Mendelova univerzita v Brně Institut celoţivotního vzdělávání

Mendelova univerzita v Brně Institut celoţivotního vzdělávání Oddělení Expertního Inţenýrství

Technicko-ekonomická analýza výstupních parametrů vybraných hydraulických prvků Diplomová práce

Vedoucí Diplomové práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc.

Vypracoval: Bc. Jiří Pink

Brno 2013

Zadání

PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma „Technicko-ekonomická analýza výstupních parametrů vybraných hydraulických prvků“ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v seznamu použitých zdrojů. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem autora, vedoucího diplomové práce a ředitelky ICV Mendelovy univerzity v Brně. Dne ……………………………… Podpis ……………………………

Děkuji prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady, které mi vždy ochotně poskytl. Děkuji rodině za podporu ve studiu.

Abstrakt Tato diplomová práce, na téma " Technicko - ekonomická analýza výstupních parametrů vybraných hydraulických prvků," pojednává o měření parametrů zubových hydrogenerátorů v

hydraulickém

okruhu.

Práce

je

rozdělená

na

dvě

hlavní

části.

První část se zaměřuje hlavně na hydrogenerátory a hydromotory. Jsou popsány jejich druhy a použití. Dále jsou popsány základní řídící a regulační prvky hydrostatických obvodů. Ve druhé části je popsána metodika měření výstupních parametrů hydrogenerátorů s vnějším ozubením. Na diagnostickém pracovišti firmy Hydrocom, spol s.r.o., byly na vybraných hydrogenerátorech naměřeny výstupní parametry. Výsledky jsou zpracovány a vyhodnoceny. Klíčová slova: hydrogenerátor, hydromotor, ventil

Abstract This diploma thesis titled 'Technical-economical analyze of some output parameters of chosen hydraulic elements' deals about a measurment of gear pumps parameters on a hydraulic circuit. This thesis is devided in two parts.The first part is focused mainly on external gear pumps and motors. There their types and usage are described. Additionaly there are described elementary control and regulating elements of hydraulics systems.The second part of the diploma thesis describes a methodics of output parameters external gear pumps measurment. The output parameters on chosen gear pumps were measured at the diagnostic department of Hydrocom, spol s.r.o. company. The results are then processed and evaluated.

Key words: hydraulic pump, hydraulic motor, valve

Obsah 1

ÚVOD ................................................................................................................................................... 8

2

CÍL PRÁCE ........................................................................................................................................... 11

3

HYDROSTATICKÉ PŘEVODNÍKY ........................................................................................................... 12 3.1

Hydrogenerátory .................................................................................................................................. 13

3.1.1

Hydrogenerátory s vnějším ozubením ........................................................................................ 13

3.1.2

Hydrogenerátory s vnitřním ozubením ....................................................................................... 16

3.1.3

Lamelové hydrogenerátory ......................................................................................................... 18

3.1.4

Pístové hydrogenerátory............................................................................................................. 21

3.1.4.1 3.1.4.1.1

Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněným blokem válců ....................................... 22

3.1.4.1.2

Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněnou deskou.................................................. 23

3.1.4.2 3.2

Hydromotory s rotačním pohybem............................................................................................. 25

3.2.1.1

Zubové hydromotory ......................................................................................................... 26

3.2.1.2

Axiální pístové hydromotory ............................................................................................. 27

3.2.1.3

Radiální pístové hydromotory ........................................................................................... 27

3.2.2

Hydromotory s přímočarým pohybem pístu ............................................................................... 28

3.2.2.1

Těsnění .............................................................................................................................. 30

ŘÍDÍCÍ A REGULAČNÍ PRVKY ................................................................................................................ 31 4.1

Prvky pro hrazení průtoku .................................................................................................................... 32

4.1.1

4.2

Hydraulické rozvaděče ................................................................................................................ 32

4.1.1.1

Průmyslové rozvaděče ....................................................................................................... 33

4.1.1.2

Skupinové rozvaděče ......................................................................................................... 34

Prvky pro řízení velikosti průtoku .......................................................................................................... 35

4.2.1

Škrtící ventily ............................................................................................................................... 35

4.2.2

Škrtící ventily se stabilizací tlakového spádu .............................................................................. 37

4.3

5

Radiální pístové hydrogenerátory ..................................................................................... 24

Hydromotory ........................................................................................................................................ 25

3.2.1

4

Axiální pístové hydrogenerátory ....................................................................................... 21

Prvky pro řízení tlaku ............................................................................................................................ 38

4.3.1

Pojistné a přepouštěcí ventily ..................................................................................................... 39

4.3.2

Redukční ventily .......................................................................................................................... 39

METODIKA MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ ................................................................................................ 41 5.1

Měřené hydrogenerátory ..................................................................................................................... 44

5.2

Postup měření ....................................................................................................................................... 46

5.3

Metodika vyhodnocení měření ............................................................................................................. 47

5.4

Vyhodnocení ......................................................................................................................................... 48

5.5

Diskuze s výsledky ................................................................................................................................. 61

6

ZÁVĚR................................................................................................................................................. 64

7

POUŽITÉ ZDROJE ................................................................................................................................ 65

8

SEZNAM OBRÁZKŮ ............................................................................................................................. 66

9

SEZNAM TABULEK .............................................................................................................................. 68

10

SEZNAM PŘÍLOH ................................................................................................................................. 69

1 ÚVOD Hydraulické mechanismy mají své významné a nezastupitelné místo v mnoha odvětvích průmyslového strojírenství, v zemědělství, lesnictví, ve stavebním průmyslu, v dopravě a manipulaci s materiálem. Důležitou roli mají taktéž v automobilovém průmyslu, zejména pak u nákladních automobilů. Základní rozdělení je na hydrostatické (používají k přenosu výkonu tlakové energie kapaliny) a hydrodynamické (využívají k přenosu výkonu pohybové energie kapaliny – hydraulická spojka a hydrodynamický měnič momentů) mechanismy. V této práci se budeme zabývat pouze hydrostatickou částí. Mezi základní výhody vyuţití tlakové energie kapaliny bezesporu patří: 

Dosažení velké síly či točivého momentu při malých zástavbových rozměrech



Snadné řízení parametrů (tlak, průtok, otáčky, rychlost, točivý moment) v širokém regulačním rozsahu



Jednoduchá ochrana proti přetížení



Snadný přenos energie i na velké vzdálenosti



Malá citlivost na přetížení



Libovolné uspořádání v prostoru



Malá setrvačnost systému, rychlé a přesné odezvy na řídící impulsy



Snadný odvod tepla pracovní kapalinou

Nevýhodou těchto mechanismů je: 

Nižší účinnost



Vysoké požadavky na přesnost geometrických tvarů součástí a na minimální vůle mezi vzájemně se pohybujícími částmi.



Velká citlivost na nečistoty v systému



Závislost na reologických vlastnostech kapaliny



Požadavky na biologickou odbouratelnost kapalin u některých systémů

Základním zdrojem tlakové energie je hydrogenerátor, který je poháněn vnější silou. Tato energie je následně rozváděna, za pomoci různých hydraulických prvků, do

8

požadovaných hydraulických okruhů k hydromotorům, spotřebičům tlakové energie. Blokové schéma na obrázku (Obr. 1.1) ukazuje vznik tlakové energie a její přenos.

Obr. 1.1 Blokové schéma hydraulického systému [17]

Hydraulické mechanismy se v poslední době rozšířily do většiny strojírenských oborů a v mnohých případech zcela změnily charakter a funkční působení strojů. Tento prudký rozvoj hydrauliky je velmi úzce spjat s rozvojem elektrických a elektronických prvků, které slouží k řízení funkcí stroje, zatímco hydraulika pracovní funkce zajišťuje. Tato elektrohydraulická kombinace velmi zjednodušuje řízení a ovládání strojů, zvyšuje ekonomiku jejich provozu, vytváří ochranu strojních částí proti dynamickému přetěžování, dává možnost umístit náhony v těžko přístupných místech, zjednodušuje konstrukci stroje a zmenšuje jeho hmotnost. [1] Teorie přenosu energie Jednou z nejdůležitějších veličin hydraulického obvodu je tlak. V hydraulice rozeznáváme dva druhy tlaků. Jednak tlak způsobený vnějšími silami (Obr. 1.2) - tento tlak je definován jako síla působící na jednotku plochy (Pascalův zákon):

(1)

F

Síla [N]

S

Plocha [m2]

9

Obr. 1.2 Princip funkce [17]

A jednak tlak způsobený hmotností kapaliny. Tento závisí na velikosti sloupce konkrétní kapaliny, její měrné hmotnosti a gravitačním zrychlením – hydrostatický tlak.

[Pa]

h

Výška [m]

ρ

Měrná hmotnost [kg.m-3]

g

Gravitační zrychlení [m.s-2]

(2)

Hydrostatický tlak by měl být přičten k tlaku způsobenému vnější silou, ale vzhledem k tlakům, se kterými v těchto obvodech pracujeme, se zanedbává. Dalšími charakteristickými veličinami jsou:

V

Objem [m³]

Q

Objemový průtok [m3.s-1]

Mk

Točivý moment [Nm]

10

2 CÍL PRÁCE V teoretické části analyzovat současný stav vybraných hydraulických prvků. Zaměřit se na hydrostatické převodníky. Dále na řídící a regulační prvky, konkrétně rozvaděče, pojistné ventily, škrtící ventily a redukční ventily. V praktické části popsat metodiku měření zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením. U vybraných hydrogenerátorů provést měření výstupních parametrů. Jednotlivá měření zpracovat do tabulek a graficky vyhodnotit. Na závěr provést technicko – ekonomické hodnocení.

