SZENT ISTVÁN EGYETEM
HIDRAULIKUS ENERGIA-ÁTALAKÍTÓK JELLEMZėI Doktori értekezés tézisei
Török Sándor
GödöllĘ 2005
A doktori iskola
Megnevezése:
MĦszaki Tudományi Doktori Iskola
Tudományága:
AgrármĦszaki tudományok
VezetĘje:
Dr. SzendrĘ Péter egyetemi tanár MezĘgazdasági tudományok doktora SZIE GödöllĘ, Gépészmérnöki Kar
TémavezetĘ:
Dr. Faust DezsĘ egyetemi tanár MezĘgazdasági tudomány kandidátusa SZIE GödöllĘ, Gépészmérnöki Kar
……………………………... Az iskolavezetĘ jóváhagyása
…………………………... A témavezetĘ jóváhagyása
TARTALOMJEGYZÉK
BEVEZETÉS 5. 1. ANYAG ÉS MÓDSZER 9. 1.1. A HIDROSZTATIKUS MÉRėRENDSZER KIALAKÍTÁSA 9. 1.1.1. A hidrosztatikus mérĘpad felépítése 9. 2. EREDMÉNYEK 9. 2.1. FOGASKERÉK SZIVATTYÚ MĥSZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA 9. 2.1.1. Kritikus szívótéri nyomás meghatározása 10. 2.1.2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék 11. 2.1.3.. Általános módszer hidraulika szivattyúk mĦszaki állapotának meghatározására 12. 2.1.4. Kagylógörbék felvétele 13. 2.2. FOGASKERÉK HIDROMOTOR MĥSZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA 14. 2.2.1. Nyomatéki jelleggörbék felvétele 14. 2.2.2. Új módszer hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározására 15. 2.3. HIDRAULIKA SZIVATTYÚ VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZė HėMÉRSÉKLETĥ OLAJJAL 16. 2.3.1. Kritikus szívótéri nyomás 16. 2.3.2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék 17. 2.4. HIDROMOTOR VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZė HėMÉRSÉKLETĥ OLAJJAL 20. 2.4.1. Nyomatéki jelleggörbék 20. 2.4.2. Folyadéknyelési jelleggörbék 20. 2.4.3. Összhatásfok jelleggörbék 21. 2.5. TRANZIENS JELENSÉG VIZSGÁLATA FOGASKERÉK SZIVATTYÚNÁL 22. 2.5.1. Periodikus nyomáseloszlás vizsgálata Fourier analízis segítségével 27. 3. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 29. 4. KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK 32. 5. A KUTATÁS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK 33.
BEVEZETÉS
A hidraulika alkalmazási területe az utóbbi évtizedekben jelentĘsen megnövekedett. Napjainkban nem képzelhetĘ el korszerĦ mezĘgazdasági erĘgép vagy munkagép hidraulikus elemek nélkül. A hidrosztatikus hajtással nagy erĘk és teljesítmények vihetĘk át fokozatmentesen, viszonylag nagy távolságra. Automatizálási feladatok terén bonyolult munkafolyamatok vezérlése és szabályozása könnyen megoldható. A legegyszerĦbb hidraulikus rendszer is olyan elemekbĘl épül fel, amelyek pontossága a dízel motorok adagolójának felel meg. Ezért a hidraulikus elemek tervszerĦ hibamegelĘzĘ karbantartásának és javításának elengedhetetlen eszköze a mĦszeres vizsgálat. Az értekezés célkitĦzései: 1.) Speciális hidrosztatikus mérĘrendszer kialakítása. 2.) Általános módszer kidolgozása állapotának meghatározására.
