Чиллер для электроэрозионного станка: расчёт по генератору

Чиллер для электроэрозионного станка считают по мощности генератора импульсов: энергия разрядов уходит в диэлектрик, и его температуру держат с точностью до полуградуса, иначе проволока и деталь меняют размер. Калькулятор посчитает холодопроизводительность по числу станков, мощности генераторов, загрузке и насосам диэлектрика и покажет расход воды.

Откуда берётся тепло

• Разряды в зазоре. Энергия импульсов плавит и испаряет металл, но почти вся она в итоге остаётся в диэлектрике: в воде проволочно-вырезного станка или в масле прошивного. Считают по средней мощности генератора при резании, а не по его номиналу.
• Насосы и фильтрация. Насосы промывки зазора, фильтры и деионизатор у проволочных станков работают всё время, и их мощность греет диэлектрик, как в расчёте тепловыделений от электродвигателей.
• Приводы и шкаф. Линейные приводы и силовая электроника греют воздух, а не воду; у станков с водяным охлаждением шкафа эту добавку закрывает запас.
• Воздух цеха. Бак диэлектрика стоит в цехе, и летом он набирает тепло через стенки. Диэлектрик держат при температуре цеха, 20–22 °C, поэтому эта добавка мала.

У проволочно-вырезных станков диэлектрик — деионизованная вода, и её часто охлаждают встроенным агрегатом; внешний чиллер ставят на несколько станков или на прошивные с большой ванной масла. Лазерные станки считают иначе, по КПД источника, — задача о чиллере для лазерного станка.

Формула

Q_с = P_г × z + P_н

Q = n × Q_с × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

P_г — средняя мощность генератора при резании, кВт; z — загрузка станка в долях единицы, по таблице; P_н — насосы, фильтрация и деионизатор одного станка, кВт; Q_с — нагрузка от одного станка, кВт; n — число станков на одном чиллере; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C, как в расчёте мощности по расходу и температурам.

Воду от чиллера подают на 1–2 °C холоднее уставки диэлектрика, то есть около 20 °C, с точностью ±0,5 °C; холоднее не нужно — у стенок бака выпадет конденсат, а точность станка только ухудшится. Вода 20 °C теплее серийного ряда, поэтому чиллер подбирают индивидуально, с точным регулированием, как для лазеров и шпинделей.

Пример расчёта

Два проволочно-вырезных станка с генераторами по 5 кВт на черновой резке, загрузка 70 %, насосы и деионизатор по 1,5 кВт, вода 20 °C, запас 15 %.

1. Нагрузка от одного станка: 5 × 0,7 + 1,5 = 5,0 кВт.
2. Два станка: 2 × 5,0 = 10,0 кВт.
3. Холодопроизводительность: 10,0 × 1,15 = 11,5 кВт.
4. Расход воды: 11,5 / (1,163 × 5) = 1,98 м³/ч.

Как выглядит установка на 11,5 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 12 кВт; температуру воды 20 °C там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по потребляемой мощности станка. На шильдике 15–20 кВА, а в диэлектрик уходит 3–6 кВт. Чиллер по шильдику втрое больше нужного и не держит точность: компрессор включается редко, и температура гуляет на градус.
• Обычный чиллер с дифференциалом 2–3 °C. Для диэлектрика нужна стабильность ±0,5 °C; с широким дифференциалом размер детали «дышит» вместе с температурой воды. Настройку уставки и дифференциала смотрят в справочнике о настройке чиллера, а для точных станков берут исполнение с плавным регулированием — справочник об инверторном чиллере.
• Вода чиллера в контуре деионизованной воды. Деионизат растворяет медь и цинк, а обычная вода несёт соли и портит проводимость диэлектрика. Контуры разделяют теплообменником из нержавеющей стали, воду чиллера готовят по справочнику о воде для чиллера.
• Чиллер рядом со станком. Конденсатор выдувает тёплый воздух на станину, и станок уходит из размера. Чиллер ставят в другом помещении или с выносным конденсатором — варианты в справочнике о воздушном и водяном конденсаторе.