Чиллер для СОЖ: расчёт охлаждения смазочно-охлаждающей жидкости

Чиллер для СОЖ подбирают по теплу, которое смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) забирает из зоны резания, и по теплу насосов, которые её качают. Калькулятор считает его по мощности главных приводов станков, их загрузке и виду обработки, добавляет насосы СОЖ и запас и показывает, какой температуры нужна вода от чиллера.

Откуда берётся тепло

• Резание. Почти вся мощность, которую привод тратит на резание, превращается в тепло в стружке, детали и инструменте. СОЖ омывает их и уносит часть тепла в бак: при шлифовании большую, потому что мелкий шлам остаётся в жидкости, при точении меньшую — горячая стружка уходит в конвейер.
• Насосы СОЖ. Мощность на валу насоса переходит в жидкость. Насосы высокого давления для подачи СОЖ через инструмент греют её заметно, поэтому их мощность складывают с теплом резания целиком.
• Цех. Если СОЖ держат холоднее воздуха в цехе, бак и трубы получают тепло из помещения. При разнице в несколько градусов это небольшая доля, которую покрывает запас.

Шпиндель и гидравлика станка охлаждаются своими контурами и в расчёт СОЖ не входят: их считают в задачах о шпинделе станка и о гидростанции.

Формула

Q_р = N × z / 100 × d

Q = (Q_р + N_н) × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

Q_р — тепло резания, которое уходит в СОЖ, кВт; N — мощность главных приводов всех станков на этой СОЖ, кВт; z — их средняя загрузка в самую загруженную смену, %; d — доля тепла резания, которую уносит СОЖ; N_н — мощность насосов СОЖ, кВт; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды через чиллер при нагреве на 5 °C, м³/ч; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C).

Вода от чиллера нужна на 8 °C холоднее СОЖ в баке: на 5 °C она нагревается в теплообменнике и ещё на 3 °C должна остаться холоднее СОЖ на его тёплом конце. Выше 15 °C воду не задают, а если для холодной СОЖ нужна вода ниже 5 °C, это гликоль и индивидуальный подбор.

Если участок уже работает без охлаждения, нагрузку проверяют по разогреву бака: эмульсия по теплоёмкости близка к воде, и бак 2 м³, нагревшийся за час работы на 6 °C, получает 1,163 × 2 × 6 ≈ 14 кВт без учёта потерь через стенки. Тот же расчёт по расходу и температурам делают в расчёте мощности по расходу и температурам.

Пример расчёта

Участок из четырёх токарных и фрезерных станков с главными приводами по 15 кВт на общей СОЖ, загрузка 50 %, насосы СОЖ 4 кВт, СОЖ в баке 20 °C, запас 15 %.

1. Мощность приводов: 4 × 15 = 60 кВт.
2. Тепло резания в СОЖ: 60 × 50 / 100 × 0,4 = 12,0 кВт.
3. Холодопроизводительность: (12,0 + 4,0) × 1,15 = 18,4 кВт.
4. Вода от чиллера: 20 − 8 = 12 °C, обратно 17 °C.
5. Расход воды: 18,4 / (1,163 × 5) = 3,16 м³/ч.

Как выглядит установка на 18,4 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 18 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Гнать СОЖ через испаритель чиллера. Шлам и масло забивают пластинчатый испаритель, он перестаёт передавать тепло и замерзает. СОЖ охлаждают через разборный теплообменник, который можно вскрыть и почистить, — справочник о теплообменниках чиллера.
• Брать загрузку за сутки. Средняя загрузка с ночными простоями занижает нагрузку, и в загруженную смену СОЖ перегревается. Загрузку берут по самой напряжённой смене. Так же по доле времени работы считают чиллер для ультразвуковой ванны, где моют детали после станков.
• Забыть насосы высокого давления. На станках с подачей СОЖ через инструмент насос греет жидкость не меньше резания, и чиллер без его учёта не справляется. У электроэрозионных станков насосы диэлектрика учитывают так же — задача о чиллере для электроэрозионного станка.
• Охлаждать СОЖ сильно ниже цеха. На детали и станке выпадает конденсат, бак набирает тепло из помещения, а размер детали после остывания уходит. Для точности важнее, чтобы температура СОЖ была стабильной, а не низкой.