hidraulika
szivattyúk
mĦszaki
3.) Új vizsgálati módszer kidolgozása hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározására. 4.) Hidraulika szivattyúk üzemeltetési paramétereinek változását kimutatni az olaj hĘmérséklet függvényében: 5.) Hidromotorok üzemeltetési paramétereinek változását kimutatni az olaj hĘmérséklet függvényében: 6.) Tranziens jelenség vizsgálata hidraulika szivattyúnál:
5
1. ANYAG ÉS MÓDSZER 1. 1. A HIDROSZTATIKUS MÉRėRENDSZER KIALAKÍTÁSA
A hidrosztatikus mérĘrendszer tervezését a SZIE Rendszertechnika Intézet Áramlástechnika és Vízgazdálkodás Gépei Tanszékén végeztem. Annak megépítésére és beüzemelésére a Tanszék laboratóriumában került sor. ElsĘsorban oktatási célra alkalmazzuk, de kutatási feladatok megoldására is alkalmas. Segítségével hidraulikus szivattyúk és hidromotorok összes jellemzĘi mérhetĘk, amelyek a következĘk: térfogatáram, nyomás, nyomaték, fordulatszám és hĘmérséklet. Ezen paraméterek segítségével felvehetĘk azok a jelleggörbék, amelyek az üzemeltetés szempontjából a mĦszaki állapot megítélésére szolgálnak. A mérĘpad nemcsak hidraulikus szivattyúk és hidromotorok vizsgálatára alkalmas, hanem egyéb hidraulikus elemek mérése is elvégezhetĘ rajta. Ehhez némi átalakítás és bĘvítés szükséges. 1. 1. 1. A hidrosztatikus mérĘpad felépítése A mérĘkör kapcsolási rajza a 1. ábrán látható. A mérĘpad három fĘ szerkezeti részre bontható: I. II. III.
Hidraulikus tápegység Motorkör Szivattyúkör
6
1. ábra : A hidrosztatikus mérĘpad
7
A hidrosztatikus mérĘpad elemei:
1. Tápegység
500 TE 40-160
2. 2/2-es útváltó és termosztát
AVTB 3N 3252
3. Háromutas áramállandósító
3 FRM 10-20/SQL
4. MérĘturbina
HF 15/2-250
5. Hidromotor
12,5 TGL 10860
6. NyomatékmérĘ cella
MOM (0...50 Nm)
7. NyomásmérĘ
213.100.25 (VIKA)
8. NyomásmérĘ
213.100.250 (VIKA)
9. Fojtó
MG 10
10. Olaj-víz hĘcserélĘ
OHV-315
11. MágnesszĦrĘ
MS 63
12. 2/2-es útváltó és termosztát
AVTB 3N 3252
13. Fojtó visszacsapó szeleppel
MK 20 G
14. Kézi elzáróelem
A 20 TGL 21575
15. Hidraulikus szivattyú
12,5 TGL 10859
16. NyomásmérĘ
213.100.250 (VIKA)
17. VákuummérĘ
213.100-1/+1,5 (VIKA)
18. ElĘvezérelt nyomáshatároló
DB 10-30/315 LJ
19. Fordulatszám távadó
5ES-1/4 .600.03
20. Dugattyús hidromotor
A2F 1OR 4 Pl
21. Olaj-víz hĘcserélĘ
OHV-315
22. Tartály
250 dm3
8
2. EREDMÉNYEK 2. 1. FOGASKERÉK SZIVATTYÚ MĥSZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA Ahhoz, hogy a fogaskerék szivattyú mĦszaki állapotáról meg tudjunk gyĘzĘdni, jelleggörbéket kell mérés útján felvenni. A szivattyút a 2. ábrán látható hidrosztatikus mérĘpadra szereljük, amelynek kapcsolási rajzát az 1. ábra mutatja.
2. ábra: Hidrosztatikus mérĘpad A vizsgált fogaskerék szivattyú mĦszaki adatai: - gyártó: Monori MEZėGÉP - névleges térfogatáram: Qn = 10 dm3/min - névleges nyomás: pn = 160 bar - maximális nyomás: pmax = 200 bar - névleges fordulatszám: pn = 1450min-1 - fordulatszám-tartomány: n = 500-3000 min-1 - hidraulika olaj: Hidro 30 A 3. ábrán a baloldali energia-átalakító a szivattyú és a jobboldali a hajtást biztosító hidromotor.
9
A kettĘ között nyomatékmérĘ cella létesít kapcsolatot, amely méri a szivattyú által felvett nyomatékot.
3. ábra: Hidraulikus energiaátalakítók A mérési adatok felvételét háromszori ismétléssel végeztem. kiértékelésüket IBM PC számítógépen Excel segítségével végeztem.
A
2. 1. 1. Kritikus szívótéri nyomás meghatározása A vizsgálat során három szállítási jelleggörbét vettem fel a szívótéri vákuum függvényében. Ezután szerkesztéssel határoztam meg a kritikus szívótéri nyomás értékét, ahol a térfogatáram 2…3%-kal esik a geometriai szállításhoz képest (4. ábra).
