液压电梯——配置动力装置，第二部分

本文讨论了液压电梯的一些基本概念及其动力装置的配置。

作者：Parag Mehta 和 Ferhat Celik 博士

本系列的第一部分（《电梯世界》，2010 年 XNUMX 月）深入介绍了泵、电机、流量控制阀、气缸和管道破裂阀等部件的选择。这篇总结性文章将作为选择液压油箱、油和油冷却器等部件的指南。本文还解释了如何正确调试电梯动力装置以实现无故障运行，以及如何优化设计液压管道。此外，还将介绍提供额外安全性的配件。

学习目标

阅读本文后，您应该了解：
• 液压电梯的动力装置
• 动力装置的液压油箱、油和油冷却器
• 为动力装置选择正确的油箱、油和油冷却器
• 安装和调试液压电梯的重要指南 液压动力装置中的管道

介绍

通常，在选择电梯动力装置中使用的油箱和液压油时很少考虑。 不幸的是，许多人有一个误解，例如，“金属板罐和液压油的技术含量为何如此之高？” 这样，在必要时可能会忽略油冷却器，并且可能会由于缺乏专业知识而避免使用重要的配件。 只有选择错误的油箱尺寸和液压油才会导致液压升降机出现问题，即使是知名制造商提供的最好的组件也无法交付。 考虑一些基本原则不仅可以为功率单元提供所需的热稳定性，而且还可以提供维护和无故障运行。

动力装置制造商将系统移交给电梯公司的情况并不少见，这些公司有时很少或没有调试液压电梯的经验。 系统操作不当、缺乏现场灰尘防护（正在施工的地方）以及整个系统的调试不足增加了问题。

动力装置的最大部件：坦克

液压油箱储存油。 虽然将储罐视为封闭容器很简单，但它的含义远不止于此。 有不同类型和形式的油箱可用，但最常见的是如图 1 所示的类似产品。根据电源装置的设计和制造，一些制造商提供不适合散热的非金属油箱。 液压油箱具有以下主要功能：

1. 容纳泵（在某些情况下，还有电机）
2. 储油
3. 散热性
4. 为液压流体膨胀提供场所
5. 支持单位

在家用电梯领域，传统的机房安装正在逐渐被无机房 (MRL) 液压安装所取代。这种情况下，水箱通常隐藏且紧凑，通常位于楼梯下或壁橱中（图 2）。

人们经常争论坦克必须有多大。 根据经验，水箱尺寸应按泵输出的两倍到两倍半计算。 这意味着如果系统有一个每分钟输送 60 升的泵，油箱应该足够大以容纳 120-150 升油，另外还有 10% 的空间用于气垫。 但是，必须考虑系统的热平衡来选择油箱尺寸和油量。 在任何情况下，油位都不应低于泵入口，否则会导致泵空转并产生漩涡效应。 系统产生的热量有效地从罐体两侧传递到环境中； 因此，具有最大可能侧面（方形或矩形棱柱形）的储罐体积是最理想的。 这些具有每单位体积最大的传热表面。 因此，在可能的情况下，水箱的轮廓应该深而窄，而不是浅而宽。 可以通过增加水箱的表面积并将其安装在支腿上以将其底部从地面抬高至少 150 毫米来改善散热。 这也使油的维修和排放变得容易。

底板使用稍厚的板，顶盖使用较重的板，以确保无振动运行，尤其是使用外部电机时。 如果罐体由金属板制成，则其外部和内部都应涂漆。 通过设计水箱，使盖子覆盖控制阀和系统中的其他组件，也可以防止动力装置的现场回火（图 3）。 这也有助于将系统与肮脏的环境隔离，并使电源装置安静。

在商场、机场等单位交通繁忙的场所安装液压电梯时，选择一个容量较大的油箱，可以容纳更多的油，从而减少热量的产生，增加系统的散热量会很有意义。 . 同样的原理也适用于温暖的气候，夏季环境温度通常会飙升。 制造一个更大的油箱和更多的油只会稍微增加初始投资，并在电梯的整个生命周期内提供相当大的日常优势。

动力装置中的流体：油

液压油将泵产生的能量传递给油缸。 因此，它是一种重要的能量传递介质，其选择应慎重考虑。 理想情况下，液压油应具有以下特性：

1. 粘度随压力和温度变化而稳定
2. 稳定的化学和物理特性
3. 良好的散热品质
4. 耐火性（如果法规要求）
5. 良好的润滑特性和防止生锈的能力
6. 低膨胀系数
7. 无毒、易处理、易得