11

3 HYDROSTATICKÉ PŘEVODNÍKY Hydrostatické převodníky jsou hydraulické prvky, sloužící k převodu mechanické energie na tlakovou energii nebo k převodu tlakové energie sloupce kapaliny na mechanickou energii. Z hlediska přenosu energie jsou hydrostatické převodníky vstupními a výstupními prvky hydraulických mechanismů. [1] Tyto převodníky pracují s přímou přeměnou energie a patří sem hydrogenerátory: 

Lamelové



Zubové



Pístové

a hydromotory, které dělíme do dvou základních skupin: 

Rotační



Přímočaré

Významným určujícím parametrem každého hydrogenerátoru a hydromotoru je jeho geometrický objem Vg, jehož hlavní jednotkou je [m3], v praxi se však častěji používají [cm3]. Jedná se o objem, který je vytlačen převodníkem na jednu jeho otáčku – platí pro rotační hydrogenerátory a motory. U přímočarých motorů se jedná o objem na jedné straně válce. Poţadavky na převodníky jsou: 

Malé rozměry a hmotnost



Tichý chod



Malá hlučnost



Vysoká životnost



Vysoký výkon



Rovnoměrný průtok

12

3.1 Hydrogenerátory Hydrogenerátor, jenž je poháněn od vnějšího zdroje (elektromotor, spalovací motor, vývodový hřídel), mění mechanickou energii, na tlakovou energii.

3.1.1 Hydrogenerátory s vnějším ozubením Zubové hydrogenerátory jsou neregulační, konstrukčně poměrně jednoduché, levné a provozně spolehlivé. Obvykle nevyžadují plnění a v sání snesou i mírný podtlak. Zubový hydrogenerátor tvoří dvojice spoluzabírajících ozubených kol nebo vřeten, uložených otočně v příslušných vybráních tělesa hydrogenerátoru. Každé ozubené kolo je pevně spojeno s hřídelí, z nichž jedna hřídel je hnací a druhá hnaná. Hnací hřídel může být přímo napojena na elektromotor nebo turbínu. Obě ozubená kola s hřídelemi jsou uložena v kluzných ložiskách v tělese čerpadla s minimálními radiálními a axiálními vůlemi.[1,4]

Obr. 3.1 Zubový hydrogenerátor s vnějším ozubením [7]

13

Zubové hydrogenerátory (Obr. 3.1), patří mezi nejprodávanější hydrostatické převodníky s rotačním pohybem pracovního prvku. Lze je použít pro pracovní tlaky do 25 30 MPa a pro poměrně velké průtoky až 400 dm3.min-1. Jejich použití je široké, lze je použít všude, kde se nepožaduje regulace objemu a tichý chod čerpadla. Princip funkce je jednoduchý (Obr. 3.2). V místě, kde ozubená kola vycházejí ze záběru, se zvětšuje objem zubových mezer, dochází k sání kapaliny z nádrže a ta je přepravována v zubové mezeře po stěně čerpadla až do místa, kde jdou kola opět do záběru. V tomto okamžiku dojde ke zmenšení objemu zubových mezer a kapalina je vytlačována z generátoru dále do hydraulického obvodu, jak je patrné z obrázku (Obr. 3.2). Aby nedošlo k propojení sacího a výtlačného prostoru, musí být kola ve stálém záběru. Geometrický objem závisí na počtu zubů, modulu ozubení, průměru hlavové a roztečné kružnice a šířce ozubení, jak je patrné z uvedeného vzorce (3). Průtoková účinnost hydrogenerátorů se pohybuje v rozmezí 0,85 – 0,95. [2,9] Geometrický objem Vg určíme na základě vztahu: [m3]

D

Průměr roztečné kružnice [m]

m

Modul ozubení [m]

b

Šířka ozubení [m]

(3)

[m]

D

Průměr hlavové kružnice [m]

z

Počet zubů

(4)

Obr. 3.2 Zubový hydrogenerátor – princip činnosti (zdroj: www.cs.wikipedia.org) 14

Na ozubená kola v tělese působí, kromě sil od točivého momentu, hlavně síly hydraulické, způsobené tlakovým nevyvážením kol. V sacím prostoru je obyčejně malý podtlak, ve výstupním prostoru je veliký přetlak. Tento rozdíl tlaků působí nepříznivě na ložiska a životnost hydrogenerátoru. Taktéž dochází ke zvětšování vůlí na obvodě kol a na čelních plochách a tím k rychlému poklesu účinnosti. Aby se zabránilo těmto jevům, je nutno provést na sací i výtlakové straně hydraulické vyvážení. V tělese hydrogenerátoru jsou vytvořeny pomocné prostory, položené vždy proti sacímu a výtlačnému prostoru a spojené kanálky. Tím se v blízkosti sání působení tlaku zvětší a blíže výtlaku naopak zmenší, takže kola jsou přibližně radiálně vyvážena. Jiný způsob radiálního vyvážení se řeší tím, že protilehlé zubové mezery se navzájem propojí kanálky. U těchto generátorů je taktéž důležité axiální těsnění. V axiálním směru těsní přímo čelní stěny ozubených kol buď těsnícím kroužkem nebo zapouzdřením ložiskových čepů ozubených kol. Pro tlaky nad 10 MPa jsou zubové hydrogenerátory konstruovány s automatickým nastavením axiálních a radiálních vůlí. Tohoto řízení je dosaženo pomocí upravených ložiskových pouzder (Obr. 3.3), takzvaným brýlovým provedením. [1]

Obr. 3.3 Loţiskové pouzdro zubového hydrogenerátoru [3]

Pomocí zářezů A a B je dosahována pružnost ložiskových pouzder. Kanálky 1, 2 a 3 slouží k vymezení radiální vůle. Kanálek 4 pak k vymezení axiální vůle. Tlaková opěrka 5 přitlačuje ložiskové pouzdro na těleso stroje a řídí radiální vůli. Opěrka 6 působí proti výslednici radiálních sil působící z pracovního prostoru na čepy ozubených kol a pomocí tlakové zátky 7 se dosahuje utěsnění ložiskového pouzdra. [3] 15

Hlavní výhodou tohoto hydrogenerátoru je cena, která je odvozena od poměrně jednoduché konstrukce. Mazání funkčních částí je zajištěno přímo použitou pracovní látkou. Hydrogenerátor vykazuje poměrně dobré samonasávací schopnosti a díky hydraulickému vyvážení dosahuje také dobré objemové účinnosti. Mezi nevýhody těchto pracovních strojů řadíme velkou hlučnost (tuto lze částečně ovlivnit vhodnou volbou konstrukce ozubení). Jejich dalším výrazným nedostatkem je nemožnost regulace průtoku během provozu.

Obr. 3.4 Velikostní řady zubových hydrogenerátorů se standardní evropskou přírubou zleva: hydrogenerátor velikosti 1, hydrogenerátor velikosti 2, hydrogenerátor velikosti 3 (vlastní zdroj)

3.1.2 Hydrogenerátory s vnitřním ozubením Tento typ strojů, které jsou technologicky náročné na výrobu, má ve svém výrobním programu jenom několik firem na světě. Mezi přední výrobce se řadí: Bosch Rexroth, Bucher a Voith.

Obr. 3.5 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením [7]

16

Zubové hydrogenerátory s vnitřním ozubením (Obr. 3.5 a 3.6) jsou principiálně podobné jako hydrogenerátory s vnějším ozubením. Lze je však díky jejich konstrukci používat pro vyšší tlaky. U standardních olejů až 35 MPa, kterých dosahují několikastupňovým zvýšením tlaku. Také mají oproti hydrogenerátorům s vnějším ozubením výrazně delší životnost. Nezanedbatelnou výhodou je tišší chod a objemová účinnost, která dosahuje až 98%. [7,8]

Obr. 3.6 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením (vlastní zdroj)

Technologická náročnost a dlouhá životnost těchto strojů se projevuje i na jejich ceně. Jsou mnohonásobně dražší než běžné hydrogenerátory s vnějším ozubením.

Obr. 3.7 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením [8] 17

Funkce tohoto hydrogenerátoru (Obr. 3.7) je obdobná jako u hydrogenerátorů s vnějším ozubením. Skládá se z kola s vnitřním ozubením 2, které je otočně uloženo v tělese 1, z pastorku 3 s vnějším ozubením. Kola 2 a 3 zabírají spolu. Pevná vložka 6 bývá nejčastěji součástí tělesa hydrogenerátoru, vyplňuje mezeru ve tvaru srpu mezi vnějším povrchem pastorku a vnitřním obvodem ozubeného kola s vnitřním ozubením. Tato vložka odděluje sací prostor od tlakového. K nasávání kapaliny dochází, při naznačeném směru otáčení, v prostoru S, kde zuby pastorku vychází ze záběru. Kapalina proudí po obvodu obou ozubených kol a k jejímu výtlaku dochází v prostoru P, kde obě kola jdou spolu opět do záběru. Radiální vůle jsou eliminovány přitlačováním pastorku k ozubenému kolu. Axiální vůle pak vymezuje pouzdro v záběrové oblasti ozubení. [5,9] Zubové hydrogenerátory obecně bývají nejčastěji konstruovány s uložením v kluzných ložiscích. Díky své konstrukční jednoduchosti a vysoké pevnosti funkčních prvků, nejsou tak náročné na čistotu kapaliny a dobře snášejí i rázová zatížení. Mají také příznivý poměr hmotnosti k dosahovanému výkonu 0,3 – 1 kg/kW. Celková účinnost se pohybuje, dle velikosti generátoru, v rozmezí 0,8 - 0,9. [1]

3.1.3 Lamelové hydrogenerátory Lamelové hydrogenerátory jsou typem hydrostatických strojů s rotačním pohybem pracovního prvku. Jejich významnou vlastností je malá hmotnost připadající na jednotku výkonu. V porovnání s pístovými hydrogenerátory mají podstatně jednodušší konstrukci, jsou tedy výrobně levnější, oproti zubovým hydrogenerátorům pak poskytují rovnoměrnější průtok. Hlavními částmi lamelového hydrogenerátoru jsou stator, rotor a lamely. Lamely bývají umístěny buď v drážkách rotoru nebo statoru a mají jak pracovní, tak těsnící funkci. Konstrukčně, podle namáhání ložisek, je rozlišujeme na hydrogenerátory s kruhovým statorem - tlakově vyvážené, nebo s oválným statorem - tlakově nevyvážené. U tlakově nevyvážených generátorů zatěžuje rotor spolu s lamelami na polovině obvodu plný tlak. Vznikají tam velké síly, které namáhají ložiska i lamely. Tyto stroje můžou pracovat pouze s nízkými tlaky. Další rozdělení může být na regulační a neregulační. [1,2,9] Geometrický objem tohoto typu hydrogenerátoru je dán velikostí komory, která je ohraničená lamelami. Tyto jsou rovnoměrně rozmístěné po obvodu.

