Rozwiązywanie problemów z układami chłodzenia systemów PAC

Co to jest chłodziwo palnika?

Chłodziwo palnika to ciecz robocza składająca się z dejonizowanej wody i substancji rozpuszczonej, która obniża temperaturę zamarzania. Gdy nie występuje ryzyko zamarzania, wiele warsztatów używa zwykłej wody dejonizowanej. Woda dejonizowana jest używana, ponieważ nie zawiera przewodzących jonów, które potencjalnie mogą zanieczyścić przewody chłodzenia i powodować trudności z aktywacją palnika plazmowego. Na rysunku 1 pokazano schemat wewnętrznego układu chłodzenia palnika plazmowego. Płyn chłodzący jest podobny do płynów stosowanych w układach chłodzenia samochodów, jednak ma ważną cechę odróżniającą: środek przeciw zamarzaniu stosowany w płynach do chłodnic samochodowych ma właściwości umożliwiające zatykanie przecieków. Takie płyny nie nadają się do stosowania w układach systemu plazmowego.

Rysunek 1

Układ chłodzenia

Typowy układ chłodzenia systemu PAC składa się z silnika, pompy, przewodów chłodzenia, palnika, zaworu szybkości przepływu, wymiennika ciepła i zbiornika (patrz rys. 1). Standardowo stosuje się silniki o mocy od 1/3 do 1/2 KM. Zwykle okres międzyprzeglądowy silnika jest bardzo długi, chyba że w układzie występują ograniczenia sprawiające, że silnik i pompa pracują pod większym obciążeniem.

Pompy

W układach systemów plazmowych są zwykle używane obrotowe pompy wirnikowe. Są one wyposażone w regulowane śruby, które zwiększają lub zmniejszą ciśnienie robocze oraz natężenie przepływu w pompie. Łożyska stosowane w pompach zużywają się. Sprzęgło zamontowane między silnikiem a pompą może ulec uszkodzeniu. Gdy łopatki wewnątrz pompy się zużyją, pompa przestanie dostarczać ciśnienie.

Przewody chłodzenia

Przewody chłodzenia transportują płyn chłodzący do palnika i od palnika plazmowego. Zwykle chłodzą także główne kable zasilające prądu stałego. Chłodzone cieczą kable zasilające zapobiegają przegrzewaniu się skręconego drutu miedzianego. W aplikacjach zmechanizowanych przewody chłodzące są zwykle prowadzone giętkimi prowadnicami albo są zamocowane nad maszyną do cięcia. Są narażone na przecieki w wyniku ewentualnych pęknięć i zagięć, wytopionych otworów, uszkodzonych złączy itp. Może również dochodzić do zatorów, szczególnie w wężu powrotnym od palnika plazmowego. Przepływ może być ograniczony gromadzącymi się w palniku lub przewodzie powrotnym zanieczyszczeniami pochodzącymi z uszkodzonych części. Miedziane kable zasilające mogą również się złamać w wyniku ciągłego wyginania. Wtedy fragmenty miedzi mogą zatkać końcówki węży. Zatory i przewężenia przewodów skutkują zmniejszeniem przepływu i większym zużyciem pompy oraz silnika.

Palnik

Palnik stanowi zwykle największe przewężenie w każdym układzie chłodzenia systemu PAC. Wewnętrzne kanały cieczy są małe, dzięki czemu można uzyskać dużą prędkość przepływu płynu chłodzącego oraz zmaksymalizować wymianę ciepła. Większość elektrod pracujących z dużym natężeniem prądu ma od wewnątrz wydrążone otwory, aby formować słupek miedzi wokół elementu emitującego. Rura wodna w palniku wystaje powyżej tego słupka i wymusza przepływ płynu chłodzącego wzdłuż słupka, a następnie w stronę tylnej ścianki elektrody w celu schłodzenia (patrz rys. 2). Jest niezwykle ważne, aby palnik i płyn chłodzący były wolne od zanieczyszczeń, tak aby zagwarantować prawidłowy przepływ przez te kanały.

Zawory szybkości przepływu

Zawory szybkości przepływu zapobiegają poważnym usterkom palnika i jego części w przypadku niskiego natężenia przepływu płynu chłodzącego. Zwykle stosuje się mosiężne ruchome trzpienie z mikroprzełącznikami, które umożliwiają lub uniemożliwiają działanie systemu. Zawory szybkości przepływu podlegają usterkom mechanicznym i elektrycznym: ruchomy trzpień może się zatkać albo uszkodzeniu mogą ulec komponenty przełącznika. Filtry. W większości układów są stosowane filtry cząstek stałych podobne do dostępnych w sprzedaży filtrów do uzdatniania wody. Standardowo są stosowane pięciomikronowe filtry papierowe lub filtry dejonizacyjne. Należy je zmieniać co kilka miesięcy oraz zawsze wtedy, gdy dochodzi do spadku ciśnienia lub natężenia przepływu.

