Hidrolik Asansörleri Isıya Dayanıklı Hale Getirmek

Hidrolik sistemlerde ısının tehlikeleri ve bunlardan korunma yolları

Bir hidrolik mühendisinin karşılaştığı en büyük teknik zorluklardan biri, ısıya dayanıklı bir hidrolik asansör sistemi tasarlamaktır. Sistemin yüksek ortam sıcaklığına, nemli iklime, yetersiz havalandırmaya ve çok yüksek kullanıma sahip bir ortamda çalışması gerektiğinde böyle bir zorluk daha da zorlaşır.

Bir hidrolik asansör tipik olarak farklı üreticilerden tedarik edilen bileşenlerden oluşur. Kendi alanında uzman olan her bileşen üreticisi, kendi ürününün tasarımını ve performansını optimize eder. Bileşen tasarımı sırasındaki enerjinin ve odağın çoğu, toleranslar, üretim teknikleri, basınç kayıplarını en aza indirme, asansör güvenlik normlarını yerine getirme, kalite kontrolü ve ürünün genel işlevselliği üzerinedir.

Öğrenme hedefleri

Bu makaleyi okuduktan sonra şunları öğrenmiş olmalısınız:
♦ Bir hidrolik asansörde ısının etkilerini anlamak ve the source ısı üretimi
♦ Hidrolik asansörleri ısıya dayanıklı hale getirmek için etkili çözümler ve diğer en iyi uygulamalar
♦ Isı yükünün hesaplanması ve analizi dahil termodinamik yasaları
♦ Soğutucu seçimi (gerekirse)
♦ Tasarım optimizasyonu

Bu makaleyi okuduktan sonra şunları öğrenmiş olmalısınız:

Uygulama ve çalışma koşullarını göz önünde bulundurarak komple montajın çalışmasını optimize etmek sistem tasarımcısının işidir. Bu, asansör güvenlik koduna uygun olarak doğru bileşenlerin seçilmesini, bileşenlerin boyutlandırılmasını, çalışma ısısı hesaplamalarını ve asansör trafiğinin analiz edilmesini içerir, böylece komple asansör sistemi gerekli performansı sağlayabilir. Bu makale, ısı oluşumunu en aza indirmeye odaklanarak bu işlemin nasıl doğru bir şekilde gerçekleştirileceğini açıklamaktadır.

Isının Hidrolik Asansör Üzerindeki Etkileri

Isı, sorunları tetikleyen hidrolik sıvının viskozitesini değiştirir. Sıcak (ince) yağ şu sonuçlara yol açar:

• Sistemde artan kaçak (pompalar, valfler vb.), sistemin hacimsel verimini düşürür
• Düzensiz sert başlatma ve durdurma hareket özellikleri, zemin seviyesinin üzerinde hareket ve yağ keçeleri ve bileşenlerinde artan aşınma ve yıpranma
• Yağın oksidasyonu, özelliklerini değiştirerek ve ömrünü kısaltarak bozulmasını hızlandırır.

Basit bir kontrol listesi, ısıya dayanıklı bir asansör sistemi sağlamaya yardımcı olabilecek her şeyi özetler:

• Isı üretimi kaynağı
• Isı oluşumunu en aza indirmenin yolları
• Isı yükünü hesaplama ve analiz etme
• Üretilen ısıyı doğal olarak dağıtmak için hidrolik asansör sistemini optimize etmek
• Zorlanmış konveksiyon gerekliyse soğutucuların boyutlandırılması

Isı Üretiminin Kaynağı

Hidrolik güç ünitesi, hidrolik silindire bir hortum veya metal boru ile bağlanan bir tank, yağ, motor, pompa, kontrol valfi ve ilgili aksesuarlardan oluşur. Bu tahrik ünitesi genellikle makine dairesinde veya bazı makine dairesiz (MRL) birimlerde asansör boşluğunun kendisinde bulunur.

Aşağıdaki uygulamalar güç ünitesinin ısı üretimine katkıda bulunabilir:

• Güç ünitesi, kullandığı asansör için çok küçük
• Duvara çok yakın gibi kötü havalandırılan veya havalandırılmayan bir yere yerleştirme
• Çok küçük makine odası
• Isıyı etkili bir şekilde dağıtamayan (metalik olmayan) malzemeden yapılmış tank
• Yetersiz boru tesisatı, türbülanslı akışa, basınç kayıplarına ve ısı oluşumuna neden olur

