OBHAJOBA DISERTAČNÍ PRÁCE
Větvené mazací systémy a jejich proudové poměry – tribologicko-hydraulické aspekty PhD student: Ing. Antonín Dvořák Školitel: Doc. RNDr. Ing. Josef Nevrlý, CSc. Ústav konstruování VUT- BRNO Fakulta strojního inženýrství Technická 2, 616 69 BRNO Mobil: +420 604 762 776 E-mail:
[email protected]
1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
OBSAH PREZENTACE
- Současný stav problematiky - způsoby mazání (individuální mazání, centrální mazací systémy) - optimalizace dodávaného množství maziva do mazaného uzlu
- Cíl a úkol disertační práce - Důvody proč se zabývat tématy disertační práce - Experimentální měření - parametry plastických maziv - mazací přístroje - tlakové ztráty - progresivní centrální mazací obvod
- Matematické modelování pomocí programu DYNAST - Výsledky teoretické a experimentální analýzy - Závěr a zhodnocení disertační práce - Měření na progresivním centrálním mazacím systému v praxi a využití výsledků měření 1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
ZPŮSOBY A MOŽNOSTI MAZÁNÍ
•
individuální mazání • • • •
• •
mazání olejovou náplní ruční mazání olejem nebo plastickými mazivy mazání rozstřikováním oleje mazání samomaznými kluznými ložisky
mazání pracovní kapalinou centrální mazací systémy • jednopotrubní systém
1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
ZPŮSOBY A MOŽNOSTI MAZÁNÍ
•
dvoupotrubní systém
•
vícepotrubní systém
•
progresivní systém
•
speciální mazací systémy
(mazání řetězů, mazání ozubených kol, mazání jeřábových drah, mazání okolků kol, mazání olejovou mlhou)
1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
ZPŮSOBY A MOŽNOSTI MAZÁNÍ - PŘÍKLADY
Progresivní centrální mazací systémy jsou určeny hlavně pro tvářecí, obráběcí, textilní, balicí, transportní atd. stroje, mobilní zařízení (podvozky a technologické nástavby), části technologických komplexů (např. hutí, válcoven, elektráren, cementáren, chemiček, skláren, cukrovarů, pivovarů) atd.
V levo pohled na sudové čerpadlo - doplněním úpravy vzduchu lze použít vzduchem poháněné sudové čerpadlo. Toto provedení je vhodné u rozsáhlejších progresivních CMS, které využívá originálních obalů výrobce. V pravo je pohled na progresivní CMS mobilních strojů, pravděpodobně s mazacím přístrojem s pohonem elektromotorem na stejnosměrné napětí.
1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
Objem maziva v ložisku
OPTIMALIZACE DODÁVANÉHO MNOŽSTVÍ MAZIVA DO MAZANÉHO UZLU
Ruční mazání
horní hranice objemu maziva dolní hranice objemu maziva
Objem maziva v ložisku
Čas mazání
Automatické centrální mazání
dolní hranice objemu maziva
Čas mazání
1
horní hranice horní objemu hranice maziva optima
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
CÍL A ÚKOL DISERTAČNÍ PRÁCE
•
•
1
Cílem disertační práce je pro praxi přijatelný matematický popis stendu centrálního mazacího systému s progresivním rozdělovačem maziva, na kterém probíhalo měření v laboratoři a to tak, aby bylo možné predikovat provozní stavy pomocí simulace, což by významně přispělo k předcházení a řešení krizových situací při provozu systémů v praxi. Tento matematický model ověřit pomocí experimentu. Stěžejním úkolem by měla být však analýza hlavního prvku centrálních mazacích systémů – progresivního rozdělovače maziva. Dílčí úkoly disertační práce: – zjištění tlakové a průtokové charakteristiky použitých mazacích přístrojů – určení tlakové ztráty v kanálcích progresivního rozdělovače maziva, – zjištění závislosti odporu proti pohybu maziva na míře otevření přepouštěcího kanálku v progresivním rozdělovači maziva, – stanovení závislosti posunutí pístků na protitlaku v jednotlivých výstupech progresivního rozdělovače (na posuvu pístků je závislý objem dodaného maziva do mazaného uzlu), – simulace kinematiky a dynamiky progresivního rozdělovače maziva pomocí programu Dynast, – simulace tlakové ztráty ve vedení (potrubí) centrálních mazacích systémů pomocí programu Dynast, – simulace proudění plastického maziva pomocí programu Fluent (ve spolupráci s VŠB Ostrava), – sloučit do jednoho celku všechny jednotlivé simulované části centrálního mazacího obvodu tak, aby představovaly celý laboratorní systém centrálního mazání v dostatečné šíři pro použití při projekci obdobných dalších či jiných centrálních mazacích systémů s progresivním rozdělovačem a nejen s ním.
