كيفية عمل الموازنة الحرارية للمصاعد الهيدروليكية

مقدمة

الموازنة الحرارية هى من اكبر التحديات التى تواجهنا عند التعامل مع المصعد الهيدروليكى خصوصا عندما يتعلق الامر بظروف تركيب فى اماكن حارة ورطبة أو عديمة التهوية أو عند ارتفاع كثافة الاستخدام وعادة ما يتم اختيار مكونات هيدروليكية وفق اسس الاختيار لكى يقوم كل مكون بوظائفه المطلوبه منه ويحقق عوامل السلامة وفق الاكواد ويحقق كفائة الطاقة ايضا لذا يقع على عاتق المهندسين تحليل ظروف التشغيل وتأثيرها على هذه المكونات لكى يمكنهم اختيار مكون مناسب وتحديد طرق ذات فاعلية وكفائة للتقليل أو الحد من تأثير ظروف التشغيل وفى هذا الاطار يوضح موضوعنا هذا الامور المتعلقة بالموازنة الحرارية مثل مسببات توليد الحرارة وتأثيرها على المكونات وطرق التعامل معها

تأثير الحرارة على المصعد الهيدروليكى
بشكل عام يؤدى ارتفاع درجة الحرارة الى تسخين الزيت ومن ثم تغيير خصائصة من ناحية درجة لزوجته وحجمه وينتج عن كل ذلك :

1. انخفاض الكفائة الحجمية وزيادة تسريب الزيت 
2. انخفاض درجة التزييت مما يؤثر سلبا على المكونات
3. اداء غير جيد للرحلة فى بداية الاقلاع والتوقف وضبط التسوية على الطابق
4. اكسدة الزيت وتسارع تدهوره

خطوات اجراء الموازنة الحرارية
يمكن الحصول على مصعد هيدروليكى يتمتع بمقاومة الحرارة بتنفيذ الخطوات التالية :

1. تحديد اسباب توليد الحرارة 
2. طرق التقليل من توليد الحرارة أو الحد منها أو تقليلها
3. حساب وتحليل مقدار الحرارة المتولدة
4. اجراء تحسينات بغرض اتاحة التبريد التلقائى الطبيعى
5. تقدير نوع وقدرة انظمة التبريد فى حالة وجوبها

اسباب توليد الحرارة

تتكون الوحدة الهيدروليكية من مكونات اساسية مثل صندوق الزيت والمحرك والمضخة والصمام والزيت والخراطيم أو الانابيب والاسطوانة وعادة لا تحتاج لغرفة محرك حيث يمكن تركيبها اسفل الدرج أو بجوار بئر المصعد  وقد تناولنا اسس اختيار هذه المكونات فى موضوع مقسم على جزئين 

اسس اختيار مكونات الوحدة الهيدروليكية الجزء الاول

اسس اختيار مكونات الوحدة الهيدروليكية الجزء الثانى

بعض الممارسات مثل الممارسات التالية قد تزيد من توليد هذه الوحدة للحرارة :

1. اختيار وحدة قدرة اى مكون من مكوناتها اصغر من متطلبات التشغيل
2. تثبيتها فى اماكن ضعيفة التهوية
3. تثبيتها فى مكان ضيق
4. صندوق زيت غير معدنى لا يساهم فى التبديد الحرارى
5. انابيب غير مناسبة تفقد الضغط فتتولد الحرارة

كقاعدة اساسية يجب ان يمتلئ صندوق الزيت بكمية مناسبة وتكون النسبة 2-2.5 من احتياج المضخة ويتبقى مسافة 10 تغطى المضخة بعد الوصول الى اخر طابق مع الاخذ فى الاعتبار نسبة انزلاق عند تجاوز الطابق الاخير ب 10 سم كما يجب ان يتسع صندوق الزيت ليستوعب مسافه فارغة فى حدود 10 ارتفاع للمبادلة الحرارية مع  الهواء

يجب تثبيت الوحدة فى مكان جيد التهوية واحيانا يكون من الانسب تثبيتها بجوار البئر حيث يساهم الهواء النازل مع نزول عربة المصعد فى تبريد الوحدة كما يفضل استخدام صناديق معدنية لتسريع التبريد وعدم استخدام صناديق بلاستيكية او اى خامة اخرى