18

Geometrický objem určíme ze vztahu: [m3]

b,s

Šířka a tloušťka lamely [m]

D

Průměr statoru [m]

e

Excentricita [m]

z

Počet lamel

(5)

Obr. 3.8 Lamelový hydrogenerátor: 1 – těleso, 2 – víko, 3 – rotor, 4 – lamely, 5 – statorový kroužek, 6 – pružina, 7 – regulační šroub, 8 – řídící deska, 9 – seřizovací šroub, 10 – komory [8]

Při otáčení rotoru dochází k vysouvání a zasouvání lamel, které kloužou po obvodu. Tímto se mění velikost pracovního prostoru mezi jednotlivými lamelami a dochází k nasávání a výtlaku kapaliny. Když je komora zcela zaplněna kapalinou na maximální možný objem, dojde k oddělení od sání. Dalším otáčením rotoru a vlivem excentricity dojde ke zmenšení pracovního prostoru a tím k navýšení tlaku v komoře. Při dalším otáčení rotoru dochází k výtlaku kapaliny do tlakové části hydraulického obvodu. Statorový kroužek je v základní poloze držen silou pružiny tlakového regulátoru, předepnutou podle požadovaného tlaku. S narůstajícím odporem se zvětšuje tlak kapaliny ve výtlačném prostoru. Tlak kapaliny na vnitřní stranu statorového kroužku vytváří sílu, která působí proti síle pružiny. Při vyrovnání těchto sil se kroužek začne přesouvat směrem k ose rotoru. Zmenšením excentricity dochází ke zmenšení průtoku na hodnotu okamžité spotřeby. Po

19

dosažení tlaku nastavenému na regulátoru se statorový kroužek přesune do polohy, ve které je výstupní průtok nulový. [1,8] Velkou předností lamelových hydrogenerátorů je jejich tišší chod, ve srovnání se zubovými hydrogenerátory. Další nespornou výhodou je rovnoměrnější průtok, který je tím lepší, čím větší je počet lamel. Pro správnou funkci čerpadla je potřeba zajistit trvalý styk lamel se stěnou statoru. To lze několika způsoby. Ten nejjednodušší, který je však použitelný pouze pro malý zdvih, je vysouvání lamel pomocí pružiny. Zde závisí přítlačná síla na velikosti zdvihu. Další, efektivnější konstrukční úprava lamel, je pomocí částečného vyvážení sil. To je realizováno pomocí kanálku, který je vyvrtán v lamele. Tímto kanálkem se přivádí kapalina do žlábku v horní části lamely. Přítlačná síla je pak dána součinem výstupního tlaku a rozdílem ploch pod a nad lamelami (Obr. 3.9).[5]

Obr. 3.9 Lamely [1]

Mezi důvody, které vedou k omezenému použití těchto hydrogenerátotů v provozu, jsou zejména omezené otáčky, které jsou dány maximální možnou rychlostí po kluzné dráze statoru – 7 m.s-1. Proti těmto strojům hovoří i fakt, že jejich cena je ve srovnání se zubovými hydrogenerátory s vnějším ozubením, jímž jsou principielně podobná, výrazně vyšší. Používají se tedy především tam, kde jsou velké požadavky na nízkou pulzaci tlakové kapaliny, možnosti regulace průtoku a především tichý chod. [5]

20

3.1.4 Pístové hydrogenerátory Pístové hydrogenerátory jsou nejrozšířenějším druhem generátorů v oblasti, kde se vyžaduje velká průtoková účinnost a vysoký pracovní tlak. Základní součástí těchto strojů je píst konající ve válci přímočarý vratný pohyb.[1,9] Dělíme je na regulační a neregulační. Dále podle prostorového uspořádání pístů na: 

Axiální



Radiální



Řadové

3.1.4.1 Axiální pístové hydrogenerátory Patří mezi nejrozšířenější typy hydrogenerátorů v současných hydraulických mechanismech. V porovnání s výkonově srovnatelnými radiálními hydrogenerátory mají menší rozměry, tedy i menší jednotkovou hmotnost a mohou pracovat s vyššími otáčkami. Vyznačují se dobrou průtokovou i celkovou účinností. Rovnoměrnost průtoku a jeho pulzace je dána počtem pístů a je lepší při lichém počtu pístů, než při nejbližším vyšším sudém. Osy pístů jsou rozložené na válcové ploše, tedy rovnoměrně s osou bloku válců. Čerpaným mediem je olej, který slouží zároveň i k mazání pohyblivých částí. [1,9] Dle konstrukčního provedení je dělíme na: 

Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněným blokem válců



Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněnou deskou

První typ lze konstruovat jako regulační i neregulační, druhý typ je zpravidla pouze regulační. U prvního typu je zajištěno samonasávání nuceným pohybem pístů u druhé varianty je však třeba zajistit trvalé doplňování kapaliny z pomocného zdroje. [1]

21

3.1.4.1.1 Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněným blokem válců Tyto hydrogenerátory s nakloněným blokem válců (Obr. 3.10) jsou konstruovány pro geometrické objemy 20 – 4000 cm3 a tlaky až 35 MPa. Osa hřídele je různoběžná s osou bloků válců a úhel β jimi sevřený určuje zdvih pístu. Maximální velikost tohoto úhlu bývá 25 ° - 45 °. Rozvod kapaliny je řešen pomocí rozvodného kotouče se dvěma vybráními ledvinovitého typu. Jedno je spojeno se sací větví, druhé s výtlačnou větví. [1,11] Geometrický objem těchto hydrogenerátorů je dán vztahem: [m3]

(6)

(7)

S

Plocha pístu [m2]

z

Počet pístů

h

Zdvih pístů [m]

Dt

Roztečný průměr kloubů ojnic na náhonu [m]

Obr. 3.10 Axiální hydrogenerátor s nakloněným blokem válců [1]

22

3.1.4.1.2 Axiální pístový hydrogenerátor s nakloněnou deskou Hydrogenerátory s nakloněnou deskou (Obr. 3.11) jsou konstruovány pro tlaky až 42 MPa a obdobné průtoky jako výše uvedené čerpadla s nakloněným blokem. Hřídel a blok válce se nacházejí na jedné ose a otáčejí se společně. Písty se opírají o nakloněnou desku a jejich kontakt je realizován buď přímo nebo pomocí klouzátek. Zdvih je dán, stejně jako u předešlého typu, sklonem desky, jejíž úhel je 18 ° – 20 °. Tyto převodníky se používají nejčastěji v uzavřených obvodech. [1,5] Geometrický objem je tady dán vztahem: [m3]

(8)

(9)

S

Plocha pístu [m2]

z

Počet pístů

h

Zdvih pístů [m]

Dt

Roztečný průměr kloubů os pístů v bloku [m]

Obr. 3.11 Axiální hydrogenerátor s nakloněnou deskou [1]

23

3.1.4.2 Radiální pístové hydrogenerátory Písty tohoto hydrogenerátoru jsou uspořádány kolmo k ose otáčení hlavního hřídele nebo nakloněné o úhel větší než 45 °. V minulosti patřil k hojně používaným strojů díky tlakům, kterých byly schopny dosáhnout - až 60 MPa. V současné době se však u mobilních aplikací téměř nepoužívají. [1,14] Radiální hydrogenerátor na obrázku (Obr. 3.12) je konstruován jako generátor s písty vedenými statoru. U těchto typů je přívod a výtlak hydraulické kapaliny řízen ventilovým rozvodem. V první fázi cyklu dojde k propojení drážky s pístkem a dojde k nasátí kapaliny do pracovního prostoru. Ve druhé části cyklu dojde, vlivem excentricity, ke stlačení pístku a k vytlačení kapaliny, přes tlakový ventil dále do systému.

Obr. 3.12 Radiální hydrogenerátor PR4 s konstantním objemem: 1 – těleso, 2 – excentrická hřídel, 3 – tlaková jednotka hydrogenerátoru, 4 – sací ventil, 5 – tlakový ventil, 6 – píst, 7 – válec, 8 – pružina, 9 – kloub, 10 – pracovní prostor, 11 – radiální drážka, 12 – sací prostor [8]

24

Geometrický objem regulačního hydrogenerátoru je dán: [m3]

S

Plocha pístu [m2]

z

Počet pístů

e

Excentricita [m]

(10)

Požadovaná změna geometrického objemu je pak dána změnou excentricity, tedy posunutím statoru. [15]

3.2 Hydromotory Hydromotor je stroj, který převádí tlakovou energii zpět na mechanickou. Svou konstrukcí se prakticky neliší od objemových rotačních hydrogenerátorů. Proto také lze obvykle přeměnit hydrogenerátor na hydromotor a naopak. Takže hydrogenerátory zubové, lamelové, pístové axiální i radiální budou pracovat jako hydrostatický motor, jestliže bude do nich přiváděna tlaková kapalina. Kromě těchto hydrostatických motorů s rotačním pohybem, existují a v široké míře se používají hydrostatické motory s přímočarým pohybem,

tzv.

hydraulické

válce.

Základním

parametrem,

který

je

analogický

geometrickému objemu, je pracovní objem. Je to objem protečený motorem za jednu jeho celou otáčku. Tato veličina je určena geometrickými rozměry motoru. [16]

3.2.1 Hydromotory s rotačním pohybem Jejich hlavní předností je maximální možný regulační rozsah otáček a točivých momentů, malé rozměry a malá váha na jednotku výkonu, možnost trvalého pracovního režimu při otáčkách blízkých nule a bezpečnost ve výbušném prostředí. [10]

25

3.2.1.1 Zubové hydromotory Tyto hydromotory se používají převážně tam, kde se pracuje s vyššími otáčkami a jsou konstruované jako reverzační. Při nízkých otáčkách není vhodné je používat, protože jejich účinnost je velmi malá. Mohou dosahovat otáček až 100 s-1. Pracovní prostor je tvořen mezerou mezi zuby a převážně se používají pro méně náročné pohony s proměnným zatížením. [1] U motorů s vnějším ozubením je kapalina přiváděna na vstupní část motoru a díky tlakovému spádu mezi vstupem a výstupem se ozubená kola uvedou do pohybu. Speciální skupinou hydromotorů s vnitřním ozubením jsou motory orbitální (Obr. 3.13). Jejich hlavní výhodou je několikanásobné zvýšení geometrického objemu na jednu otáčku, které je odvislé od počtu vrcholů (Obr. 3.14). To znamená, že v našem případě tyto motory mohou, ve srovnání s výše uvedeným typem, přenášet až 7x větší moment při stejném tlakovém spádu. Záběr ozubených kol vytváří sedm oddělených pracovních komor, ze kterých jsou tři spojeny se vstupním prostorem a čtyři komory s výstupním prostorem. Pastorek má obvykle 6 zubů (z1) a kroužek má 7 vrcholů (z2). Během 1/7 otáčky hřídele vykoná střed pastorku dráhu 6/7 obvodu kruhu o průměru 2e přičemž se vytvoří 6 pracovních komor. Během jedné otáčky se postupně vytvoří celkem

n= z 1.z2 zubových

mezer. [1,10]

Obr. 3.13 Orbitální hydromotor (zdroj: www.brevinifluidpower.com)

26

Obr. 3.14 Pracovní komory orbitálního hydromotoru [6]

Orbitální motory se používají jako pomaloběžné točivé stroje, zejména pro mobilní aplikace. Primárním důvodem jejich použití je fakt, že je lze použít pro větší točivé momenty než motory s vnějším ozubením.