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
DŮVODY PROČ SE ZABÝVAT TÉMATY DISERTAČNÍ PRÁCE
•
•
• •
1
téma centrálních mazacích systémů nebylo nikde v žádné literatuře takto zeširoka analyzováno (zainteresované obory jako reologie – modely, maziva, měřicí přístroje; tribotechnika; hydrodynamika, výpočetní prostředky – Dynast, Fluent) snahou je optimalizovat mazací systémy tak, aby se dosáhlo zlepšení v životnosti, spolehlivosti, mechanické účinnosti a v neposlední řadě také ekologii a hygieně provozu - celkově tak, aby se snížily náklady na provoz k dosáhnutí zmíněného bylo nutné se věnovat široké oblasti při výrobě, použití a zpracování plastických maziv a dalšími aspekty souvisejícími s mazacími systémy pokud možno vše dát do jednoduchého a srozumitelného tvaru použitelného pro snadné a rychlé projektování centrálních mazacích systémů
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
EXPERIMENTÁLNÍ MĚŘENÍ
•
• • • •
před samotnými experimenty muselo být navrženo konstrukční a elektronické řešení experimentu, to vše za velice rychlého sledu událostí a při nevelkých finančních možnostech; rozsáhlost a náročnost zvoleného tématu je patrná z množství stanovených úkolů a minimálního množství dostupné literatury zabývající se těmito problémy experimentální měření probíhala hlavně v tribologické laboratoři Odboru fluidního inženýrství Victora Kaplana byly experimentálně zjišťovány hodnoty pro hlavní i dílčí úkoly disertační práce za různých teplot, pro různé konzistence byly zjišťovány hodnoty tlakové ztráty při různém průtoku pro potrubí a hadice různých průměrů, délek a materiálů měření bylo prováděno za pomocí měřicího programu ScopeWinu; celý měřicí systém se dále skládal z měřicího zesilovače, ke kterému se připojují snímače měřených fyzikálních veličin a osobního počítače; měřicí program zabezpečuje sběr dat, archivaci naměřených dat, jejich analýzu a případnou prezentaci.
1
2
3
4
5
6
7
8
9 … 30
ZÁVISLOST HUSTOTY PLASTICKÉHO MAZIVA MOGUL EKO-L1 NA TLAKU A TEPLOTĚ
Polynom
-8,6
ρ = 0,5771 . p + 908,56
-1,5
ρ = 0,632 . p + 907,9
0
ρ = 0,6141 . p + 907,81 911
0,9975
4,1
ρ = 0,6568 . p + 907,49 910
0,9991
6,4
ρ = 0,6245 . p + 907,12 909
0,9977
12,8
ρ = 0,6206 . p + 906,68 908
0,9941
Hustota (kg/m3)
Teplota T (°C)
Hodnota spolehlivosti R (1) 0,9969 Hustota (kg/m3)
ρ = 0,69 . p + 906,24
18
Hustota (kg/m3),T= - 8,6°C Hustota (kg/m3),T= - 1,5°C Hustota (kg/m3),T= 0°C Hustota (kg/m3),T= 4,1 °C Hustota (kg/m3),T= 6,4 °C
0,9949
Hustota (kg/m3),T= 12,8 °C
907
ρ = 0,7085 . p + 902,86
25
0,9937
Hustota (kg/m3),T=18 °C
0,9988
Hustota (kg/m3),T= 25°C
906
905
904
903 0
0,5
1
1,5
2 p (MPa)
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
2,5
3
3,5
4
REOLOGIE PLASTICKÝCH MAZIV
•
viskozita závisí na řadě parametrů - není konstantní
kde:
• ⎛ η = η ⎜ S , T , p, γ , t , u ⎞⎟ ⎠ složení měřené ⎝ fyzikálně-chemické S – parametr, charakterizující
látky T – parametr, charakterizující vliv teploty látky p – tlak •
γ
- rychlost smykové deformace
t – čas; tento parametr znamená, že viskozita závisí na “historii”, tzn. na tom, zda byla kapalina v klidu nebo pohybu, jak dlouho a jak intenzivně byla hnětena (tixotropie, reopexie) u – elektrické napětí; tento parametr znamená, že reologické chování některých látek závisí na působení elektrického pole • složení maziva: zpevňovadlo, základní olej, zušlechťovací přísady 10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
ZÁVISLOST SMYKOVÉHO NAPĚTÍ NA RYCHLOSTI SMYKOVÉ DEFORMACE
•
•
•
•
na požádání byly některé výsledky zaslány přímo od výrobce Korama Kolín bylo nutné se seznámit s programem RheoWin pro vyhodnocování měření plastických maziv stanovení parametrů plastického maziva potřebných pro matematickou simulaci z obrázku je zřetelně vidět tixotropie plastického maziva MOGUL EKO-L1
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
VZTAHY PRO MODELOVÁNÍ PROUDĚNÍ V POTRUBÍ – REOLOGICKÝ MODEL
• Herschell – Bulkley •n
τ max
τ = το + Κ ⋅ γ kde:
n - index toku K - součinitel konzistence (Pa.sn) τ0 - počáteční smykové napětí (Pa) • γ - rychlost smykové deformace (1/s) R – poloměr světlosti potrubí (m) • l - délka potrubí (m) Δp - tlaková ztráta (MPa) Q - průtok (m3/s)
Δp ⋅ R = 2l
γ ≈ d ekv
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
4⋅Q = 3 π ⋅R
SCHÉMA EXPERIMENTÁLNÍHO STENDU PRO MĚŘENÍ TLAKOVÝCH ZTRÁT
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
FUNKCE PROGRESIVNÍHO ROZDĚLOVAČE MAZIVA
• plastické mazivo dodávané HG • plastické mazivo oddělené pístky progresivního rozdělovače od tlakové větve • plastické mazivo vytlačované progresivním rozdělovačem
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
MĚŘICÍ A VYHODNOCOVACÍ ZAŘÍZENÍ
Měřicí osobní počítač, zdroj napětí a proudu pro snímače a měřicí zesilovač
Měřicí přípravek se snímačem pohybu a snímačem zrychlení 10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
MĚŘICÍ A VYHODNOCOVACÍ ZAŘÍZENÍ
Progresivní rozdělovač s instalovanými snímači tlaku a polohy
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
Δ
Δ
Δ
Δ
Δ
Hydraulické schéma progresivního rozdělovače se znázorněnými proměnnými odpory proti pohybu schématicky spřaženými s pístky
Δ
SCHÉMA ŘAZENÍ ODPORŮ V PROGRESIVNÍM ROOZDĚLOVAČI MAZIVA
10
11
12
13
14
15
16
17
18 … 30
MĚŘENÍ ODPORU PROTI POHYBU PRO TOK PLASTICKÉHO MAZIVA PŘES ZÁPICH NA PÍSTKU PROGRESIVNÍHO ROZDĚLOVAČE MAZIVA
Vstup maziva X
Měřená vzdálenost a z toho vypočítaná plocha otevření kanálku
Výstup maziva 19
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
GRAFICKÝ VÝSTUP Z PROGRAMU FLUENT
Rozložení tlaku při toku plastického maziva
Vektory rychlosti při toku plastického maziva 19