يجب الاهتمام باختيار انانيب أو خراطيم بمقطع مناسب وتثبيتها بشكل صحيح تجنبا لفقد الضغط أو التسريب أو الاصابات عند حدوث انحناءات حادة او انكسارات

الزيت

استخدام الزيت المناسب يمكننا من السيطرة على الحرارة والزيت المناسب للمصاعد يتميز بانخفاض التغير فى لزوجته عند ارتفاع درجة الحرارة حيث ان هناك ارتباط عكسى بين اللزوجة ودرجة الحرارة بمعنى ان اللزوجه تقل كلما رفعنا درجة الحرارة لذا ومع الظروف الحرارية غير المواتية عندما تكون درجة الحرارة اعلى من 30 درجة مئوية يجب اختيار زيت معامل لزوجته اعلى مثل النوع ISO VG 68 ونفس الحال فى تطبيقات مصاعد ذات كثافة استخدام عالية لأن كثافة الاستخدام تزيد من توليد الحرارة بدون تخلل فترات راحة للتبريد كما يجب استخدام كمية زيت اكبر ثلاث مرات من احتياج المضخة عند العمل فى ظروف درجات حرارة من 25 الى 30 درجة مئوية اما فى درجات الحرارة الاقل يكفى ان يكون من 2.5 اكبر من احتياج المضخة

الصمام

يتحكم الصمام فى معدل تدفق الزيت الى الاسطوانة مما يساهم فى شعور المستخدم بالراحة نظرا لتنعيم الحركة بعد قدرة الصمام على صياغة مراحل الاقلاع والتسارع والسرعة الطبيعية والتباطؤ والتوقف مما يجنبنا الارتجاج أو الاهتزاز او الشعور بانتقالات السرعة

تشترك معظم الصمامات فى اداء الوظيفة ولكن منها انواع مختلفه مثل الصمام الميكانيكى والالكترونى ونوع حديث خاص بتشغيل مغير التردد مع الوحدة الهيدروليكية وتشترك جميعها فى وجود ملفات كهرومغناطيسية لربط وظائف الصمام بلوحة التحكم ولكن النوع الاخير يقدم معالجات حرارية رائعة حيث يحد من انتاج الحرارة وفى نفس الوقت قد يتاح فى مثل هذه الانظمة توليد الطاقة الكهربية بدلا من الطاقة الحرارية فترفع كفائة استهلاك الطاقة الى 60 ٪

الاختيار الخاطئ للصمام بما لا يتناسب مع كثافة الاستخدام ومعدل التدفق ومقدار الضغط يزيد من المشاكل وتتولد حرارة كما ان الضبط الغير صحيح له يؤدى الى توليد حرارة اضافية عن تلك التى تتولد فى مرحلة التسارع والتباطؤ نتيجة ارتداد الزيت وفقدان الضغط لذا فإن زيادة زمن التسارع أو التباطؤ أو زمن البطئ يضاعف من توليد الحرارة ويقلل من العمر الافتراضى للصمام

تحليل وحساب الحمل الحرارى فى المصعد الهيدروليكى

تطبيقا لقوانين الديناميكا الحرارية فٱن الطاقة الحرارية فى المصعد الهيدروليكى نتجت من تحول الطاقة من صورة الى صورة اخرى حيث قام المحرك بتحويل الكهرباء الى حركه وهذه الحركة ولدت تدفق الزيت ومن ثم نتج الضغط عن مقاومة هذا التدفق وبواسطة الزيت كناقل للحركه يتحرك المصعد بين الصعود والهبوط

اى فقد فى اى نوع من انواع الطاقة فى هذه المنظومة سيولد حرارة تؤدى الى تسخين الزيت والصندوق وبالتالى الوسط المحيط حتى يتم وصولنا الى حالة الاتزان بين حرارة هذه المنظومة والوسط المحيط