10
3 Q [dm /m in] y = -106,63x4 + 176,53x3 - 105,31x2 + 26,41x +
3%
13,006 R 2 = 0,9969
18 16 14 12 10
n=2000 1/m in
8
n=1450 1/m in
6
n=1000 1/m in
4 2
p skrit.
p s [bar]
0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
4. ábra: Kritikus szívótéri nyomás 2. 1. 2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék Ezeket a jelleggörbéket fordulatszámon vettem fel (5. ábra). K ö[%] Q[dm 3/m in]
80
a
szivattyúra
8
Q = -0,00724p + 11,06 R2 = 0,9981
12
60
Q =f(p) 10
50
8
40
20
PFelv =f(p)
10
7 Qo Q
QH= -0,02p + 11,06
QH
y = 0,0205x + 0,1896 R2 = 0,9986
30
névleges
y = -0,0018x 2 + 0,3996x + 55,484 Pfelv .[KW] R2 = 0,9211
K ö =f(p)
70
jellemzĘ
6 5 4 3 2
nsz =1450 1/m in ps=0.3 bar
1 0 p [bar]
0 0
20
40
60
80
100 120
140 160 180
5. ábra: Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék
11
2. 1. 3. Általános módszer hidraulika szivattyúk mĦszaki állapotának meghatározására A szállítási jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakja (6. ábra): Q p m 1 Qo pn ahol: Q = tényleges térfogatáram [dm3/min] Qo = geometriai térfogatáram [dm3/min] p = tényleges nyomás [bar] pn = névleges nyomás [bar] m = az egyenes meredeksége
EbbĘl az egyenes meredeksége:
pn Q (1 ) p Qo A vizsgált szivattyú mĦszaki állapota megfelelĘnek tekinthetĘ általános esetben, ha az egyenes meredeksége: m=
0 < m < |0,3| Q/Qo
Q/Qo= - m p/pn + 1 Qo Q
1
QH 0,5
m = pn/p (1 - Q/Qo) megfelelt, ha 0 m < |0,3| p/pn
0 0
0,5
1
6. ábra: Hidraulika szivattyúk mĦszaki állapotának meghatározása általános esetben
12
2. 1. 4. Kagylógörbék felvétele A 7. ábrán látható diagram jelentĘsége abban áll, hogy a szivattyúra jellemzĘ legfontosabb paraméterek összetartozó értékként egy közös koordináta rendszerben találhatók. 3
Pfelv.[KW]
KĘ [%] Q [dm /min] 85
K ö=f(p)
80
16
75 14
70 65 60
15
K =78 % K =75 % K =72 %
12
55 50
10
Q=f(p) K3
45 40
10
8
35
K2
6
30 25
ps=0.3 bar
5
20
t=50 C
K1
o
4
Pfelv.=f(p)
15
2
10 5 0 0
20
40
60
80
100
120
140
160
7. ábra: Kagyló diagram
13
0 180
p [bar]
2. 2. FOGASKERÉK HIDROMOTOR MĥSZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA A vizsgált fogaskerék hidromotor mĦszaki adatai: - gyártó: - fajlagos folyadéknyelés: - maximális nyomásesés: - névleges fordulatszám - fordulatszám-tartomány: - maximális nyomaték: - hidraulika olaj:
Monori MEZėGÉP q = 12,5 cm3/ford. 'p = 160 bar nn = 1500 min-1 n = 500 y 3000 min-1 Mmax = 30 Nm Hidro 30
2. 2. 1. Nyomatéki jelleggörbék felvétele A 8. ábrán a hidromotor nyomaték leadási jelleggörbéit látjuk a fordulatszám függvényében. Ezek a jelleggörbék állandó nyomásesés mellett lettek felvéve.