3.2.1.2 Axiální pístové hydromotory Používají se nejčastěji jako rychloběžné motory. Konstrukčně je lze rozdělit podobně jako hydrogenerátory. Jednak s nakloněným blokem a jednak s nakloněnou deskou. Varianta s nakloněným blokem válců má horší dynamické vlastnosti a je rozměrnější. Uplatnění nachází zejména u nástaveb mobilní techniky. Hydromotor s nakloněnou deskou má, díky třecím odporům mezi písty a blokem válců, nižší rozběhový moment. Jejich významné využití je zejména pro pojezd mobilní techniky. [1,12]

3.2.1.3 Radiální pístové hydromotory Radiální pístové hydromotory se používají v hydrostatice mnohem více než radiální hydrogenerátory. Jejich výhodou je dosažení velkého výstupního točivého momentu, až 10 000 Nm, při daném tlaku. Jsou konstruovány výhradně pro nízké až střední otáčky v rozsahu 1,2 – 360 min-1. [1,12] Dělíme je na dvě skupiny: 

S písty vedenými ve statoru



S písty vedenými v rotoru 27

Nejčastější použití radiálních pístových hydromotorů je u pohonů kol pojezdů mobilních strojů. Při velkých točivých momentech se tyto motory kombinují s planetovými převodovkami. [6]

3.2.2 Hydromotory s přímočarým pohybem pístu Jedná se v podstatě o jednopístové motory, někdy také označovány jako hydraulické válce, ve kterých se činný element pohybuje přímočarým vratným pohybem. Tyto typy patří, díky své konstrukci a technologii výroby, k nejrozšířenějším. Mezi další pozitiva lze zařadit malé rozměry, při kterých lze přenášet poměrně velké síly. Dále to jsou malá hmotnost a dobrá průtoková a tlaková účinnost. Konstrukce u těchto hydraulických strojů je velmi rozmanitá. Podle účelu a způsobu použití se volí odpovídající průměr a zdvih válce. Hydromotor se skládá z válce, pístu, pístnice a víka. [1,6,12]

Obr. 3.15 Přímočarý hydromotor [1]

Princip činnosti spočívá v tom, že pracovní kapalina s tlakem p působí ve válci na píst plochy S. Píst vyvozuje sílu F, přičemž se pohybuje z jedné krajní polohy do druhé rychlostí v. [12]

[N]

(11)

[m2]

(12)

S

Činná plocha pístu [m2]

p

Tlak kapaliny [Pa]

D

Vnější průměr pístu [m] 28

Rychlost pohybujícího pístu určíme ze vztahu:

[m.s-1]

(13)

po úpravě

[m.s-1]

(14)

S

Činná plocha pístu [m2]

D

Vnější průměr pístu [m]

Qv

Objemový průtok [m3.s-1]

Rozdělit je můžeme na jednočinné a dvojčinné. U jednočinných hydromotorů je tlaková kapalina přivedena pod píst. Vratný pohyb je vykonán působením vnějšího zatížení nebo pružiny. U dvojčinných pístnic jsou oba pohyby realizovány tlakovou kapalinou. V hydrostatických obvodech mobilní techniky se nejčastěji používají přímočaré motory dvojčinné s jednostrannou pístnicí. [1]

Obr. 3.16 Přehled typů přímočarých hydromotorů [1]

29

3.2.2.1 Těsnění Funkce hydraulického systému do značné míry závisí na tom, jak dobře jsou utěsněné funkční a tlakové prostory. U přímočarých hydromotorů je těsnění důležitou součástí jejich konstrukce. Těsnící prvky můžeme rozdělit na dvě základní skupiny: 

Statické těsnění



Dynamické těsnění

Statické těsnění slouží k utěsnění ploch u součástí, které se vzájemně nepohybují. Mezi nejznámější patří O-kroužky. Na toto těsnění jsou kladené mnohem menší požadavky než na pohybová těsnění.[6] Dynamické těsnění má za úkol utěsnit plochy, mezi kterými dochází ke vzájemnému pohybu. Důležitá je zde vysoká životnost a nízký svodový odpor a také snadná vyměnitelnost během provozu.[6]

Obr. 3.17 Přímočarý hydromotor – těsnění (zdroj: www.hydraulics.cz)

30

4 ŘÍDÍCÍ A REGULAČNÍ PRVKY Hydrostatické mechanismy jsou konstruované jako komplexní hydraulické obvody. Jejich součástí jsou nejen hydrogenerátory a hydromotory, ale také prvky sloužící pro regulaci a řízení průtoku. Jsou nezbytné pro správné fungování systému a můžeme je podle funkce rozdělit do několika kategorií: 

Prvky pro hrazení průtoku



Prvky pro řízení velikosti průtoku



Prvky pro řízení velikosti tlaku



Proporcionální hydraulické prvky

Z konstrukčního hlediska je můžeme rozdělit na modulové prvky, jejichž výhodou je poměrně snadná montáž i snadná zaměnitelnost s jinými výrobci a prvky do potrubí. Důležité je zvolit vhodný způsob ovládání konkrétního hydraulického systému. Lze je realizovat různými způsoby: 

Mechanické



Hydraulické



Pneumatické



Elektrické



Kombinované

Jedná se o nespojité řízení prvků, kdy se dosahuje pouze dvou hodnot; a to minimální a maximální. Jde o tzv. on – off ovládání a používá se všude, kde je žádoucí, aby prvky nabývaly pouze těchto dvou stavů. Naopak spojité ovládání se používá všude tam, kde je požadavek plynulého řízení odporů v celém rozsahu. Sem lze zařadit zejména proporcionální řízení. Nejčastěji se k ovládání používá elektrického signálu, případně v kombinaci s jiným uvedeným, který je spolehlivý a neklade další energetické a ekonomické nároky na systém. Jsou však aplikace, které neumožňují jeho použití, a tam se využívá dalších z výše uvedených způsobů.

31

4.1 Prvky pro hrazení průtoku Do této skupiny se řadí všechny prvky, které se používají pro hrazení průtoku nebo řízení jeho směru. Tedy všechny kohouty, uzavírací ventily, hydraulické zámky, rozvaděče a další. V této práci se budeme zabývat pouze hydraulickými rozvaděči.

4.1.1 Hydraulické rozvaděče Rozvaděče jsou prvky, které v hydraulickém obvodě umožňují měnit směr proudu kapaliny, popřípadě průtok úplně uzavřít. Používají se především pro řízení pohybu motorů a můžeme je rozdělit na dvě hlavní skupiny: 

Šoupátkové



Ventilové

U šoupátkových rozvaděčů se průtočný průřez a tím i odpor proti pohybu, mění přibližováním či vzdalováním funkčních hran šoupátka a tělesa. Díky tomuto rozlišujeme tři druhy překrytí hran a to pozitivní: kdy při přesouvání šoupátka z jedné polohy do druhé dochází ke krátkému uzavření přívodního kanálu P, negativní: kdy při přesouvání šoupátka dojde na krátký okamžik k propojení všech výstupních kanálů se vstupním P a nulové, které se nepoužívá příliš často. [11,12] Ventilové rozvaděče jsou charakterizovány tím, že změny průtočného průřezu je dosahováno přibližováním či vzdalováním dvou ploch. Vyznačují se dobrou těsností a používají se zejména pro hrazení velkých průtoků. Pro malé průtoky se používají sedlové ventily. [1] Tak jako jiné další prvky mají i rozvaděče svůj vlastní systém značení. Jako příklad je uvedeno značení třípolohového čtyřcestného rozvaděče 4/3, kdy číslice před lomítkem značí počet cest a číslice za lomítkem počet poloh. Rozlišujeme tak rozvaděče dvoupolohové, třípolohové a vícepolohové. V hydraulických schématech se používá většinou symbolické značení doplněné o číselný kód. Z hlediska použití je můžeme rozdělit na průmyslové rozvaděče a rozvaděče pro mobilní aplikace (skupinové), které lze dále rozdělit ještě na sekční a monoblokové. Rozdělení podle ovládání je patrné z obrázku (Obr. 4.1).

32

Obr. 4.1 Přehled typů ovládání u hydraulických rozvaděčů [1]

4.1.1.1 Průmyslové rozvaděče Vyrábí se v různých světlostech, z nichž nejčastěji se používají NG6 s připojovacím obrazcem CETOP 3 a NG10 s připojovacím obrazcem CETOP 5 (Obr. 4.2).

Obr. 4.2 Typy připojení modulových rozvaděčů (zdroj:www.hydrokit.com)

33

Osazují se jimi především hydraulické agregáty, které se používají pro pohon různých hydraulických zařízení např. hydraulický lis. Nelze k nim přímo připojit zdroj tlaku. Proto se připojují na bloky, které mohou být jednosekční nebo vícesekční. Nejčastěji se používá šoupátkový rozvaděč s elektromagnetickým ovládáním.

Obr. 4.3 Elektromagnetický modulový rozvaděč (zdroj: www.brevinifluidpower.com)

4.1.1.2 Skupinové rozvaděče Tyto rozvaděče jsou určené především pro mobilní aplikace, jako jsou stavební nebo zemědělské stroje. Jejich velkou výhodou jsou malé zástavbové rozměry a poměrně vysoká variabilita, zejména u sekčních rozvaděčů (Obr. 4.4), která je předurčuje k širokému použití nejen u mobilních zařízení.