Genel bir kural olarak, bir yağ tankının boyutu (hacimi), asansör tampondayken tank kapağından yağ yüzeyine en az 2.2 cm boşluk kalacak şekilde en az 10 X pompa akışı olmalıdır. Ünite, ısıtılan havanın hızla dağılmasına yardımcı olabilecek çapraz havalandırmalı bir odaya yerleştirilmelidir. Kurulum MRL tipiyse, güç ünitesini şafta açılan bir duvar dolabına yerleştirin. Bu, şafttaki kabin hareketi, hareketi ile tankın üzerine havayı ittiği için tankın otomatik olarak soğumasına yardımcı olur (Şekil 2). Fiber ve plastik tanklara göre ısıyı çok daha kolay dağıtabildikleri için metalik tanklar tercih edilir. Yeterli boru ölçüsü seçilmeli, redüktör, gereksiz büküm ve adaptör kullanımından kaçınılmalıdır.

Sıvı yağ

Doğru yağ türünün kullanılması, yağ sıcaklığının kontrol altında tutulmasına önemli ölçüde katkıda bulunabilir. Asansör uygulaması için en uygun hidrolik sıvı, sıcaklığı değiştiğinde viskozitesinde nispeten düşük bir değişime sahip olandır. Hidrolik yağın sıcaklığı ve viskozitesi ters orantılıdır: sıcaklık arttıkça yağın viskozitesi azalır.

Viskozite indeksi (VI), bir akışkanın viskozite sıcaklık özelliklerinin tek haneli bir temsilidir. VI değeri ne kadar büyükse, belirli bir sıcaklıktaki değişiklik için viskozitedeki değişiklik o kadar küçüktür veya bunun tersi de geçerlidir.

Sürekli olarak ılık ortam sıcaklıklarında (30°C'nin üzerinde) kullanılan ve yoğun trafikte çalışan hidrolik asansörlerde ISO VG 68 tipi yağ kullanılmalıdır. Tankın, pompa akışının üç katı yağ hacmini içermesi için aşırı boyutlandırılması, asansörün çalışma döngüsü sırasında yağın sıcaklığı 25-30°C arttığında kullanılmalıdır.

Kontrol vanası

Bir akış kontrol valfi, baypas, hızlanma, yavaşlama ve seviyelendirme aşamalarında fazla yağın depoya geri akmasını sağlayarak yağ akışını düzenler ve yolculara daha yumuşak bir sürüş deneyimi sunar. Hidrolik asansörler için özel olarak tasarlanmış birçok farklı tipte akış kontrol valfi mevcuttur. Bunlar, en basit ve en yaygın kullanılan mekanik valflerden, oransal solenoidli servo elektronik valflerden değişken voltajlı, değişken frekanslı (VVVF) tahrikli valflere kadar uzanır.

Yanlış ayarlanmış bir kontrol valfi, yağın ısınmasına katkıda bulunabilir. Yanlış ayarlanmış basınç tahliye valfi, daha uzun baypas ve seviyelendirme süreleri her çalışmada yağ sıcaklığını etkileyebilir. Özellikle yüksek çalışma basıncında vananın boyutunun küçültülmesi de gereksiz sıcaklık artışına katkıda bulunabilir. Örneğin, halka açık yerlerde veya hastanelerdeki kurulumlar gibi yoğun olarak kullanılan bir hidrolik asansörde yanlış valf tipinin kullanılması sistemin ısınmasına katkıda bulunabilir.

Doğru valf ayarları, sorunsuz çalışma ve bileşenlerin ve yağ keçelerinin aşınmasını ve yıpranmasını en aza indirmek için kritik öneme sahiptir. Kurulum aşamasında yanlış ayarlanmış bir valf, yalnızca düzensiz hareket özelliklerine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda yağın geri kalan süre boyunca ısınmasını da sağlar. Örneğin, Şekil 4, gereksiz yere daha uzun seviyeleme süresine sahip yanlış ayarlanmış bir valfi göstermektedir; Şekil 5, optimum tesviye süresi ile seyahati gösterir. Tablo 1 valf ayarlarının optimum baypas, hızlanma, yavaşlama ve seviyelendirme zamanlamasını gösterir.

küçük boyutlandırma

Kontrol vanasını tam akış kapasitesinde veya daha fazla kullanmak, yağı hızlı bir şekilde ısıtan yüksek basınç kayıplarına ve türbülansa neden olur. Yüksek çalışma basıncı (65 bar'dan fazla) ısıtma sorununa katkıda bulunur. Maksimum akışta basınç kayıplarını en aza indirmek için, üreticinin belirli bir boyut için tavsiye ettiği çalışma akış aralığı göz ardı edilmemelidir. Türbülansı önlemek için maksimum akış aralığına yaklaşan pompa akışı için bir sonraki büyük valf boyutunun kullanılması her zaman önerilir. Konnektörler, borular, redüktörler ve dirsekler seçilirken, türbülansa veya büyük basınç kayıplarına neden olmadan maksimum akışı sağlamak için en dar akış geçidi uygun olmalıdır.