M [Nm] 25
y = -0,0012x + 23,056 2
R = 0,9704
p=40 bar
20
p=60 bar 15
p=80 bar
10
p=100 bar
5
p=120 bar
n [1/min] 0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
8. ábra: Hidromotor nyomatéki jelleggörbéi
14
2.2.2. Új módszer hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározására A 9. ábrán a vizsgált fogaskerék hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi láthatók a nyomásesés függvényében. 3
Q [dm /s] 0,5
Q = 0,0004'p + 0,3212 R2 = 0,9981
0,45 0,4
n=1000 [1/min]
QH=0,0006'p+0,3212
n=1200 [1/min]
Q
0,35
n=1500 [1/min]
Qo
n=1800 [1/min]
0,3
n=2000 [1/min]
0,25 'p [bar]
0,2 20
40
60
80
100
120
140
9. ábra: Hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi Általánosan használható egyenlethez úgy juthatunk, ha a koordináta rendszert dimenzió nélküli változatban adjuk meg. Ezáltal a mértékegységektĘl is függetlenítjük az egyenletet (10. ábra). Q/Qo
Q/Qo= m ǻp/ǻpn + 1
1,5
QH Q Qo
1 m = ǻpn/ǻp (Q/Qo - 1) 0,5
megfelelt, ha 0 m < 0,3 ǻp/ǻpn
0 0
0,5
1
10. ábra: Hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározása
15
A folyadéknyelési jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakja: Q Qo
m
'p 1 'p n
ahol: Q = tényleges térfogatáram [dm3/s] Qo = geometriai térfogatáram [dm3/s] ǻp = tényleges nyomásesés [bar] ǻpn = névleges nyomásesés [bar] m = az egyenes meredeksége EbbĘl az egyenes meredeksége: m=
'p n Q ( 1) 'p Q o
A vizsgált hidromotor mĦszaki állapota megfelelĘnek tekinthetĘ általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < 0,3
2. 3. HIDRAULIKA SZIVATTYÚ VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZė HėMÉRSÉKLETĥ OLAJJAL
Az olaj hĘmérsékletének változása nagyban befolyásolja a viszkozitás értékét.
2. 3. 1. Kritikus szívótéri nyomás A 11. ábrán látható három szállítási jelleggörbe (30, 40 és 50 C°-on) a szívótéri vákuum függvényében
16
Q [dm3/s] 0,35
y = -1,9591x4 + 3,2285x3 - 1,922x2 + 0,4824x + 0,2756 R2 = 0,994
3%
0,32 0,29
t=30 C t=40 C
0,26 n=1450 1/min
t=50 C
0,23 pskrit. ps [bar]
0,20 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
11. ábra: Kritikus szívótéri nyomás a hĘmérséklet függvényében. 2. 3. 2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék A vizsgálatokhoz a hidrosztatikus mérĘpad hidraulikus tápegységének (500 TE 40-160) fogaskerék szivattyúját használtam, amelynek mĦszaki adatai a következĘk:
- gyártó: - névleges térfogatáram: - névleges nyomás: - maximális nyomás - névleges fordulatszám: - fordulatszám tartomány: - hidraulika olaj:
Monori MEZėGÉP Qn = 40 dm3/min pn = 160 bar pmax =200 bar nn = 1450 min-1 n = 500 y 3000 min-1 Hidro 30
A jelleggörbéket itt is három különbözĘ hĘmérsékletĦ (30, 40 és 50 C°-os) olajjal vettem fel. A 12. ábrán a szivattyú ún. „saját motoros” szállítási jelleggörbéi láthatók a nyomás függvényében.
17
y = -1,7381x2 + 0,619x + 1487 R2 = 0,9986 n [min] Q [dm3/min] 46
t=30 C
1540 1520 1500
45 44
t=40 C t=50 C
1480 1460 1440
43 42 41
1420 1400
40 30
40
60
n
p [bar]
80 100 120 140
12. ábra: „Saját motoros” szállítási jelleggörbék
Q [dm3/min]
y = -0,2271x + 44,686 R2 = 0,9649 n [min-1]
46,00
t=30 C
1540
45,00
1520
t=40 C
44,00
1500
t=50 C
1480
43,00
n=1450 1/min
1460
42,00
1440
41,00
1420
40,00
1400 30
40
60
p [bar]
80 100 120 140
13. ábra: Szállítási jelleggörbék állandó fordulatszámon
18
Pf [KW]
2
y = 0,0002x + 0,0675x + 1,2039
15
2
y = 0,0002x + 0,0655x + 1,1433
13
t=30 C t=40 C t=50 C
11 9 7 5
2
y = 0,0002x + 0,0616x + 1,1396
3 20
40
60
80
100
120
140
p [bar]
160
14. ábra: Teljesítmény felvételi jelleggörbék A 14. ábrán a szivattyú teljesítmény felvételének változását látjuk a nyomás függvényében, különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. A 15. ábrán a szivattyú összhatásfokának változását láthatjuk a nyomás függvényében, különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. Kö [%] y = 2E-08x4 + 2E-05x3 - 0,0097x2 + 0,9412x + 50,836 R2 = 0,9875
85 80
t=30 C t=40 C t=50 C
75 70 65 60 55
p [bar] 20
40
60
80
100
120
140
160
15. ábra: Összhatásfok jelleggörbék
19
2. 4. HIDROMOTOR VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZė HėMÉRSÉKLETĥ OLAJJAL A vizsgálathoz ugyanazt a fogaskerék hidromotort használtam, amelyet a 2.2. fejezetben bemutattam. 2. 4. 1. Nyomatéki jelleggörbék A 16. ábrán a hidromotor nyomatéki jelleggörbéi láthatók a fordulatszám függvényében. M [Nm] 23 y = -0,0009x + 22,657 R2 = 0,9841 22
y = -0,0007x + 22,113 R2 = 0,9643 t=30 C t=40 C
21
20
t=50 C
y = -0,0005x + 21,494 R2 = 0,9592 'p=120 bar
19 600
n [1/min] 800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
16. ábra: Hidromotor nyomatéki jelleggörbéi
2. 4. 2. Folyadéknyelési jelleggörbék A 17. ábrán a hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi láthatók a fordulatszám függvényében.