تأخذ المعالجات الحرارية صورتين الاولى تكون التبريد التلقائى مع الوسط المحيط والثانية تكون بإجبار الزيت على التبريد بقوة خارجية وما يحدد افضلية استخدام اى صورة منهما أو استخدامهما معا هو حسابات الموازنة الحرارية للنظام حيث انه يجب ان تكون الحرارة المتولدة اقل من التى يمكن تبديدها فى الطريقة التلقائية اما اذا كانت الحرارة المتولدة اكبر مما يمكن تبديدة يلزم استخدام انظمة تبريد بغض النظر عن كفائة الطاقة وتكلفة تركيبها لأن ارتفاع الحرارة يؤدى الى انخفاض الزيت كيث ان نصف درجه ارتفاع بسبب انخفاض الضغط بقيمة 10 بار

فى عملية الموازنة الحرارية يؤخذ فى الاعتبار الحرارة الناتجه عن التشغيل وكذلك الناتجة عن الوسط المحيط وتجرى هذه العملية بهدف الحصول على توازن حرارى بين الزيت والوسط بشكل لا يؤثر على تغيير خصائص الزيت ومن العوامل الداخليه والخارجبة التى تؤخذ فى الاعتبار عند عمل موازنة حرارية للمصعد :

1. درجة حرارة الوسط المحيط
2. متوسط عدد المشاوير فى الساعه
3. متوسط الحمولة فى كل مشوار
4. متوسط ارتفاع المشاوير
5. السرعة
6. مرات التسوية والتجاوز 
7. قدرة وكفائة المحرك والمضخة
8. انخفاض الضغط فى الصمام والخراطيم أو الانابيب
9. تهوية الغرفه
10. تصميم صندوق الزيت وحجمه

تجرى حسابات الموازنة الحرارية عند الحد الحرج لكل من الزيت والوسط وعدد مرات التشغيل فى الساعة لمعرفة مدى الحاجة الى اضافة نظام تبريد فعندما نأخذ وقتا طويلا للصول الى الحالة الحرجه أو لا نصل اليها مطلقا فليس هناك حاجه لمبرد ويكتفى بالتبريد التلقائى بالتبادل الحرارى مع الوسط وتكون الصورة العامة لحساب الحرارة كما فى المعادلة التى بالصوررة التالية

اما الصيغة المناسبة للتبديد الحرارى فهى كالتالى

ممارسات افضل 

يمكن الحصول على تبريد سريع عن طريق القيام ببعض الممارسات او تعديلات التصميم مثل :

1. زيادة الارتفاع الرأسى للصندوق
2. وجود فرغات تحيط الصندوق من اعلى ومن اسفل ومن الجوانب
3. وضع الوحدة فى مكان جيد التهوية
4. تجنب دفن أو اخفاء الانابيب والخراطيم
5.  استخدام صندوق كبير يحتوى كمية زيت كبيرة
6. عدم تعريض الوحده للشمس او مصدر حرارة آخر
7. استخدام صمامات التشغيل بمغيرات التردد
8. تصميم وحدة تكون مكوناتها تفقد الضغط بقدر ضئيل أو لا تفقد اى قيمة
9. استخدام نوع زيت مناسب
10. تركيب مبردات خارجية  ذات قدرة مناسبة فى حال لزومها

اختيار المبرد المناسب يتوقف على مقدار الطاقة الحرارية حيث يشترط ان يتيح المبرد يزيل نسبة 25 الى 30 ٪ من الطاقة الداخلية للنظام ولسهولة الاجراءات تتيح الجهات المنتجه للمبردات جداول فنية تساعد على سهولة الاختيار

تقوم انظمة التبريد بسحب الزيت من الصندوق وتبريده قبل دخوله فى المضخة عن طريق تسليط تيار هوائى ناتج عن مروحة أو عن طريق نظام ثلاجة الزيت  ولإكمال مهمة المبرد يستخدم حساس حرارى مغمور فى الزيت يقوم بتوصيل اشارة الى المبرد ليعمل ويمكن التحكم والتعديل على درجة الحرارة التى يجب ان يتحقق منها وهى تقريبا بعد زيادة من 10 الى 12 درجة مئوية بعد درجة حرارة الوسط