Valf Tipi

İnvertörlü VVVF vanaları, basit mekanik kontrol vanalarının kapsamı dışında dinamik olarak değişen çalışma koşullarında sıcaklık ve basınç dengelemesi istendiğinde en iyi seçenektir. İnverter tabanlı bir sistem sadece ısı üretimini en aza indirmekle kalmaz, aynı zamanda enerji tüketimini de %60'a kadar azaltır.

Isı Yükünün Hesaplanması ve Analizi

Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini, basitçe bir türden diğerine dönüştürülemeyeceğini söylüyor. Bu nedenle, bir hidrolik asansör sisteminde, kabini gideceği yere yükseltmek için hidrolik yağa enerji eklenmelidir. Mekanik enerjiyi akışa dönüştürmek için bir pompayı çalıştırmak için elektrik motoru gibi bir enerji kaynağına ihtiyaç vardır. Hidrolik sistemdeki akışa direnç, enerjisi asansör sisteminin silindirini harekete geçiren basınç oluşturur. Bu nedenle, komple hidrolik asansör sistemi aslında bir enerji transfer sistemidir. Enerji aynı anda bir türden diğerine dönüştürüldüğünden, sistemdeki enerjinin bir kısmı ısıya dönüştürülür ve artık yararlı işler için kullanılamaz. Isıya dönüşen kayıp enerji, tanktaki yağın sıcaklığını arttırır. Yağdaki ısı, yağ ile ortam sıcaklığı arasındaki sıcaklık gradyanı eşitlenene kadar doğal olarak çevreye dağılır.

Isı, bir hidrolik sistemden başlıca iki şekilde dağılır: doğal konveksiyon ve zorlanmış konveksiyon. Doğal konveksiyon, sıcaklık gradyanı nedeniyle çeşitli sistem bileşenlerinden çevredeki havaya doğru hareket ederken gerçekleşir. Doğal konveksiyon, asansör sistemi tarafından üretilen tüm ısıyı dağıttığında iyidir. Aksi takdirde, sistem sıcaklığı yükselmeye devam edecek ve bu nedenle ikinci ısı dağıtma modu (zorlanmış konveksiyon) olan bir ısı eşanjörüne ihtiyaç duyulacaktır. Üçüncü bir ısı yayma modu olan radyasyon da faaliyettedir, ancak etkisi esasen ihmal edilebilir.

Prensip olarak, yağ sıcaklığını korumak için sistem tarafından üretilen ısının etkin bir şekilde dağıtılması gerekir. Üretilen ısı, dağıtılabilecek ısıdan fazla olduğunda, yağ sıcaklığı yükselecek ve yağ sıcaklığını korumak için ek bir yöntem olarak bir yağ soğutucusu gerekli olacaktır. Yağ sıcaklığını belirli bir aralıkta tutmak için bir yağ soğutucusu takılabilir; ancak, maliyet ve güç tüketiminde bir artış ile birlikte gelir. Genel bir kural olarak, bir akış geçidi boyunca her 0.5 barlık basınç düşüşü için 10°C'lik bir sıcaklık artışı düşünülebilir.

Güç ünitesi tasarımının ana amaçlarından biri, yağdan borulara, aktüatörlere ve bir rezervuara doğal transfer ve ardından havaya dağılma yoluyla kabul edilebilir bir yağ sıcaklığında ısı kayıplarını dengelemektir. En zor hesaplama, hidrolik sisteme giren ve çıkan ısının gerçek bir matematiksel toplamını gerektiren ısı dengesidir. Uygulamada, endüstride yağ soğutucusunun gerekliliğine ve boyutuna karar vermek için bazı ampirik formülasyonlar kullanılmaktadır. Bir hidrolik güç ünitesinin performans özellikleri, büyük ölçüde çalışma sıcaklığı aralığına, hidrolik yağının tipine ve yağ temizlik seviyesine, hava kabarcıklarına ve suya bağlıdır.