Obr. 4.4 Sekční rozvaděč [7]

34

Konstrukční propojení jednotlivých sekcí ukazuje obrázek (Obr. 4.5).

Obr. 4.5 Propojení skupinových rozvaděčů [1]

Paralelní propojení sekcí umožňuje spotřebičům pracovat jak samostatně, tak současně. Tlaková kapalina je přivedena na každou z nich samostatně. Při tandemovém zapojení není možná současná činnost dvou spotřebičů. Vždy je upřednostněna první sekce a mají pouze společný kanál T. U sériového zapojení je průtok jednotlivými sekcemi stejně veliký a tím je dána i stejně velká rychlost spotřebičů. Tlakový účinek spotřebičů se sčítá.[1]

4.2 Prvky pro řízení velikosti průtoku Do téhle kategorie řadíme všechny prvky, kterými záměrně měníme odpor průtoku tekutiny a při vhodném zapojení i rychlost hydromotorů. Patří sem všechny druhy konstantních odporů, kam řadíme clony a trysky, dále to jsou prvky s proměnlivým odporem a mezi ně řadíme škrtící ventily v různých modifikacích. Všechny tyto prvky pracují na principu škrcení průtoku kapaliny, což má za následek maření tlakové energie v energii tepelnou a v konečném důsledku nežádoucí zvýšení teploty hydraulické kapaliny. [11,12]

4.2.1 Škrtící ventily Patří mezi regulační prvky, u nichž lze odpor proti pohybu spojitě měnit, a díky tomuto se velmi často používají pro řízení rychlosti pohybu hydromotorů. Nejdůležitějším požadavkem, který u nich hlavně sledujeme, je citlivost a stabilita řízení průtoku.

35

Z konstrukčního hlediska je můžeme rozdělit na: 

Šoupátkové



Jehlové



Štěrbinové

Podle způsobu škrcení 

Jednosměrné



Obousměrné

Obr. 4.6 Škrtící ventil [17]

U těchto ventilů se obvykle používají dvě charakteristiky. Tou používanější je závislost průtoku na tlakovém spádu, Q= f(∆p), (Obr. 4.7 a). Tou druhou, méně používanou, je závislost průtoku na regulačním parametru Q= f(α), kterým je velikost průtočné plochy (Obr. 4.7 b). [1]

36

Obr. 4.7 Charakteristika škrtících ventilů [1]

4.2.2 Škrtící ventily se stabilizací tlakového spádu Na běžném škrtícím ventilu je průtok ovlivňován tlakovým spádem na ventilu. Proto v aplikacích, kde je požadován konstantní pohyb motoru bez ohledu na velikost zátěže, je nutno zabezpečit konstantní tlakový spád. Toho lze dosáhnout spojením škrtícího a redukčního ventilu do série nebo paralelním zapojením tlakového ventilu. Princip stabilizace vychází z principu silové rovnováhy na šoupátku tlakové váhy. [1,11] Podle zapojení tlakového ventilu je můžeme rozdělit na: 

Dvoucestné škrtící ventily se stabilizací



Třícestné škrtící ventily se stabilizací

Dvoucestný škrtící ventil vznikne, jak bylo již výše zmíněno, sériovým spojením škrtícího ventilu a redukčního ventilu, který v podstatě funguje jako dvoucestná tlaková váha. Funkce ventilu je pak patrná ze schématu zapojení (Obr. 4.8). Je-li škrtící ventil zapojen na vstupu do hydraulického motoru, tlak p je na vstupu do škrtícího ventilu konstantní. Tlak p2 na výstupu ze škrtícího ventilu je úměrný zatížení hydromotoru. Při proměnlivém zatížení kolísá velikost tlaku p2, což vyvolává nerovnováhu sil na šoupátku tlakového ventilu. Šoupátko se posouvá ve směru převažující síly. Dojde ke změně velikosti odporu šoupátka a tím i velikost tlaku p1. Zvýšením průtočného průřezu dojde ke zvýšení tlaku p1. Tento proces trvá až do doby obnovení silové rovnováhy na šoupátku. Průtok škrtícím ventilem zůstane nezměněn a výstupní parametr motoru bude konstantní. [1,11]

37

Obr. 4.8 Schéma dvoucestného škrtícího ventilu se stabilizací tlakového spádu [1]

U třícestného škrtícího ventilu (Obr. 4.9) je rozdíl v konstrukci tlakové váhy. Pokud dojde, vlivem velké vnější zátěže, k úplnému zablokování hřídele hydromotoru, přesune se, vlivem silové nerovnováhy, šoupátko do polohy, ve které se otevře odlehčovací odpadní kanál, a průtok přepustí do odpadní větve. [1]

Obr. 4.9 Schéma třícestného škrtícího ventilu se stabilizací tlakového spádu [1]

4.3 Prvky pro řízení tlaku Prvky pro řízení tlaku jsou nezbytnou součástí každého hydraulického obvodu. Umožňují udržovat v systému nastavený tlak a chrání obvod před přetížením.[1] Můžeme je rozdělit na: 

Tlakové ventily



Redukční ventily

Mezi tlakové ventily patří pojistné ventily a přepouštěcí ventily, které jsou konstrukčně shodné. Mají však rozdílnou funkci v hydraulickém obvodu.

38

4.3.1 Pojistné a přepouštěcí ventily Úkolem pojistných ventilů je omezovat maximální hodnotu tlaku v systému. Je zapojen paralelně s hydrogenerátorem a je nastaven na hodnotu tlaku, která je o 10 – 15% vyšší než je provozní tlak v obvodu. Při běžné funkci v systému není v činnosti. K jeho otevření dojde až při překročení nastaveného tlaku. Důležité jsou pro něj dobrá těsnost a rychlost reakce na překročení nastaveného tlaku. [11]

Obr. 4.10 Pojistný ventil [17]

Přepouštěcí ventily udržují nastavený tlak na konstantní hodnotě a obvykle bývají nastavené na nižší hodnotu než pojistné ventily. Jsou v hydraulickém obvodu připojeny paralelně k hydrogenerátoru. Protéká jimi neustále určitý proud kapaliny. Velikost jejich odporu se mění samočinně v závislosti na změně vstupního tlaku. Pokud se tlak zvýší, odpor klesne a naopak. Vyžaduje se od nich rychlá změna velikosti průtočného průřezu v závislosti na změně vstupního tlaku a nezávislost vstupního tlaku na velikosti průtoku ventilem. [11,12]

4.3.2 Redukční ventily Redukční ventily (Obr. 4.11) se používají v hydraulickém obvodu, ve kterém potřebujeme více tlakových hladin. Jejich primárním úkolem je snížit tlak hlavního obvodu na nižší potřebný tlak. Tento pak udržují téměř nezávisle na průtoku a na vstupním tlaku. Tlak snižuje pomocí šoupátka, jehož funkční hrana otevírá a zavírá výstupní kanál, škrtí průtok. Na plochu šoupátka Sk působí od pružiny síla Fp, na druhou stranu šoupátka je přiveden tlak pred, který působí proti síle pružiny. Šoupátko se nastaví do polohy, ve které dojde k rovnováze sil a této poloze odpovídá určitá velikost průtočného průřezu, který je dán průměrem šoupátka a vzdáleností funkční hrany x od hrany tělesa ventilu. Jedná se

39

v podstatě o proměnný odpor, jehož změna probíhá a je závislá na velikosti výstupního tlaku. Při redukci se část tlakové energie maří v teplo.[1,11]

Obr. 4.11 Redukční ventil [1]

40

5 METODIKA MĚŘENÍ A VYHODNOCENÍ Cílem měření bylo stanovit Q – p charakteristiku vybraných, již použitých, zubových hydrogenerátorů a porovnat průtokovou účinnost s novým, nepoužitým, zubovým hydrogenerátorem. Dále dopočítat velikost průtokových ztrát. Výsledky zpracovat do tabulek a graficky vyhodnotit. Měření bylo provedeno ve zkušebních prostorách firmy HYDROCOM, spol. s.r.o. (Obr. 5.1).

Obr. 5.1 Diagnostické pracoviště

Jako zdroj vnější síly byl použit elektromotor o výkonu 5,5 kW (Tab. 5.3). Použitím matematického vztahu pro hydraulický výkon (15) a jeho úpravou (16) bylo možno dopočítat velikost maximálního tlaku, pmax =124,16 [bar], kterého lze dosáhnout v měřícím obvodu. Do vztahu (16) byly dosazeny hodnoty: Qmax = 24,4 [dm3.min-1], P = 5,5 [kW], ηc = 0,9 [1].

41

[kW]

(15)

po úpravě:

[bar]

(16)

P

Výkon [kW]

Qmax

Teoretický objemový průtok [dm3.min-1]

p

Tlak [bar]

612

Konstanta

ηQ

Průtoková účinnost zubového hydrogenerátoru

Obr. 5.2 Průtokoměr se zobrazovacím zařízením (vlastní zdroj)

Výstupní parametry hydrogenerátorů byly měřeny na průtokoměru RE 4 -75 (Obr. 5.2), který je kalibrován pro minerální oleje s viskozitou 30 mm2.s-1 (Obr. 5.3). Základní technické údaje jsou uvedené v tabulce (Tab. 5.1). Podrobnější specifikace je přílohou této práce.