20
Q [dm 3/s]
0,5 y = 0,0002x + 0,0249 2 R = 0,9999
0,4 y = 0,0002x + 0,0083 2 R = 0,9997
t=30 C
0,3
t=40 C y = 0,0002x - 0,0064 2 R = 0,9998
t=50 C
0,2 ' p=1 20 bar
0,1 600
n [1/min]
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
17. ábra: Hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi 2. 4. 3. Összhatásfok jelleggörbék A 18. ábrán a hidromotor összhatásfok jelleggörbéi láthatóak a fordulatszám függvényében. K>@ 86
y = -2E-06x2 + 0,0002x + 84,695 R2 = 0,9801
84 82
'p=120 bar
t=30 C
80 78
t=40 C t=50 C 2
y = -4E-06x + 0,0092x + 73,96
76 74
y = -6E-06x2 + 0,0173x + 63,912
n[1/min] 72 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
18. ábra. Hidromotor összhatásfok jelleggörbéi
21
2. 5. TRANZIENS JELENSÉG VIZSGÁLATA FOGASKERÉK SZIVATTYÚNÁL A tranziens jelenségek változását különbözĘ szívótéri vákuum értékeknél vizsgáltam. A méréshez nyúlásmérĘ-bélyeges nyomásérzékelĘt, optó (fénykapus) fordulatszám-jeladót, valamint erĘsítĘt és PCL-718 típusú mérĘkártyát használtam, amely másodpercenként kb. 40 000 mintavételt képes produkálni. Ez a mérési módszer lehetĘséget biztosít arra, hogy az idĘben nagyon gyorsan lezajló nyomásváltozást megfigyelhessük, illetve rögzíthessük. A 19. ábrán a nyúlásmérĘ-bélyeges nyomásérzékelĘ kalibrálása látható a nagypontosságú súlyterhelésĦ manométer-vizsgáló készük segítségével.
19. ábra: NyomásmérĘk kalibrálása A 20. ábrán a fogaskerék szivattyú kavitáció mentesen üzemel. Itt az egy fordulatra esĘ nyomáslengések számát a fogszám (Z = 10) határozza meg. MegfigyelhetĘ, hogy a szivattyú nyomásának fokozásával a lengések amplitúdója is növekszi. A 21. ábrán a szivattyú a kavitáció kezdetén üzemel. Látható, hogy a kavitációs üregek összeomlása milyen periodikusan történik. A 22. ábra mutatja a tranziens jelenséget teljesen kifejlett kavitáció mellett.