用于电梯应用的最佳液压油是一种在油温变化时粘度变化相对较低的液压油。 液压油的温度和粘度成反比； 这意味着油的粘度随着温度的升高而降低。 例如，符合 ISO 22 标准的油在 22°C 时的粘度为每秒 40 平方毫米 (cSt)。 然而，同样的油在 7°C 时的运动粘度为 80 cSt。 在为特定的电梯系统选择粘度等级时，在最低环境温度下启动粘度； 最高预期工作温度； 应考虑泵、电机和控制阀的允许和最佳粘度范围。 在与组件制造商确认其适用性后，液压电梯将遇到交通繁忙且环境温度较高的应用，应优先使用粘度指数 (VI) 较高的油。

VI 是流体粘度温度特性的单数表示。 VI 越大，给定温度变化的粘度变化越小，反之亦然。 据说 VI 为 80 或更高的油具有高 VI 值。 VI 在 80 和 40 之间的油被认为具有中等价值，而那些低于 40 的油具有低价值。

动力装置的恒温器：油冷却器

热力学第一定律指出，能量不能被创造或消灭——只是从一种能量转换成另一种能量。 在液压电梯系统中，必须向液压油中添加能量才能将轿厢提升到目的地。 需要诸如电动机之类的能源来驱动泵将机械能转换为流量。 液压系统中的流动阻力会产生压力，从而为油缸提供能量并驱动油缸。 因此，完整的液压电梯系统实际上是一个能量传递系统。

减压阀调整不当、油粘度不当、环境温度高、油箱位置不正确、通风不良、油箱尺寸和油箱设计不足以及动力装置暴露在阳光下是一些会降低液压系统散热能力的外部因素。 动力装置设计的主要目标之一是在可接受的油温下通过热量从油自然传递到管道、执行器和储液罐，然后消散到空气中来平衡热损失。 热（热）平衡温度计算需要进入和离开液压系统的热量的真实数学总和。 为了获得现实的估计，需要同时计算许多因素（内部和外部）。 其中一些是：

1. 电梯平均载重系数
2. 平均行程系数
3. 每小时平均电机启动次数
4. 总行程时间

液压系统的热量以两种方式散发：通过自然对流和强制对流。 由于温度梯度，当热量从各个系统组件移动到周围空气时会发生自然对流。 最好通过自然对流来消散电梯系统产生的所有热量。 在这种情况下，产生的和自然消散的热量在低于 60°C 的温度下进行平衡，以延长油的使用寿命（图 6）。 使用电子阀和外置电机可以将热平衡温度降低约 21%。 另一方面，如果自然对流不能去除产生的热量，系统温度将继续上升。 当系统产生的热量大于系统可以散发的热量（强制对流）时，通常需要油冷却器。

如果电梯系统经过优化设计，一般不需要油冷却器； 然而，液压电梯动力单元是否应该配备油冷却器，只能在计算系统热平衡后才能决定。 但是，如果使用油冷却器，则必须将其放置在通风良好的机房内。

油冷却器的类型

空气油冷却器

风冷式热交换器通常用于液压电梯应用。 恒温器打开和关闭冷却回路。 恒温器触点的工作温度可以通过手轮从外部设置。 传感器元件浸入油中。 泵用于将热油从油箱输送到热交换器。 油在那里由电机驱动的风扇冷却，其过程类似于汽车中的水冷系统。 然后将冷却的油泵回油箱供液压升降机系统使用。 交换器安装在油箱上或附近，或安装在机房墙壁上。 卡路里（或传热量）取决于冷却器的大小。 热平衡计算有助于推导出系统产生的热量与自然散发的热量。 如果系统自然散发的热量少于系统产生的热量，则应选择具有适合中和过多热量的适当传热率的冷却器。

冷冻油冷却器

冷冻油冷却器很少见，但也可以在环境温度非常高且电梯使用非常频繁的装置中找到（例如商场、医院或展览中心）。 冷冻油冷却器的工作原理非常符合冰箱的原理。 油箱中的热油（通过泵循环）交换热量，冷却剂通过压缩机在冰箱中循环。 因此，油被迅速冷却并输送回液压油箱。

动力装置的安装

安装液压电梯的项目在整个过程中往往涉及多个公司。 现场安装电梯的公司通常从不同的供应商处采购组件和动力装置。 动力装置以及油缸和其他配件由专门从事液压系统部件设计、制造和组装的供应商提供。 不同供应商共同满足最终用户的要求并了解材料处理和安装原则的基本事实以提供无问题的解决方案非常重要。