42

Obr. 5.3 Q – p charakteristika průtokoměru kalibrovaném při kinematické viskozitě 30 mm2.s-1

Tab. 5.1 Průtokoměr RE 4 - 75

Název

Typ

Objemový průtok

Maximální tlak

Viskózní rozsah

[dm .min ]

[bar]

[mm .s ]

[%]

7,5 - 75

420

1 - 100

± 2,5

3

Průtokoměr

RE 4 - 75

-1

2 -1

Chyba měření

Maximální teplota média

Výrobce

120

HYDROTECHNIK

Výstupní hodnoty byly zobrazovány na zobrazovacím zařízení Multi System 5050 (Obr. 5.2). Základní technické údaje jsou uvedené v tabulce (Tab. 5.2) detailní popis je pak přílohou této práce. Další příslušenství měřícího okruhu je uvedeno v tabulce (5.3)

Tab. 5.2 Zobrazovací zařízení Multi System 5050 Název

Typ

Přesnost zobrazovacího zařízení

Výrobce

Multi System

5050

± 0,15 %

HYDROTECHNIK

43

Tab. 5.3 Přehled příslušenství měřícího okruhu Název

Výrobce / Dodavatel

Typ 1LE1001-1CB03-4JA4, 5,5/6,3kW, IMB35, 400/690V, 50Hz, n=1455 min-1

SIEMENS

AKA11FS200

MP FILTRI

FMM0504BAD + A10ANP01

MP FILTRI

Pojistný ventil

VMP30C3001, pmax 32MPa

BFP

Teploměr Nádrž s hydraulickým olejem

MY – 64

MASTECH

objem V=200 dm3

HYDROCOM

OHHM 46, ISO VG 46, ISO-L-HM 46, DIN 51 524 – HLP 46

MHI servis

Elektromotor Držák hydrogenerátoru se spojkou Tlakový filtr

Hydraulický olej

5.1 Měřené hydrogenerátory V hydraulickém

okruhu

byly

postupně

naměřeny

hodnoty

čtyř

zubových

hydrogenerátorů s vnějším ozubením (Obr. 5.4) vyrobené italskou firmou Vivoil s geometrickým objemem Vg = 16,8 cm3 (Tab. 5.4). Úplná identifikace hydrogenerátorů je charakterizována kódovým označením v katalogovém listu, který je přílohou této práce. Kódové označení všech měřených hydrogenerátorů je stejné: X2P5102ECBA.

Obr. 5.4 Měřené hydrogenerátory 1 – 4 (vlastní zdroj)

44

Tab. 5.4 Vybrané parametry měřených hydrogenerátorů

Typ Hydrogenertor č. 1 Hydrogenertor č. 2 Hydrogenertor č. 3 Hydrogenertor č. 4

XV2P/17 XV2P/17 XV2P/17 XV2P/17

Vg

nmax

nmin

pmax

doba provozu

[cm3]

[min-1]

[min-1]

[bar]

v letech

16,8 16,8 16,8 16,8

3500 3500 3500 3500

700 700 700 700

270 270 270 270

0 4 2 2

Maximální objemový průtok Qmax

je dán součinem geometrického objemu Vg

(Tab. 5.4) a otáček použitého elektromotoru n (Tab. 5.3 ). Po dosazení příslušných hodnot do vztahu

(17)

je výsledný maximální objemový průtok

měřených hydrogenerátorů

Qmax = 24,4 [dm3.min-1].

[dm3.min-1]

(17)

Vg

Geometrický objem hydrogenerátoru [cm3]

n

Otáčky elektromotoru [min-1]

Maximální objemový průtok lze také určit z katalogového listu výrobce (Obr. 5.5), kde je graficky znázorněna závislost objemového průtoku na otáčkách.

Obr. 5.5 Závislost objemového průtoku na otáčkách (zdroj: www.vivoil.com)

45

5.2 Postup měření Podle hydraulického schématu (Obr. 5.6) byl sestaven měřící okruh pro měření zubových hydrogenerátorů. Měření probíhalo ve zvoleném rozsahu 20 - 100 bar následujícím způsobem. Pomocí pojistného ventilu byl nastaven počáteční tlak v měřícím okruhu - 20 bar. K tomuto tlaku byla, do předem připravených tabulek, zaznamenána příslušná hodnota objemového průtoku a teplota. Následně byl pojistný ventil přestaven na hodnotu o 10 bar vyšší a opět byla zaznamenána příslušná hodnota objemového průtoku a teplota hydraulického oleje. Tímto způsobem se postupovalo až do nastavení hodnoty 100 bar na pojistném ventilu. Po dosažení této hodnoty byl pojistný ventil přestaven na počáteční tlak (20 bar) a měření se opakovalo znovu stejným způsobem. Takto byly naměřeny tři série dat, samostatně pro každý hydrogenerátor, a bylo tím získáno dostatečné množství dat pro vyhodnocení měřených hydrogenerátorů.

Obr. 5.6 Hydraulické schéma měřícího okruhu: 1) hydraulická nádrž, 2) elektromotor, 3) měřený hydrogenerátor, 4) tlakový filtr, 5) průtokoměr, 6) pojistný ventil

46

5.3 Metodika vyhodnocení měření Naměřené hodnoty byly zpracovány do tabulek a grafů pomocí programu Microsoft Office Excel 2007. Jako výchozí byly brány teoretické hodnoty uvedené v prvních řádcích tabulek a od těchto se odvíjely všechny další výpočty. Vzhledem k velmi malým rozdílům sérií jednotlivých měření byly hodnoty zpracované statisticky, pomocí aritmetického průměru. Skutečné naměřené hodnoty jsou pak přílohou této práce. Použité výpočty při zpracování: Průtokové ztráty [dm3.min-1]

(18)

Qz

Průtokové ztráty [dm3.min-1]

Qmax

Teoretický maximální průtok (v 1. řádku tabulky) [dm3.min-1]

Q sk

Skutečný průtok při hodnotách tlaku 20 -100 bar [dm3.min-1]

Průtoková účinnost

[%]

(19)

ηQ

Průtoková účinnost

Qmax

Teoretický maximální průtok (v 1. řádku tabulky) [dm3.min-1]

Q sk

Skutečný průtok při hodnotách tlaku 20 -100 bar [dm3.min-1]

Qz

Průtokové ztráty [dm3.min-1]

Aritmetický průměr ∑

(20)

M

Aritmetický průměr

n

Počet prvků v souboru

xi

Naměřené hodnoty proměnné x

47

5.4 Vyhodnocení Tab. 5.5 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 1 Hydrogenerátor č. 1 Tlak p

Objemový průtok Q

[bar]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

0,00

24,40

20,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10

20,00 30,07 40,00 50,37 60,00 70,03 80,10 90,03 100,00

23,91 23,82 23,71 23,61 23,50 23,39 23,27 23,14 23,01

26,33 26,33 26,67 27,00 27,00 27,67 28,00 29,00 29,00

č. měření

Teplota oleje t

Objemový průtok Q [dm3.min-1]

Q - p charakteristika Hydrogenerátor č. 1 24,60 24,40 Q= -0,012p + 24,25 R² = 0,975

24,20 24,00 23,80 23,60 23,40 23,20 23,00 22,80 0

20

40

60

80

Tlak p [bar]

Obr. 5.7 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 1

48

100

120

Tab. 5.6 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 1 Hydrogenerátor č. 1 Průtoková účinnost ηQ

Průtokové ztráty Qz

[%]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

100,00

0,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10

97,98 97,61 97,19 96,76 96,33 95,87 95,36 94,85 94,32

0,49 0,58 0,69 0,79 0,90 1,01 1,13 1,26 1,39

č. měření

Průtoková účinnost ηQ [%]

Průtoková účinnost Hydrogenerátor č. 1 101,00 100,00 99,00 98,00 97,00 96,00 95,00 94,00 93,00

ηQ = -0,051p + 99,41 R² = 0,975

0

20

40

60

80

Tlak p [bar]

Obr. 5.8 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 1

49

100

Průtokové ztráty Qz [dm3.min-1]

Průtokové ztráty Hydrogenerátor č.1 1,50 Q z= 0,012p + 0,142 R² = 0,975

1,00 0,50 0,00 0

20

40

60

80

100

120

Tlak p [bar]

Obr. 5.9 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 1

Tab. 5.7 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 2 Hydrogenerátor č. 2 Tlak p

Objemový průtok Q

[bar]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

0,00

24,40

20,00

2

20,00

18,85

43,33

3

30,00

17,24

43,33

4

40,00

15,81

43,33

5

50,00

14,62

43,33

6

60,00

13,54

43,33

7

70,00

12,11

43,33

8

80,10

10,89

44,00

9

90,00

9,57

44,33

10

100,07

8,18

44,33

č. měření

50

Teplota oleje t

Objemový průtok Q [dm3.min-1]

Q - p charakteristika Hydrogenerátor č. 2 23,50 21,50 Q = -0,148p + 22,54 R² = 0,971

19,50 17,50 15,50 13,50 11,50 9,50 7,50 0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.10 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 2

Tab. 5.8 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 2 Hydrogenerátor č. 2 Průtoková účinnost ηQ

Průtokové ztráty Qz

[%]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

100,00

0,00

2 3 4 5 6 7 8 9

77,25 70,66 64,80 59,93 55,51 49,62 44,62 39,23 33,54

1,61 3,04 4,23 5,31 6,74 7,96 9,28 10,67 18,85

č. měření

10

51

120

Průtoková účinnost ηQ [%]

Průtoková účinnost Hydrogenerátor č. 2 120,00 ηQ = -0,608p + 92,38 R² = 0,971

100,00 80,00

60,00 40,00 20,00 0,00 0

20

40

60

80

100

120

Tlak p [bar]

Průtokové ztráty Qz [dm3.min-1]

Obr. 5.11 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 2

Průtokové ztráty Hydrogenerátor č. 2 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 -2,00 0 -4,00

QZ= 0,157p - 1,716 R² = 0,865

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.12 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 2

52

120

Tab. 5.9 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 3 Hydrogenerátor č. 3 Tlak p

č. měření

Objemový průtok Q 3

Teplota oleje t

-1

[bar]

[dm .min ]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

0,00

24,40

20,00

2 3 4 5 6 7 8 9

19,97 30,03 40,07 50,03 60,00 70,07 80,07 90,10

24,00 23,83 23,64 23,49 23,31 23,11 22,92 22,72

34,67 35,00 35,33 35,67 35,67 36,00 36,33 36,67

10

100,10

22,54

37,00

Objemový průtok Q [dm3.min-1]

Q - p charakteristika Hydrogenerátor č. 3 24,60 24,40 24,20 24,00 23,80 23,60 23,40 23,20 23,00 22,80 22,60 22,40

Q = -0,018p + 24,39 R² = 0,999

0

20

40

60

80

Tlak p [bar]

Obr. 5.13 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 3

53

100

120

Tab. 5.10 Objemová účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 3 Hydrogenerátor č. 3 Průtoková účinnost ηQ