22
23
20. ábra: Tranziens jelenség kavitáció mentes üzemben
24
21. ábra: Tranziens jelenség a kavitáció kezdetén
25
22. ábra: Tranziens jelenség kavitációs üzemben
26
23. ábra: Fourier analízis alkalmazása
10+0,65sin2SN10+0,35cos(2SN-0,333S)
22,5+1,4sin2SN10+0,6cos(2SN-0,975S)
37,5+2,3sin2SN10+0,8cos(2SN+0,133S)
2. 5. 1. Periodikus nyomáseloszlás vizsgálata Fourier analízis segítségével. A Fourier analízis egy tetszĘleges periodikus rezgést harmonikus rezgések összegeként állít elĘ: f
f
n 1
n 1
x(t ) A 0 ¦ A n sin nZt ¦ B n cos nZt ahol A és B a Fourier együtthatók és n=1,2,3, A Fourier együtthatók a következĘk: 2S
A0
1 x(t)dt S ³0
Bn
An
1 2S
1 2S
2S
³ x ( t ) sin nZtdt 0
2S
³ x ( t ) cos nZtdt 0
Ahhoz, hogy a fogaskerék-szivattyú közepes nyomása és a fogankénti nyomáslüktetés amplitúdója között összefüggést tudjak megállapítani, elsĘ lépésként a nyomásingadozást leíró függvényt határoztam meg Fourier analízis segítségével (23. ábra). Az ábrán látható, hogy a fogaskerék szivattyú nyomócsonkján három különbözĘ közepes nyomást hoztam létre, amelyeknek nyomásingadozása a következĘ függvényekkel adható meg:
1. 10 0,65 sin 2S N 10 0,35 cos( 2S N 0,333S) 2. 22,5 1,4 sin 2S N 10 0,6 cos( 2S N 0,975S) 3. 37,5 2,3 sin 2S N 10 0,8 cos( 2S N 0,1333S)
27
Az összefüggésekben „N” az egész fordulatokat jelenti. A sinus függvény az egy fog által keltett nyomáslökést írja le. A cosinus függvény a rendszer nyomáslengését adja meg. A 24. ábrán tüntettem fel a nyomáslökések amplitúdóját az üzemi nyomás függvényében. Az ábrából egyértelmĦen kiolvasható a két paraméter között a lineáris kapcsolat. Az egyenes egyenlete: pa = 0,0615 pü ahol:
pa = nyomáslökés amplitúdója [bar] pü = üzemi nyomás [bar] pa [bar] 7 6
pa = 0,0615pü
5
R = 0,9996
2
4 3 2 1 pü [bar]
0 0
25
50
75
100
24. ábra: Fogaskerék szivattyú nyomásingadozása az üzemi nyomás függvényében
28
4. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1.
Speciális hidrosztatikus mérĘrendszert alakítottam ki, amely alkalmas hidraulikus energia-átalakítók vizsgálatához: - statikus jelleggörbék felvételére, - dinamikus jellemzĘk meghatározására, - átmeneti folyamatok (tranziens jelenségek) rögzítésére és - mikrofolyamatok analizálására.
2.
Általános vizsgálati módszert dolgoztam ki hidraulika szivattyúk mĦszaki állapotának meghatározására. A szállítási jelleggörbe meredekségére összefüggést munkáltam ki a következĘk szerint: p Q m = n (1 ) p Qo ahol:
m = az egyenes meredeksége pn = névleges nyomás [bar] p = tényleges nyomás [bar] Q = tényleges térfogatáram [dm3/min] Qo = geometriai térfogatáram [dm3/min] A vizsgált szivattyú mĦszaki állapota megfelelĘnek tekinthetĘ általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < |0,3| A vizsgálati módszer elĘnyei a következĘk: - független a szivattyú típusától, - nagyságától, - a mért paraméterek mértékegységétĘl és - a terhelés mértékétĘl. Ehhez a vizsgálandó szivattyú szállítási jelleggörbéjét kell felvenni a nyomás függvényében. Ezután meg kell határozni a jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakját: Q p m 1 Qo pn EbbĘl a mĦszaki állapotra jellemzĘ „m” meghatározható.
29
3.
Új vizsgálati módszert dolgoztam ki hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározására. A folyadéknyelési jelleggörbe meredekségére összefüggést munkáltam ki a következĘk szerint: 'p n Q ( 1) m= 'p Q o ahol: m = az egyenes meredeksége ǻpn = névleges nyomásesés [bar] ǻp = tényleges nyomásesés [bar] Q = tényleges térfogatáram [dm3/s] Qo = geometriai térfogatáram [dm3/s] A vizsgált hidromotor mĦszaki állapota megfelelĘnek tekinthetĘ általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < 0,3 A vizsgálati módszer elĘnyei a következĘk: - független a hidromotor típusától, - nagyságától, - a mért paraméterek mértékegységétĘl és - a terhelés mértékétĘl. Ehhez a vizsgálandó hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéjét kell felvenni a nyomásesés függvényében. Ezután meg kell határozni a jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakját: Q 'p m 1 Qo 'p n EbbĘl a mĦszaki állapotra jellemzĘ „m” meghatározható.
4.
