка, написано в статье про конструкцию гидробака.
Уровень проверяют в двух крайних положениях: все цилиндры выдвинуты и все втянуты. Масло не должно открывать всасывающий патрубок и не должно подходить к крышке.
Типичные ошибки
Считают только по насосу. Цилиндры и аккумулятор забыли, и при сбросе давления масло выходит через сапун.
Считают по кратности без проверки нагрева. Для станции на 50 бар это сходит с рук, а на 250 барах тот же бак перегревается.
Ставят маленький бак на компактную станцию долгой работы без охладителя. Мы встречали расчёт, где при подаче 48 л/мин стоял бак на 25 литров. Масло в таком баке дошло бы до 80 °C примерно за 8 минут.
Берут бак с огромным запасом. Работе это не вредит, но зимой большой объём дольше прогревается, масла на заправку нужно больше, и станция занимает лишнее место. Бак на 600 л вместо 250 л означает 350 лишних литров масла при каждой замене.
Когда считать вместе с инженером
Формулы выше подходят для обычной станции: один насос, понятный режим, цех или навес. С инженером стоит считать, если насосов несколько и нагрузка меняется, если от температуры масла зависит точность станка, если станция будет работать при −40 °C или в пустыне. И если на старой станции меняют насос или добавляют цилиндр, а хватит ли бака, непонятно.
Маслостанцию целиком, с баком, насосом, двигателем и ценой, собирает калькулятор маслостанции. Если задача нестандартная, напишите нам, посчитаем.
Свяжитесь с инженерами ГС Юнит: +7 (812) 629-68-57, info@hydraulicunit.ru, hydraulicunit.ru