Průtokové ztráty Qz

[%]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

100,00

0,00

2 3 4 5 6 7 8 9 10

98,36 97,68 96,89 96,27 95,53 94,71 93,93 93,13 92,39

0,40 0,57 0,76 0,91 1,09 1,29 1,48 1,68 1,86

č. měření

Průtoková účinnost ηQ [%]

Průtoková účinnost Hydrogenerátor č. 3 102,00

100,00 ηQ= -0,075p + 99,95 R² = 0,999

98,00 96,00 94,00 92,00 0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.14 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 3

54

120

Průtokové ztráty Qz [dm3.min-1]

Průtokové ztráty Hydrogenerátor č.3 2,00 Q z= 0,018p + 0,010 R² = 0,999

1,50 1,00 0,50 0,00 0

20

40

60

80

100

120

Tlak p [bar]

Obr. 5.15 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 3

Tab. 5.11 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 4 Hydrogenerátor č. 4 Tlak p

Objemový průtok Q

[bar]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

0,00

24,40

20,00

2 3 4 5 6 7 8 9

20,03 30,07 40,10 50,03 60,00 70,00 80,03 90,07

24,08 23,87 23,64 23,41 23,18 22,93 22,60 22,22

40,33 40,33 40,33 40,33 40,67 41,00 41,33 41,33

10

100,03

21,71

41,67

č. měření

55

Teplota oleje t

Objemový průtok Q [dm3.min-1]

Q - p charakteristika Hydrogenerátor č. 4 24,80 24,40 Q = -0,026p + 24,61 R² = 0,970

24,00 23,60 23,20 22,80 22,40 22,00 21,60 21,20 0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.16 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 4

Tab. 5.12 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 4 Hydrogenerátor č. 4 Průtoková účinnost ηQ

Průtokové ztráty Qz

[%]

[dm3.min-1]

průměrné hodnoty

průměrné hodnoty

1

100,00

0,00

2 3 4 5 6 7 8 9

98,69 97,83 96,90 95,94 95,00 93,96 92,61 91,08

0,32 0,53 0,76 0,99 1,22 1,47 1,80 2,18

10

88,99

2,69

č. měření

56

120

Průtoková účinnost ηQ [%]

Průtoková účinnost Hydrogenerátor č. 4 102,00 100,00 98,00 96,00 94,00 92,00 90,00 88,00

ηQ = -0,107p + 100,8 R² = 0,970

0

20

40

60

80

100

120

Tlak p [bar]

Průtokové ztráty Qz [dm3.min-1]

Obr. 5.17 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 4

Průtokové ztráty Hydrogenerátor č.4 3,00 2,50 Qz = 0,026p - 0,217 R² = 0,970

2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 -0,50

0

20

40

60 Tlak p [bar]

80

100

Obr. 5.18 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 4

57

120

Objemový průtok Q [dm3.min-1]

Q - p charakteristika 30,00 29,00 28,00 27,00 26,00 25,00 24,00 23,00 22,00 21,00 20,00 19,00 18,00 17,00 16,00 15,00 14,00 13,00 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00

Hydrogenerátor č. 1 Hydrogenerátor č. 2 Hydrogenerátor č. 3 Hydrogenerátor č. 4

0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.19 Q – p charakteristika – porovnání hydrogenerátorů 58

120

Průtoková účinnost 110,00

100,00 90,00

Průtoková účinnost ηQ [%]

80,00 70,00 60,00

Hydrogenerátor č. 1 50,00

Hydrogenerátor č. 2 Hydrogenerátor č. 3

40,00

Hydrogenerátor č. 4 30,00 20,00 10,00 0,00 0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.20 Průtoková účinnost – porovnání hydrogenerátorů 59

120

Průtokové ztráty 20,00

Průtokové ztráty Qz [dm3.min-1]

18,00

16,00 14,00 12,00 Hydrogenerátor č.1

10,00

Hydrogenerátor č. 2 Hydrogenerátor č. 3

8,00

Hydrogenerátor č. 4 6,00 4,00 2,00 0,00 0

20

40

60

80

100

Tlak p [bar]

Obr. 5.21 Průtokové ztráty – porovnání hydrogenerátorů 60

120

5.5 Diskuze s výsledky Průměrné hodnoty naměřených a vypočtených hodnot výstupních parametrů hydrogenerátorů jsou uvedené v tabulkách (Tab. 5.5 - 5.12). Je potřeba zdůraznit, že podmínky měření umožnily dosáhnout pouze tlaku 100 bar na pojistném ventilu. Tento fakt je potřeba vzít v úvahu při jejich celkovém hodnocení. Jak je patrné z obrázku (Obr. 5.7), průběh závislosti objemového průtoku, na nastaveném tlaku nového hydrogenerátoru č. 1, je téměř lineární. Průtokové ztráty (Obr. 5.9) jsou při maximální nastavené hodnotě tlaku 100 bar menší než 1,5 [dm3.min-1]. Nejnižší hodnota průtokové účinnosti při tlaku 100 bar (Obr. 5.8) je u tohoto hydrogenerátoru 94,32 %. Křivka Q – p charakteristiky hydrogenerátoru č. 2 (Obr. 5.10) má výrazně strmější pokles než hydrogenerátoru č. 1. Průtokové ztráty (Obr. 5.12) u tohoto hydrogenerátoru dosahují více než 10 [dm3.min-1] při tlaku 100 bar a průtoková účinnost (Obr. 5.11) klesá téměř k 30% v závislosti na nastavené hodnotě tlaku. Výstupní hodnoty objemového průtoku hydrogenerátoru č. 3 jsou patrné z obrázku (Obr. 5.13). Průtokové ztráty (Obr. 5.15) se při tlaku 20 - 100 bar pohybují v rozmezí 0,40 – 1,86 [dm3.min-1]. Objemová účinnost (Obr. 5.14) nabývá v rozsahu tlaků 20 – 100 bar rozmezí 98,36 – 92,39 %. Průběh Q – p charakteristiky hydrogenerátoru č. 4 je znázorněn na obrázku (Obr. 5.16). Průtokové ztráty dosahují maximální hodnoty 2,69 [dm3.min-1] při nastavené hodnotě tlaku 100 bar a průtoková účinnost nabývá hodnot nižších než 90 %. Průtoková účinnost zubových hydrogenerátorů není žádná konstantní hodnota, je odvislá, mimo jiné, také od provozních podmínek hydrogenerátorů a stanovuje se jako průměrná hodnota dílčích průtokových účinností při různé zátěži. Dle vypočtených hodnot u nového hydrogenerátoru č. 1 a údajů uvedených v literatuře [1] by měla dosahovat hodnot vyšších než 90 %. V našem případě této a lepší hodnoty dosahují hydrogenerátory č. 1, č. 3 a č. 4 (Obr. 5. 20). Hydrogenerátor č. 2 dosahuje výrazně nižších hodnot této účinnosti. To je dáno velkými objemovými ztrátami Qz, které jsou výrazně vyšší než u zbylých hydrogenerátorů (Obr. 5.21). Vzhledem k velké lineární závislosti veličin měřených výstupních parametrů lze předpokládat, že při dalším zvětšování zátěže, simulované nastavením tlaku na pojistném ventilu, bude průtoková účinnost u všech měřených hydrogenerátorů dál lineárně klesat. 61

Z vnitřních ploch těles hydrogenerátorů č. 1, č. 2 a č. 3 je patrná velikost jejich opotřebení, která má významný vliv na objemovou účinnost. Na obrázku (Obr. 5.22a) je plocha

tělesa

hydrogenerátoru,

který nebyl

ještě

používán v provozu.

Tento

hydrogenerátor má nejmenší průsaky a tím také nejlepší objemovou účinnost. Naopak hydrogenerátor č. 2 je nadměrně opotřebován. Vnitřní plocha tělesa je výrazně poškozená a jak je patrné z obrázku (Obr. 5.22b), v tělese hydrogenerátoru je v prostoru sání zaseknutá část šroubu, která toto poškození způsobila. Důsledkem tohoto jsou velké objemové ztráty i při malém zatížení a tím pádem velmi malá objemová účinnost. Tento hydrogenerátor je neopravitelný a nelze ho již použít v žádné aplikaci.

a

b

) )

c

d

Obr. 5.22 Opotřebení tělesa hydrogenerátoru: a) hydrogenerátor č. 1, b) hydrogenerátor č. 2, c) hydrogenerátor č. 3, d) hydrogenerátor č. 4 (vlastní zdroj)

62

Skříň tělesa hydrogenerátoru č. 3 vykazuje známky běžného opotřebení, které odpovídá době provozování stroje. Z obrázku (Obr. 5.22c) není patrné žádné výraznější poškození a vzhledem k výše uvedenému ho lze bez problémů použít v některé z aplikací. Skříň tělesa hydrogenerátoru č. 4 je opotřebována běžným provozem, který odpovídá době používání stroje (Obr. 5.22d). Nicméně vzhledem k naměřeným a graficky znázorněným hodnotám lze odhadnout, že tento stroj je na hranici své životnosti. Zvýšením zátěže by pravděpodobně došlo k poklesu objemové účinnosti pod hodnoty tolerančního rozpětí, které je uvedeno v literatuře [1]. Pořizovací, respektive prodejní, cena zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením je ve srovnání s jinými hydrogenerátory velmi nízká. Konkrétně měřený typ XV2P/17, s kódovým označením X2P5102ECBA lze pořídit již od 2688 Kč (dle údajů firmy Hydrocom, s.r.o., v příloze). Proto pokud hydrogenerátor není již schopen dosáhnout požadovaných výstupních parametrů v konkrétní aplikaci, v našem případě se jedná o hydrogenerátor č. 2, je nutná jeho výměna za nový. Hydrogenerátory se neopravují, žádný z výrobců tuto službu nenabízí, protože náklady na jejich opravu by byly zcela jistě vyšší než jejich prodejní cena. Z ekonomického hlediska tak přichází v úvahu pouze jediný servisní úkon u těchto strojů; a to výměna poškozeného nebo nefunkčního těsnění. Tuto sadu těsnění lze pořídit od 447 Kč (dle údajů firmy Hydrocom, s.r.o., v příloze). Nejvíce se teoretickým hodnotám, dle předpokladu, blíží hydrogenerátor č. 1. a jeho parametry lze brát jako nejlepší možné. Porovnáním ostatních hydrogenerátoru č. 2, č. 3 a č. 4 jsme dostali přesnou představu o tom, které jsou vyhovující a lze je ještě použít, a které již nesplňují podmínky provozuschopnosti a je potřeba je vyřadit. Z výsledků je jasné, že hydrogenerátor č. 2 již není možné provozovat a je potřeba jej ihned vyměnit za nový. Hydrogenerátor č. 3 má charakteristiku podobnou jako hydrogenerátor č. 1, a pokud zohledníme dosavadní délku provozu, můžeme říci, že splňuje požadavky pro další použití. Hydrogenerátor č. 4 má charakteristiky taktéž podobné hydrogenerátoru č. 1, ale při zvětšování zátěže by téměř jistě nebyl schopen splňovat podmínky efektivního provozu.

