ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ГИДРОБАК Российский патент 1997 года по МПК E02F9/20 E02F9/22 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к гидроприводам, и может быть использовано при создании мобильной землеройной и строительной техники, эксплуатируемой в условиях низких температур окружающего воздуха.

Одним из путей повышения производительности машин с гидроприводом является внедрение средств, обеспечивающих оптимальный тепловой режим гидросистемы. Преодоление трудностей, связанных с безаварийным пуском гидропривода, требует обеспечения предпускового теплового подогрева рабочей жидкости в гидробаке. Для техники, работающей в условиях севера России, на удаленных от без объектах, где отсутствуют внешние источники энергии, необходим способ, использующий внутренние энергетические резервы каждой машины. Большие источники вторичной тепловой энергии скрыты в работе силовой установки и гидропривода.

Известны устройства, использующие и аккумулирующие эту энергию для прогрева рабочей жидкости гидропривода, (например техническое решение по авт. св. N1320617, кл. F 25 B 29/00) установка для термостатирования рабочей жидкости самоходной машины. Бак с рабочей жидкостью гидросистемы содержит теплообменное устройство в виде пакета тепловых труб, снабженных фитилями. Один конец каждой из тепловых труб размещен в газовой камере, где он может омываться выхлопными газами двигателя или атмосферным воздухом, а другой встроен в бак.

Эксплуатация данной установки требует дополнительных затрат топлива, труда и времени, так как ее можно начать только после запуска приводного двигателя. Использование фитильных труб с хладагентом в теплообменном устройстве существенно усложняет конструкцию гидробака, а необходимость смены зон конденсации и испарения во избежании перегрева рабочей жидкости снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является масляный бак с теплоаккумулирующей средой, входящей в состав гидросистемы для реализации способа предпусковой подготовки рабочей жидкости (авт. cв. N 1687933 кл. F 15 B 21/04 прототип). Согласно изобретению масляный бак гидросистемы машины заключен в теплоаккумулирующую среду, внутри которой размещен теплообменник, а снаружи теплоизоляционное покрытие. При работе гидросистемы в установившемся режиме посредством теплообменника аккумулируют отходящую теплоту рабочей жидкости теплоаккумулирующей средой, которая при этом претерпевает фазовый переход. Температура жидкости за счет теплопередачи через стенки бака поддерживается в пределах температуры плавления среды (40 - 50^oC). Во избежание перегрева рабочей жидкости аккумуляцию теплоты осуществляют до момента окончания фазового перехода (плавления теплоаккумулирующей среды) посредством датчика температуры, после срабатывания которого жидкость из сливной магистрали поступает в бак через охладитель. Во время стоянки температуру рабочей жидкости поддерживают благодаря обратному фазовому переходу (кристаллизации) в теплоаккумулирующей среде.

Способ позволяет за счет внутренних резервов гидросистемы поддерживать температуру рабочей жидкости в рабочем диапазоне. Экономичным представляется помещение масляного бака в рубашку из теплоаккумулирующей среды и теплоизоляционного покрытия. Исключается перегрев рабочей жидкости, но при этом часть тепла рабочей жидкости гидросистемы теряется. Реализация способа возможна при достижении рабочей жидкостью температуры плавления теплоаккумулирующей среды (в рассматриваемом в изобретении случае это 40 -50^oC). Для северных регионов России характерна температура воздуха -40^oC. Таким образом, установившейся температурный напор может достигать 90 100^oC, что в 2 и более раза превышает реальные значения. Препятствие можно преодолеть путем мощной гидроизоляции гидробака. Так, для тяжелонагруженного гидропривода экскаватора с разветвленной гидросистемой при условии, что теплоотдача от поверхности гидробака в работающем гидроприводе равна 0, достигается лишь температурный напор 70 75^oC. Применение теплоаккумулирующего материала с более низкой температурой плавления позволит решить задачу накопления энергии и ее использования при пуске, но приведет к серьезным осложнениям в работе машины в период высоких температур. Для применения данного способа и его осуществления данным устройством необходима полная переделка штатной конструкции гидропривода и значительное увеличение емкости гидробака.

Для того чтобы осуществить предпусковую тепловую подготовку гидропривода путем поддержания рабочей жидкости в оптимальном температурном режиме, исключающем как ее перегрев, так и переохлаждение, необходимо дополнить конструкцию имеющегося гидробака. Гидробак выполняют в виде теплоизолированной емкости. Емкость заполняется рабочей жидкостью гидросистемы, причем емкость имеет крышку. На крышке размещены герметичные металлические контейнеры, равномерно расположенные в рабочей жидкости. Контейнеры заполнены двумя веществами. Первое имеет фазовый переход в нижней части (-15^oC), а второе имеет фазовый переход в верхней части рабочего диапазона температур (35^oC). Первым веществом может быть водный раствор поваренной соли, а вторым динатрий фосфат двенадцативодный. Заполнение гидробака контейнерами значительно увеличивает его емкость.