甚至在电梯安装并开始工作之前，尘土飞扬的环境、污染和维护不善往往会产生问题。 有时，装置和液压设备已交付，而其他施工工作正在进行中。 有时，在电梯安装最终开始之前，设备会在现场放置数天。 在这种情况下，应妥善隐藏并保护其免受环境影响。

如果没有正确冲洗，应检查现场完成的液压管道是否有焊接毛刺和留在管道中的金属条。 这些细小的金属颗粒有可能损坏电路中的油封、O 形圈和阻塞过滤器，甚至在电梯第一次运行之前就可能导致昂贵的维修和更换。

由于液压油箱是整个液压系统的储油罐，其中的任何污染物都可能成为整个系统出现问题的主要来源。 在使动力装置运行之前，应对储罐进行清洁度检查。 只能使用适当的过滤器将油注入油箱。 在没有过滤或检查油箱状态的情况下将油倒入不干净的油箱可能会导致典型的系统故障，这可以在电梯的前几次运行中看到。 在运输过程中，油缸上会积聚灰尘，在油缸投入使用之前，应仔细清洁储存处，以保护油封。

动力装置的神经：液压管道

液压管、管道和软管将泵与控制阀、控制阀与油缸以及动力装置中使用的其他附件互连。 液压系统可以使用钢或镀锌管，但不推荐使用后者，因为锌涂层会以不利的方式与油发生反应。 管线，包括配件，必须能够承受计算出的最大系统压力和系统内产生的浪涌。 所使用的管道具有足够大的横截面积以处理所需的流速而不产生大的压降，这一点非常重要。 在确定管道直径之前，可以使用以下公式计算在给定时间内可以通过管道/管子/软管的油量：

流量 = 6A*V（公式 1）

其中“流量”是以 Cu.dm/m 为单位的油流量，V 是以 mps 为单位的油速，A 是以平方厘米为单位的管道内部面积。

管道通过其壁厚和计划编号来识别。 由于液压电梯应用的工作压力通常不会超过 100 巴，因此它们属于中低压系统，通常使用 80 号管道。

管道中使用的液压软管按压力、温度和流体相容性进行分级。 它们提供了灵活性，用于将控制阀连接到无法有效使用管道或管道的气缸。 SAE100 R2牌号一般用于液压电梯行业。 软管的内径必须足够大，以将压力损失降至最低，并避免因发热或过度湍流而损坏软管。

液压软管弯曲半径应严格按照制造商的说明进行操作，否则可能会导致爆裂，从而导致人员伤亡。 软管最薄弱的部分通常是端接区域或钢制配件，它们在末端进行型锻。 不合适和不兼容的配件在操作过程中可能同样危险。 切勿扭曲或拉动软管，而应在必要时仔细调整尺寸并适当支撑。

在管道中使用联轴器和连接器是不可避免的。 关于这些有一些常见的误解，例如，“如果接头与符合 SAE 或 EN 规格的软管兼容，则接头将适用于所有符合规格的软管。” 这是不正确的。 在制造或购买组件时，强烈建议软管和配件都来自同一制造商。 那是因为标准中列出的尺寸公差相当广泛。 未按严格控制尺寸制造的软管可能仍符合标准，但由于接头压接时的压缩变化而难以组装和性能不令人满意。

结语

液压油箱设计和油品选择是构建无故障动力装置的重要参数。 这两者共同为散热和自然冷却过程做出了巨大贡献。 考虑到适当的设计考虑和适当通风的机房，通常不需要冷却器。 有必要对电梯系统进行热平衡计算，以保证最佳性能，这在电梯系统的整个生命周期中都会得到回报。

学习强化问题

使用以下学习强化问题来学习继续教育评估考试，网址为 www.elevatorbooks.com 或在本期第 181 页。
• 选择液压电梯的液压油箱、油和油冷却器的重要标准是什么？
• 给出液压电梯所用油的一些特性。
• 在计算液压电梯的热平衡时应考虑哪些因素？
• 安装液压升降机时应注意哪些事项？
• 简要说明液压管路的原理。

案例
[1] P. Mehta，“液压电梯：打破神话”， EW India, 2 年第二季度。
[2] P. Mehta，“液压电梯 – 配置动力装置”，EW，2010 年 XNUMX 月。
[3] F. Celik 和 M. Kucur，“液压电梯热平衡的重要性”，电梯技术 18：2010 年 Elevcon 会议录。