Fogaskerék hidraulika szivattyú üzemeltetési paramétereinek változását vizsgáltam különbözĘ hĘmérsékletĦ (30, 40 és 50 C°) olajjal: qv= f(ps) – kritikus szívótéri nyomás qv = f(p) – szállítási jelleggörbe, Pf = f(p) – teljesítmény felvételi jelleggörbe Kö = f(p) – összhatásfok jelleggörbe A jelleggörbékbĘl a következĘ megállapítások tehetĘk (n=1450 min-1 és p=100 bar mellett, miközben az olaj hĘmérséklete 30 C°-ról 50 C°-ra növekszik):
30
- A kritikus szívótéri nyomás eltolódik a kisebb vákuumok irányába a hĘmérséklet növekedésével. - A szállítás 0,3 %-kal csökken a hĘmérséklet növekedésével. - A szivattyú ún. „saját motoros” jelleggörbéibĘl látható, hogy a fordulatszám a terhelés függvényében 6%-ot esik. - A szivattyú hajtásához szükséges teljesítmény 2,8 %-kal csökken az olaj hĘmérsékletének növekedésével. - Az összhatásfok 2 %-kal javul a hĘmérséklet növekedésével. 5.
Fogaskerék hidromotor üzemeltetési paramétereinek változását vizsgáltam különbözĘ hĘmérsékletĦ (30, 40 és 50 C°) olajjal: M = f(n); 'p = áll. – nyomatéki jelleggörbék, qv = f(n); 'p = áll. – folyadéknyelési jelleggörbék, Kö = f(n); 'p = áll. – összhatásfok jelleggörbék A jelleggörbékbĘl a következĘ megállapítások tehetĘk (n=1500 min-1 és 'p = 120 bar mellett, miközben az olaj hĘmérséklete 30 C°-ról 50 C°-ra növekszik): - A hidromotor által leadott nyomaték 3 %-kal növekszik a hĘmérséklet emelkedésével. - A folyadéknyelés 10 %-kal növekszik a hĘmérséklet emelkedésével. - Az összhatásfok 5 %-kal romlik a hĘmérséklet növekedésével.
6.
Tranziens jelenséget vizsgáltam fogaskerék szivattyúnál különbözĘ szívótéri vákuum értékeknél: - kavitáció mentes üzemben, - a kavitáció kezdetén és - teljesen kifejlett kavitáció mellett. Mikrofolyamatok analízise segítségével összefüggést állapítottam meg a szivattyú üzemi nyomása és a lengések amplitúdója között. A két paraméter között egyértelmĦ lineáris kapcsolat mutatható ki: pa = 0,0615 pü
31
4. KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK A hidraulikus energia-átalakítók jellemzĘinek pontos meghatározásához elengedhetetlenül szükséges a mĦszeres vizsgálat, amely elvégezhetĘ diagnosztikai mĦszerrel vagy hidrosztatikus mérĘpad segítségével. Hidraulika szivattyú mĦszaki állapotának meghatározása a szállítási jelleggörbe iránytangensének segítségével egyértelmĦen elvégezhetĘ. Hidromotor mĦszaki állapotának meghatározása viszont a folyadéknyelési jelleggörbe meredekségének ismeretében tehetĘ meg. Általánosan használható módszert sikerült létrehozni oly módon hogy a jelleggörbéket dimenzió nélküli koordináta rendszerben ábrázoltam. A vizsgálatok során lényeges, hogy az olaj hĘmérsékletét a szabványban rögzített értéken (50 ± 2 Cº) tartsuk. Vizsgálatokat végeztem különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal is. A hĘmérséklet növekedésével az olaj viszkozitása csökken. Ezáltal a résveszteség és a folyadéksúrlódás változik, így a jellemzĘ paraméterek is módosulnak. Tranziens jelenségek vizsgálata során Fourier analízis segítségével megállapítottam, hogy a fogaskerék szivattyú üzemi nyomásának növelésével a lengések amplitúdója egyenes arányban növekszik. A hidraulikus energia-átalakítók jellemzĘinek további vizsgálatához a következĘ javaslatokat teszem: -
-
-
Egy hidraulikus rendszer összhatásfokát alapvetĘen az energiaátalakítók hatásfokának szorzata határozza meg. Azonban a szivattyú és hidromotor mĦködésébĘl adódóan a veszteségek ellenkezĘ elĘjelĦek, ezért lenne szükséges a rendszer összhatásfokát vizsgálni különbözĘ viszkozitású olajokkal és ezt optimalizálni. Hidraulikus rendszerek diagnosztikai vizsgálatát kiterjeszteni a mikrofolyamatok analizálásával. A hidraulikus energia-átalakítók tengelyének egy körülfordulása alatt bekövetkezĘ nyomásváltozások elemzését a Fourier analízis mellett keresztkorreláció segítségével. Hidraulika szivattyúknál a kavitáció és a hĘmérséklet közötti numerikus összefüggések feltárását, modellalkotás segítségével.