Wymienniki ciepła

W większości systemów stosuje się wymienniki ciepła z żebrowanymi radiatorami i wentylatorem. Ich zadaniem jest odprowadzanie ciepła z cieczy roboczej. Niektóre układy faktycznie chłodzą płyn chłodzący za pomocą modułu chłodzącego. Najpopularniejsza usterka tych prostych układów to uszkodzenie silnika wentylatora.

Zbiorniki płynu chłodzącego

Są one zwykle wyposażone we wskaźnik poziomu albo czujnik pływakowy. Zbiornik należy codziennie sprawdzać, aby mieć pewność, że poziom płynu chłodzącego jest prawidłowy. Niski poziom płynu chłodzącego sprawia, że do strumienia chłodziwa dostaje się powietrze, co powoduje spadek wydajności chłodzenia. Jeśli układ jest zablokowany, niski poziom płynu chłodzącego może powodować tymczasowe lub całkowite wyłączenie systemu. Na dnie zbiornika mogą gromadzić się cząstki stałe. Należy je wypłukiwać i usuwać. Zwykle przepływ powrotny płynu chłodzącego można zaobserwować przez korek wlewu zbiornika płynu chłodzącego.

Rozwiązywanie problemów

Sprawdzanie strumienia płynu chłodzącego: Jeśli ciśnienie lub natężenie przepływu płynu chłodzącego nie jest równomierne, należy sprawdzić strumień przy jego wejściu na górze zbiornika — powinien być przejrzysty. Jeśli jest mętny, prawdopodobnie do układu dostało się powietrze. Zwykle dzieje się tak, gdy poziom chłodziwa w zbiorniku jest zbyt niski. Należy przez dwie minuty dolewać płynu chłodzącego przy pracującej pompie, do momentu uzyskania zalecanego poziomu. Jeśli płyn nadal będzie mętny, podłączenie na wlocie pompy może być luźne i powoduje zasysanie powietrza do układu. Częstym problemem spotykanym w obrotowych pompach wirnikowych jest pozostawienie luźnej nakrętki kołpakowej lub uszczelki po przeprowadzeniu regulacji ciśnienia wyjściowego. Nakrętka kołpakowa i uszczelka muszą być dobrze dokręcone, aby zapobiegać wnikaniu powietrza do układu.

Sprawdzenie ścieżki płynu chłodzącego: Jeśli wartość odczytanego ciśnienia lub natężenia przepływu jest niższa od wartości zalecanej przez producenta, należy sprawdzić kompletną ścieżkę płynu chłodzącego. Najpierw należy sprawdzić filtr umieszczony tuż przed pompą. Następnie należy sprawdzić samą pompę. W miarę upływu czasu pompę należy wyregulować zgodnie ze stopniem zużycia. Procedura regulacji zależy od typu pompy. Powinna być szczegółowo opisana w podręczniku. Na koniec należy sprawdzić, czy żadne węże i przewody nie są powyginane ani popękane, a wszystkie złączki są prawidłowo dokręcone.

Sprawdzenie szybkości przepływu płynu chłodzącego — „test wiaderka”: Aby zweryfikować rzeczywiste natężenie przepływu w układzie, należy wykonać ten prosty test. Odłączyć przewód powrotny płynu chłodzącego od zbiornika. Uruchomić pompę. Zbierać wracający płyn chłodzący do czystego pojemnika przez pewien czas (zwykle od 1/2 do 1 minuty), a następnie wyłączyć pompę. Zmierzyć objętość i przeliczyć ją na natężenie przepływu, tj. litry na minutę/godzinę. Porównać uzyskane wartości z danymi technicznymi producenta.

Sprawdzanie szybkości przepływu płynu chłodzącego za pomocą przepływomierza: Jeszcze lepszą metodą weryfikacji przepływu płynu chłodzącego jest zamontowanie przepływomierza tuż przed linią powrotną zbiornika chłodziwa. Do tego celu świetnie nadaje się rura przepływowa o zakresie pomiaru 0–3,8 l/min (koszt poniżej 200 PLN). Stanowi ona tanią metodę zabezpieczenia przed usterkąpalnika.

Sprawdzenie konduktywności/rezystywności płynu chłodzącego: W miarę upływu czasu płyn chłodzący zaczyna się jonizować i/lub zanieczyszcza się cząstkami miedzi lub innego przewodzącego materiału. Może to skutkować trudnym rozruchem palnika plazmowego, gdyż wysokie napięcie używane do inicjowania łuku pilota jest rozpraszane przez ciecz chłodzącą. Do sprawdzenia płynu chłodzącego można użyć miernika przewodnictwa. Rezystywność płynu chłodzącego powinna być mniejsza niż 10 mikroomów albo większa niż 10 000 omów/cm.