63

6 ZÁVĚR Cílem diplomové práce bylo provést analýzu výstupních parametrů u zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením. Byly vybrány 4 hydrogenerátory XV2P/17 (s kódovým označením X2P5102ECBA), u kterých byla v hydraulickém okruhu, sestaveného podle hydraulického schématu, naměřena Q – p charakteristika. Tyto hodnoty byly zpracovány dle navržené metodiky. Hydrogenerátory byly postupně zatěžovány v rozsahu tlaků 20 – 100 bar a k nim byly zaznamenávány odpovídající hodnoty průtoku. Z těchto naměřených dat byly následně dopočítány průtokové ztráty Qz a průtoková účinnost ηQ. Z výsledků je patrné, že mezi parametry Q – p je lineární závislost. Nejlepší průtokové účinnosti dosahuje podle očekávání nový hydrogenerátor č. 1, při nastaveném tlaku 100 bar je její hodnota 94,32 %. Naopak nejhorší průtokovou účinnost má hydrogenerátor č. 2, u něj klesla při tlaku 100 bar na hodnotu 33,54 %. Hydrogenerátory č. 3 a č. 4 dosahují při tlaku 100 bar průtokové účinnosti 92,39 % a 88,99 % a lze konstatovat, že tyto hodnoty odpovídají technickému stavu těchto hydrogenerátorů. Pořizovací cena zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením je oproti jiným typům hydrogenerátorů relativně nízká. Při nutnosti jeho opravy se jako ekonomicky výhodným servisním úkonem nabízí pouze výměna poškozeného nebo nefunkčního těsnění. V případě rozsáhlejšího poškození je jednoznačně nejlepším řešením jeho výměna, protože náklady na opravu by byly vyšší než prodejní cena. Hlavními přednostmi zubových hydrogenerátorů s vnějším ozubením jsou příznivá cena, dobré provozní vlastnosti a velký rozsah použití. Dalším cílem diplomové práce bylo vypracovat současný stav vybraných hydraulických prvků. V současné době je na trhu nabídka velkého množství hydraulických komponentů od různých výrobců, které se liší především kvalitou zpracování a od toho je odvislá i jejich cena. Veliký význam pro hydraulické systémy má i fakt, že pro řízení a regulaci prvků lze využít elektrického signálu, což umožňuje řešit i velmi náročné aplikace.

.

64

7 POUŢITÉ ZDROJE [1] ŠKOPÁN, M.: Hydraulické pohony strojů. Sylabus VUT Brno, 2004. 166 s. [2] MELICHAR, J.: Hydraulické a pneumatické stroje. ČVUT Praha, 2009. 139 s. [3] BLÁHA, J.; BRADA, K.: Hydraulické stroje. PRAHA: SNTL, 1992. 747 s. [4] http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=28553 [5] http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=27927 [6] http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=52524 [7] http://www.bucherhydraulics.com [8] http://www.boschrexroth.com [9] SEMETKO, J.: Mobilné energetické prostředky. Bratislava: Príroda, 1985. 368 s. [10] VAĎURA,J.: Hydraulické a pneumatické mechanismy. Skriptum VUT Brno, 1987. 171 s. [11] PROKEŠ,J.;VOSTROVSKÝ,J.: Hydraulické a pneumatické mechanismy. PRAHA: SNTL, 1988. 276 s. [12] PACIGA,A.;IVANTYŠYN,J: Tekutinové mechanismy. PRAHA: SNTL, 1985. 288 s. [13] NECHLEBA,M; HUŠEK,J.: Hydraulické stroje. PRAHA: SNTL, 1966. 388 s. [14] http://www.spssol.cz/~vyuka/TRIDY/3.C/SPS/E-LEARNING.SPSSOL. CZ/HYDROMOTORY%20A%20HYDROGENER%C1TORY.pdf [15] http://www.zrrallyteam.cz/download/mechanismy.pdf [16] GRODA, B.;VÍTĚZ, T.: Mechanika tekutin I. Skriptum MENDELU Brno, 2009. [17] interní materiály firmy Hydrocom

65

8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1.1 Blokové schéma hydraulického systému ................................................................... 9 Obr. 1.2 Princip funkce .......................................................................................................... 10 Obr. 3.1 Zubový hydrogenerátor s vnějším ozubením .......................................................... 13 Obr. 3.2 Zubový hydrogenerátor – princip činnosti .............................................................. 14 Obr. 3.3 Ložiskové pouzdro zubového hydrogenerátoru ...................................................... 15 Obr. 3.4 Velikostní řady zubových hydrogenerátorů se standardní evropskou přírubou ...... 16 Obr. 3.5 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením ...................................................................... 16 Obr. 3.6 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením ...................................................................... 17 Obr. 3.7 Hydrogenerátor s vnitřním ozubením ...................................................................... 17 Obr. 3.8 Lamelový hydrogenerátor........................................................................................ 19 Obr. 3.9 Lamely ..................................................................................................................... 20 Obr. 3.10 Axiální hydrogenerátor s nakloněným blokem válců ............................................ 22 Obr. 3.11 Axiální hydrogenerátor s nakloněnou deskou ....................................................... 23 Obr. 3.12 Radiální hydrogenerátor PR4 s konstantním objemem: ........................................ 24 Obr. 3.13 Orbitální hydromotor ............................................................................................. 26 Obr. 3.14 Pracovní komory orbitálního hydromotoru .......................................................... 27 Obr. 3.15 Přímočarý hydromotor ........................................................................................... 28 Obr. 3.16 Přehled typů přímočarých hydromotorů ................................................................ 29 Obr. 3.17 Přímočarý hydromotor – těsnění .......................................................................... 30 Obr. 4.1 Přehled typů ovládání u hydraulických rozvaděčů .................................................. 33 Obr. 4.2 Typy připojení modulových rozvaděčů ................................................................... 33 Obr. 4.3 Elektromagnetický modulový rozvaděč .................................................................. 34 Obr. 4.4 Sekční rozvaděč ....................................................................................................... 34 Obr. 4.5 Propojení skupinových rozvaděčů ........................................................................... 35 Obr. 4.6 Škrtící ventil ............................................................................................................ 36 Obr. 4.7 Charakteristika škrtících ventilů .............................................................................. 37 Obr. 4.8 Schéma dvoucestného škrtícího ventilu se stabilizací tlakového spádu .................. 38 Obr. 4.9 Schéma třícestného škrtícího ventilu se stabilizací tlakového spádu ...................... 38 Obr. 4.10 Pojistný ventil ........................................................................................................ 39 Obr. 4.11 Redukční ventil ...................................................................................................... 40 Obr. 5.1 Diagnostické pracoviště ........................................................................................... 41 Obr. 5.2 Průtokoměr se zobrazovacím zařízením .................................................................. 42 66

Obr. 5.3 Q – p charakteristika průtokoměru kalibrovaném při kinematické viskozitě .......... 43 Obr. 5.4 Měřené hydrogenerátory 1 – 4................................................................................. 44 Obr. 5.5 Závislost objemového průtoku na otáčkách (zdroj: www.vivoil.com) ................... 45 Obr. 5.6 Hydraulické schéma měřícího okruhu: .................................................................... 46 Obr. 5.7 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 1 .............................................................. 48 Obr. 5.8 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 1 ................................................................ 49 Obr. 5.9 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 1 .................................................................... 50 Obr. 5.10 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 2 ............................................................ 51 Obr. 5.11 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 2 .............................................................. 52 Obr. 5.12 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 2 .................................................................. 52 Obr. 5.13 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 3 ............................................................ 53 Obr. 5.14 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 3 .............................................................. 54 Obr. 5.15 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 3 .................................................................. 55 Obr. 5.16 Q - p charakteristika hydrogenerátoru č. 4 ............................................................ 56 Obr. 5.17 Průtoková účinnost hydrogenerátoru č. 4 .............................................................. 57 Obr. 5.18 Průtokové ztráty hydrogenerátoru č. 4 .................................................................. 57 Obr. 5.19 Q – p charakteristika – porovnání hydrogenerátorů .............................................. 58 Obr. 5.20 Průtoková účinnost – porovnání hydrogenerátorů................................................. 59 Obr. 5.21 Průtokové ztráty – porovnání hydrogenerátorů ..................................................... 60 Obr. 5.22 Opotřebení tělesa hydrogenerátoru:....................................................................... 62

67

9 SEZNAM TABULEK Tab. 5.1 průtokoměr RE 4 - 75 ............................................................................................. 43 Tab. 5.2 Zobrazovací zařízení Multi System 5050 ................................................................ 43 Tab. 5.3 Přehled příslušenství měřícího okruhu .................................................................... 44 Tab. 5.4 Vybrané parametry měřených hydrogenerátorů ...................................................... 45 Tab. 5.5 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č.1 ................................................................. 48 Tab. 5.6 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 1 .................................................. 49 Tab. 5.7 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 2 ................................................................ 50 Tab. 5.8 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 2 ................................................... 51 Tab. 5.9 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 3 ................................................................ 53 Tab. 5.10 Objemová účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 3 ................................................. 54 Tab. 5.11 Naměřené hodnoty hydrogenerátoru č. 4 .............................................................. 55 Tab. 5.12 Průtoková účinnost a ztráty hydrogenerátoru č. 4 ................................................. 56

68

10 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 – Katalogový list hydrogenerátoru Příloha 2 - Katalogový list turbíny Příloha 3 – Naměřené hodnoty hydrogenerátorů Příloha 4 – Závislost viskozity na teplotě Příloha 5 – Katalogový list zobrazovacího zařízení Příloha 6 - Nabídka hydrogenerátorů

69