32
5. A KUTATÁS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK Tudományos folyóiratok IDEGEN NYELVEN (LEKTORÁLT) 1. Török S.-Bártfai Z.: Cavitation and transient process of gear pumps. In: Hungarian Agricultural Engineering, No12/1999. p.73-74. 2. Török S.-Bártfai Z.: New methods for the evaluation of the technical condition of the hydro motors. In: Hungarian Agricultural Engineering. 2005. (megjelenés alatt) MAGYAR NYELVEN (LEKTORÁLT) 3. Török S.-Sassy L.: Hidromotor vizsgálata különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. JármĦvek, ÉpítĘipari és mezĘgazdasági Gépek.1995. 42.évf. 5. sz., p. 185-187. 4. Török S.-Sassy L.: Hidraulikus energia-átalakítók vizsgálata különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. MezĘgazdasági Technika. 1996., XXXVII. évf. 5.sz., p.2-6. 5. Török S.: Általános módszer hidraulika szivattyúk mĦszaki állapotának meghatározására. MezĘgazdasági Technika. 2005. (megjelenés alatt) 6. Török S.: Új módszer hidromotorok mĦszaki állapotának meghatározására. Gép. 2005. (megjelenés alatt) Tudományos konferencia elĘadás kiadványban megjelentetve MAGYAR NYELVEN 7. Török S.: Hidraulika szivattyúk és hidromotorok vizsgálatának metrológiai kérdései. Az agrár-felsĘoktatási intézmények fiatal oktatóinak és kutatóinak VI. Országos konferenciája. Mosonmagyaróvár, 1981. 8. Török S.: Hidromotorok és hidraulika szivattyúk vizsgálatára alkalmas mérĘpad. MTA-MÉM Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1981.
33
9. Sassy L.-Török S.: Hidraulikus elemek vizsgálatának metrológiai kérdései. MTA-MÉM Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1982. 10. Sassy L.-Török S.: Szivattyús gépcsoportok komplex vizsgálatára szolgáló mérĘállomás kialakítása. MTA-MÉM Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1984. 11. Török S.: Hidromotorok és hidraulika szivattyúk vizsgálatára alkalmas mérĘpad kialakítása. MezĘgazdasági Gépesítési Konferencia. MezĘtúr, 1984. 12. Sassy L.-Török S.-Disztl J.: Hidraulikus rendszerek irányító elemeinek vizsgálata. MTA-MÉM Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1987. 13. Sassy L.-Török S.-Böröczky D.: Hidraulika testerek kalibrálására alkalmas mérĘrendszer kialakítása. MTA-MÉM Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1987. 14. Török S.-Sassy L.: Hidromotor vizsgálata különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1995. 15. Török S.-Sassy L.: Hidraulika szivattyú vizsgálata különbözĘ hĘmérsékletĦ olajjal. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1996. 16. Török S.-Sassy L.: Kavitációs jelenség vizsgálata olajhidraulika szivattyúnál. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1997. 17. Török S.-Sassy L.: Hidraulika szivattyú kagylógörbéinek felvétele hidrosztatikus mérĘpadon. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1998.
34
18. Török S.-Sassy L.-Stampel J.: Kavitáció, kritikus szívótéri nyomás és tranziens jelenség fogaskerék szivattyúnál. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 1999. 19. Török S.: Kavitáció és tranziens jelenség fogaskerék szivattyúnál. MTA Agrár-MĦszaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. GödöllĘ, 2000. 20. Török S.: Vizsgálati módszerek a hidraulika rendszerek üzemeltetési jellemzĘinek meghatározására. XXXVI. Országos MezĘgazdasági Gépesítési Tanácskozás, Gyöngyös, 2000. Könyv (jegyzet) MAGYAR NYELVEN 21. Sassy L.-Török S.: Áramlástani mérések. (10 ív) GATE jegyzet. GödöllĘ, 1983. 22. Török S.: Hidraulikai mérések. (9 ív) GATE jegyzet. GödöllĘ, 1988. 23. Sassy L.-Török S.: Áramlástan mérési jegyzĘkönyvek. (2 ív) GATE jegyzet. GödöllĘ, 1995. Egyéb publikációk 24. Török S.: MezĘgazdasági gépek hidraulikus rendszerének és elemeinek komplex vizsgálatára alkalmas mérĘrendszer kialakítása. Egyetemi doktori disszertáció. GödöllĘ, 1985.
35