Реализация патентуемого энергосберегающего гидробака позволяет с минимальными затратами энергии, при достаточно простом устройстве, поддерживать температуру рабочей жидкости гидросистемы в оптимальном диапазоне. При этом потребность в предпусковой тепловой подготовке исключается благодаря применению материалов с фазовым переходом, ограничивающих температуру содержимого гидробака сверху и снизу.

Преимущества патентуемого гидробака по сравнению с прототипом определяются следующим:
адаптация гидропривода к условиям низких температур окружающего воздуха обеспечивается путем использования серийного гидробака и штатной конструкции гидропривода в отличие от прототипа, где требуется их серьезная переделка;
размещение герметичных металлических контейнеров с веществом фазового перехода непосредственно в пространстве гидробака, где они омываются рабочей жидкостью, позволяет повысить интенсивность теплообмена и избежать использования дополнительных теплообменников, датчиков температуры и гидрораспределителей для регулировки поступления рабочей жидкости в гидробак, а также увеличить емкость гидробака.

использование двух видов теплоаккумулирующих веществ предотвращает как перегрев рабочей жидкости при работе гидропривода, так и переохлаждение ее при межсменной стоянке.

На фиг. 1 изображен разрез энергосберегающего гидробака, вид спереди;
на фиг.2 то же, вид сбоку.

Ниже следует описание предпочтительного варианта изобретения. На фиг.1 и 2 показан штатный гидробак 1 серийного гидропривода землеройно-строительной машины, имеющий корпус 2, покрытый теплоизоляционным материалом 3. Часть рабочей жидкости в гидробаке 1 замещена герметичными металлическими контейнерами 4, подвешенными равномерно по пространству гидробака к его съемной крышке 5. Контейнеры заполнены теплоаккумулирующими материалами с фазовым переходом, например водным раствором поваренной соли и динатрий фосфата двенадцативодным. Для обеспечения циркуляции рабочей жидкости в гидросистеме служит сливной трубопровод 6 и всасывающий патрубок 7.

Энергосберегающий гидробак работает следующим образом. При работе гидросистемы в установившемся режиме через всасывающий патрубок 7 нагретая за счет потерь энергии в гидроприводе рабочая жидкость поступает в гидробак 1. При достижении ею 35^oC содержимое контейнеров 4 с динатрий фосфатом двенадцативодным начинает плавится, поглощая большое количество теплоты. Этот процесс продолжается в течение времени плавления данного объема теплоаккумулирующего вещества динатрия фосфата двенадцативодного.

Во время стоянки идет относительно быстрый процесс охлаждения рабочей жидкости в гидробаке 1, но при достижении ею температуры -15^oC в контейнерах 4, заполненных водным раствором поваренной соли, начинается процесс обратного фазового перехода (кристаллизации) с большим тепловыделением. Таким образом предотвращается переохлаждение рабочей жидкости гидробака за счет перехода воды поваренной соли в лед в течение рабочей смены.

При запуске гидропривода через сливной трубопровод 6 в гидросистему поступает рабочая жидкость температурой не ниже -15^oC и не выше 35^oC, что рекомендуется в качестве допустимой для гидроприводов землеройно-строительных машин при применении масла типа ВМГЗ и обеспечивается теплоизоляцией 2 гидробака 1 и контейнерами 4 с теплоаккумулирующими материалами, имеющими фазовый переход в верхней и нижней частях рабочего диапазона температур.

При более высоких температурах воздуха (более -15^oC) проблема переохлаждения рабочей жидкости в гидробаке 1 снимается, но сменяется проблемой перегрева, которая усугубляется за счет теплоизоляции гидробака. При достижении рабочей жидкостью температуры 45^oC и исчерпании теплового потенциала динатрий фосфата двенадцативодного может быть включен теплообменник, предусмотренный в серийных конструкциях гидропривода.

За счет размещения на крышке гидробака металлических контейнеров, равномерно расположенных в рабочей жидкости, увеличивается емкость гидробака, а, следовательно, и поверхность теплоотдачи.

Изложенное позволяет эффективно решать задачу сбережения энергоресурсов.

Использование: гидроприводы землеройной и строительной техники. Сущность изобретения: энергосберегающий гидробак содержит теплоизолируемую емкость с крышкой. К крышке подвешены герметичные металлические контейнеры, равномерно распределенные в рабочей жидкости. Контейнеры заполнены двумя видами вещества, одно из которых имеет фазовый переход в верхней части рабочего диапазона температур, другое - в нижней части. 2 ил.

Энергосберегающий гидробак гидропривода, содержащий теплоизолируемую емкость, отличающийся тем, что емкость имеет крышку, к которой подвешены герметичные металлические контейнеры, равномерно распределенные в рабочей жидкости, причем контейнеры заполнены двумя видами вещества, одно из которых имеет фазовый переход в верхней части рабочего диапазона температур, другое
в нижней части.