Чиллер для сварки: расчёт по мощности и ПВ

Чиллер для сварки считают по паспортной мощности сварочных машин и продолжительности включения (ПВ) — доле времени, когда идёт сварочный ток. В контактной сварке в воду уходит около половины потребляемой мощности, в дуговой с водяной горелкой — около десятой части. Калькулятор считает тепло всех машин, работающих одновременно, добавляет запас и показывает расход воды.

Откуда берётся тепло

• Сварочный трансформатор. Потери в обмотках и магнитопроводе греют трансформатор, а вторичный виток у машин контактной сварки делают полым и охлаждают водой.
• Вторичный контур и электроды. Через шины, гибкие шунты и электрододержатели идёт ток в десятки килоампер, и они греются. Медные электроды забирают тепло из зоны сварки: без воды они перегреваются, мягчеют и быстро теряют форму. Каналы в электродах узкие и зарастают накипью, поэтому контур заполняют подготовленной водой — требования в справочнике о воде для чиллера.
• Тиристорный блок или инвертор. Силовые ключи машины часто стоят на водяном охладителе, его тепло идёт в тот же контур — так же, как у индукционного нагревателя.
• Водяная горелка. В дуговой сварке на больших токах вода охлаждает токоподвод и сопло горелки. Источник тока обычно охлаждается воздухом, поэтому в воду уходит небольшая часть мощности. Плазмотрон считают отдельно, по току и напряжению дуги, — задача о чиллере для плазменной резки.

Формула

Q_в = S × ПВ / 100 × d × n

Q = Q_в × (1 + k / 100)

G = Q / (1,163 × 5)

Q_в — тепло, которое машины отдают воде, кВт; S — мощность одной машины по паспорту, кВА; ПВ — продолжительность включения, %; d — доля мощности, уходящая в воду; n — число машин, работающих одновременно; k — запас, %; Q — холодопроизводительность чиллера, кВт; G — расход воды, м³/ч, при нагреве на 5 °C; 1,163 — теплоёмкость кубометра воды, кВт·ч/(м³·°C).

Для контактной сварки d складывается из КПД питания около 0,85 и доли тепла, которую забирает вода, — 50–70 %. ПВ берут фактическую, по циклу самой загруженной смены; если её не знают, берут паспортную ПВ, при которой указана мощность, — это оценка сверху. Если в паспорте машины указана тепловая нагрузка на воду, считают по ней.

Пример расчёта

Две машины точечной сварки по 100 кВА работают одновременно с ПВ 20 %, вода на входе 15 °C, запас 15 %.

1. Тепло в воду: Q_в = 100 × 20 / 100 × 0,5 × 2 = 20,0 кВт.
2. Холодопроизводительность: Q = 20,0 × 1,15 = 23,0 кВт.
3. Расход воды: G = 23,0 / (1,163 × 5) = 3,96 м³/ч.

Как выглядит установка на 23 кВт — компрессоры, потребление, расход воды, габариты и масса — показано на странице чиллера 23 кВт; температуру воды там задают свою.

Типовые ошибки

• Считать по мощности без ПВ. Машина не варит непрерывно, и чиллер, подобранный на полную паспортную мощность, выходит в несколько раз больше нужного и работает с частыми остановками компрессора.
• Брать ПВ спокойной смены. На линии с роботами ПВ в пиковую смену выше, вода нагревается сильнее допустимого, и машины останавливаются по защите от перегрева. Короткие пики ПВ сглаживает бак-аккумулятор.
• Подбирать насос по расчётному расходу. Каждой машине нужен минимальный расход из паспорта, иначе срабатывает реле протока; если сумма паспортных расходов больше расчётной, насос подбирают на неё — в расчёте насоса для чиллера.
• Подавать слишком холодную воду. Если вода холоднее точки росы в цеху, на трансформаторе и тиристорах выпадает конденсат и пробивается изоляция. Для сварки обычно берут воду около 15 °C, а в жару и сырость сверяют её с точкой росы — она считается в расчёте теплоизоляции трубопроводов.