Ayrıntılı ve gerçekçi bir tahmin elde etmek için birçok iç ve dış faktör aynı anda dikkate alınmalıdır. Sonuç olarak, hesaplamada hesaba katılması gereken, hidrolik sisteme giren ve çıkan ısı enerjisinin dengesidir. Gerçek bir formülasyon şunları dikkate almalıdır:

• Ortam sıcaklığı
• Saatte ortalama yolculuk
• Yolculuk başına ortalama yük
• Ortalama seyahat yüksekliği
• asansörün hızı
• Toplam seyahat, baypas ve seviyeleme süreleri
• Motor ve pompa boyutları ve verimleri
• Valflerde ve borularda basınç düşüşü
• Makine dairesinde ve şaftta havalandırma
• Tankın makine dairesindeki yeri
• İç tank tasarımı ve tank boyutu

Isı dengesi denklemi kurulmadan önce tüm bu faktörlerin her asansör tasarımında değerlendirilmesi gerekir.

Isı dengesi hesaplaması, yağ sıcaklığı ve ortam sıcaklığının 55°C (130°F) ve 30°C (86°F) gibi sınır değerlerinde seçildiği kritik bir sınırda gerçekleştirilir. Bu kritik durumda, üretilen ve harcanan ısı gücü miktarı, 1 saat içindeki gidiş-dönüş sayısına göre hesaplanır. Ancak bu hesaplama, kritik sınıra ulaşılana kadar geçen süreyi dikkate almaz. Ayrıca, hesaplama kümülatif değildir. Kritik seviyeye ulaşma süresi yeterince uzun olduğunda, soğutucuya hiç ihtiyaç duyulmayabilir. Bu nedenle zaman parametresini dikkate alan daha iyi bir değerlendirme yöntemi daha gerçekçi sonuçlar verebilir. Üretilen ısıyı hesaplamak için çok genel bir denklem aşağıdaki gibidir:

λ, ağırlık, strok ve motor çalıştırma çarpımının değeri için ortalama faktör olduğunda 0.5, ortalama bir değer olarak kabul edilir (aşırı durumlarda 0.8). Toplam ağırlık, tüm ağırlıkların (yük, araç ağırlığı vb.) kilogram cinsinden toplamıdır. Strok, pistonun metre cinsinden strokudur. Saat başına motor çalıştırma, bir asansörün 1 saat içinde aramaları yanıtlama sayısıdır.

burada λ ağırlık, strok ve motor çalıştırma çarpımının değeri için ortalama faktördür. 0.5, ortalama bir değer olarak kabul edilir (aşırı durumlarda 0.8). Toplam ağırlık, tüm ağırlıkların (yük, araç ağırlığı vb.) pound cinsinden toplamıdır. Strok, pistonun ayak cinsinden strokudur. Saatte motor çalıştırma, bir asansörün 1 saat içinde aramaları yanıtlama sayısıdır.

Yayılan ısıyı hesaplamak için genel bir denklem aşağıdaki gibidir:

nerede Tank_alan, Boru_alan, silindir_alan ve Piston_alan metrekare cinsinden yüzey alanıdır. Fark_temp yağın santigrat derece cinsinden maruz kaldığı sıcaklık farkıdır.  (1.0 ila 1.3), tank boyutu için kullanılan faktördür. Küçük ve açık renkli bir tank için daha düşük bir değer kullanılmalıdır; büyük ve koyu renkli bir tank için daha yüksek bir değer kullanılmalıdır.

nerede Tank_alan, Boru_alan, silindir_alan ve Piston_alan inç kare cinsinden yüzey alanıdır. Fark_temp yağın maruz kaldığı sıcaklık farkı Fahrenheit derece cinsindendir.  (1.0 ila 1.3), tank boyutu için kullanılan faktördür. Küçük ve açık renkli bir tank için daha düşük bir değer kullanılmalıdır; büyük ve koyu renkli bir tank için daha yüksek bir değer kullanılmalıdır.

Üretilen ısı, dağıtılan ısıdan daha az ise, zorlamalı soğutma gerekli değildir.

Bahsedilen formülasyonlar ve denklemler geneldir ve yalnızca referans olarak kabul edilmelidir. Herhangi bir sonuca varmadan önce daha doğru sonuçlar elde etmek için asansör kurulumuna, uygulamasına ve güç ünitesi tasarımına özel ayrıntılar dikkate alınmalıdır. Daha fazla ayrıntı için “Hidrolik Asansörler için Termal Dengenin Önemi”ne bakın.^[1]

Optimizasyon

Isı üretimini azaltmaya yönelik yukarıda belirtilen seçeneklerin yanı sıra, hidrolik asansör sistemlerinin tasarımı, ısıyı kısa sürede daha etkin bir şekilde dağıtmak için aşağıdakiler yoluyla daha da optimize edilebilir:

• Optimum ısı dağılımı için daha geniş bir alanı etkin bir şekilde açığa çıkaran daha büyük dikey yüzey alanına sahip metal tanklar kullanmak
• Altında iyi hava sirkülasyonu sağlamak için tankın yükseltilmesi
• Asansörün her çalışmasında doğal soğutma için güç ünitesini uygun şekilde havalandırılan bir alana veya kuyu dolabına yerleştirmek
• Isıyı etkili bir şekilde dağıtmak için mümkünse gizli borulardan kaçınmak
• Isıtma süresi avantajı için daha fazla yağ hacmi içerebilen büyük boy bir tankın kullanılması
• Güç ünitesini doğrudan güneş ışığına veya herhangi bir ısı üreten kaynağa maruz bırakmamak
• Asansör kullanımının yüksek olduğu yerlerde VVVF kontrol valf sistemi kullanarak çok daha az ısı üretebilme
• Düşük basınç kayıplarına sahip sistem bileşenlerinin seçilmesi
• Asansör uygulamasına uygun doğru yağ tipinin kullanılması
• Zorlanmış konveksiyon gerekliyse soğutucuların boyutlandırılması

Gerçek bir dengede, içeri giren şey, ya sıcaklık artışı ya da sistemden ısı transferi olarak hesaba katılmalıdır. Böylece, üretilen ısı yayılandan daha yüksekse, soğutma kapasitesi bu fark kadar olan bir ısı eşanjörü seçilir. Yeni bir hidrolik asansör sistemi tasarlarken, iyi bir temel kural, bir soğutucunun giriş gücünün yaklaşık %25-30'unu kaldıracak şekilde boyutlandırılması gerektiğidir. Soğutucu üreticileri, soğutucu seçimini nispeten kolaylaştıran seçim çizelgelerine sahiptir. Soğutucunun boyutu, ortam sıcaklığına göre bir sıcaklık farkına (△T) göre nötrleştirilmesi gereken ısı miktarına (kilovat cinsinden) bağlıdır. Şekil 7, bir soğutucu üreticisinin yağ soğutucusu boyutlarının tipik bir seçim tablosunu göstermektedir.

Bir yağ soğutucusu (ısı eşanjörü) tipik olarak, soğutma devresini açıp kapatan bir termostat yardımıyla çalışır. Termostat kontağının çalışma sıcaklığı, bir el çarkı vasıtasıyla dışarıdan ayarlanabilir. Sensör elemanı yağa daldırılır. Yağ soğutucusunun termostatı, ortam sıcaklığından 10-12°C'lik bir artıştan sonra devreye girecek şekilde ayarlanmalıdır. Tanktan bir ısı eşanjörüne sıcak yağ vermek için bir pompa kullanılır. Yağ orada motorla çalışan bir fan tarafından soğutulur - otomobildeki su soğutma sistemine benzer bir süreç. Soğutulan yağ daha sonra asansör sistemi tarafından kullanılmak üzere tanka geri pompalanır. Eşanjör, sıcak havayı dışarı üfleyecek şekilde makine odasının duvarına monte edilmiştir. Kaloriler (ısı transferi miktarı) soğutucunun boyutuna bağlıdır.

Soğutmalı yağ soğutucuları nadirdir ancak alışveriş merkezleri, hastaneler, sergi merkezleri vb. gibi ortam sıcaklığının çok yüksek olduğu ve asansörün sık kullanıldığı kurulumlarda da bulunabilir. Soğutmalı yağ soğutucusu da aynı prensipte çalışır. buzdolabı olarak. Bir pompa vasıtasıyla sirküle edilen tanktan gelen ılık yağ, ısısını soğutucu ile değiştirir ve buzdolabında bir kompresör tarafından dolaştırılır. Böylece yağ hızlı bir şekilde soğutulur ve hidrolik deposuna geri gönderilir.

Öğrenme-Takviye Soruları

Aşağıdaki öğrenme-pekiştirme sorularını kullanarak çevrimiçi olarak mevcut olan Sürekli Eğitim Değerlendirme Sınavı'na çalışabilirsiniz. www.elevatorbooks.com veya s. Bu konunun 173. Bir hidrolik asansörde hangi kritik tasarım yönleri ısı üretimini ve dağıtımını etkileyebilir?
♦ Isı yükü nasıl analiz edilir?
♦ Parça seçimi ve ayarı ısı üretimini nasıl etkiler?
♦ Isı dağılımı ve ısı üretimi nasıl hesaplanır?
♦ Isı yükü belirlendikten sonra soğutucu boyutu (gerekirse) nasıl hesaplanmalıdır?

Referans
[1] K. Ferhat Çelik ve Murad Kucur. “Hidrolik Asansörler için Termal Dengenin Önemi,” Asansör Teknolojisi 18: Elevcon 2010 Bildirileri.