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
VÝSLEDKY VÝPOČTU PROGRAMU FLUENT, MĚŘENÍ A FOTO PŘÍPRAVKU PŘI MĚŘENÍ
Foto měřicího přípravku pro měření proměnného odporu proti pohybu při toku maziva přes zápich na pístku Tlaková ztráta v závislosti na střední rychlosti toku plastického maziva MOGUL EKO-L1 15111 až 15115 0,25
14111 až 14115 13111 až 13115 12111 až 12115 11111 až 11115
delta p (MPa)
0,2
11711 až 11715 12711 až 12715 14711 až 14715
0,15
15711 až 15715
0,1
0,05
0 0
19
20
21
22
23
24
25
26
0,1
27 … 30
0,2
0,3
v (mm/s)
0,4
0,5
0,6
MATEMATICKÝ MODEL PROGRESIVNÍHO ROZDĚLOVAČE MAZIVA - NÁHLED Integrační, derivační a algebraické členy
v1 =
dx1 dt
a1 =
tek1a = Rz = ξ ⋅
(Ft + m SP
2
Q ρ ∧ ( pistek = 2 2S
⎧ pistek1a ∧ ( x1 ⎪ pistek1b = ⎨ ⎪ pistek ∧ (x 1a 11 ⎩ 19
20
21
22
dv1 dt
23
QG ⎧ ∫ S P ⋅ dt ∧ (x11 < L ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ x11 = ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ QG − QG ∧ ( x33 < L ) ⋅ dt ∧ ( x33 ≥ L ) ∧ ( x11 < 2 ⋅ L ) ⎪⎩ ∫ Sp
⎧ ( p o 3b + Ro 3b + R po 3b + R z 3b + R3b + RM 3b ) ∧ (x333 = 0 ) ∧ ( x 222 = ⎪ p ∧ ( x = 0 ) ∧ ( x = 1) ∧ ( pistek = 1) 333 111 2b ⎪ o 3b ⎪ p o 3b ∧ (x111 = 1) ∧ ( x 222 = 1) ∧ ( pistek 3b = 1) ⎪ ⎪ ( p o 3a + Ro 3a + R po 3a + R z 3a + R3a + pistek1 + RM 3a ) ∧ ( x333 = p1a = ⎨ p + Ro1b + R po1b + R z1b + R1b + pistek 2 + R pn1a + Rs1a + ⎞ ⎪⎛⎜ o1b ⎟ ∧ (x ⎜ ⎟ ⎪⎝ + R1a + RM 1b ⎠ ⎪ ⎪⎛⎜ p o 2b + Ro 2b + R po 2b + R z 2b + R2b + pistek 3 + R pn 2 a + Rs 2 a ⎞⎟ ∧ (x ⎟ ⎪⎜ + R + RM 2 a 2 b ⎝ ⎠ ⎩ 24
25
26
27 … 30
GRAFICKÉ OKNO PROGRAMU DYNAST
Posuvy pístků a tlak uvnitř pracovních prostor progresivního rozdělovače
19
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
NAMĚŘENÉ ÚDAJE PROGRESIVNÍHO ROZDĚLOVAČE POMOCÍ PROGRAMU SCOPEWIN
Tlak uvnitř pracovních prostor a posuvy pístků progresivního rozdělovače
19
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
SROVNÁNÍ VÝSLEDKŮ EXPERIMENTŮ A MATEMATICKÝCH SIMULACÍ
posuv pístku 1 7
posuv [mm]
6 5 průběh posuvu pístku 1 SCOPEWIN
4 3
průběh posuvu pístku 1 DYNAST
2 1 0 -1 0
50
100 čas [s]
Průběhy tlaků p1b 5,0E+06
p [Pa]
4,0E+06 3,0E+06
p1b - SCOPEWIN
2,0E+06
p1b - DYNAST
1,0E+06 0,0E+00 0
50
100
150
200
250
čas [s]
19
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
150
200
ZÁVĚRY A ZHODNOCENÍ DISERTAČNÍ PRÁCE
•
• • • • •
19
byla zmapována aplikovatelnost daných matematických vztahů a modelů dle velikosti průtoku maziva hydraulickým vedením při předpokládaných možných nepřesnostech výpočtů – na to lze konstatovat, že výběr vztahů pro newtonské nebo nenewtonské kapaliny je zanedbatelný, pohybujeme-li se v určité ohraněné oblasti pQ charakteristiky daného prvku byly proměřeny a otestovány dva mazací přístroje, přičemž byla naznačena myšlenka použití plynule regulovatelného zdroje maziva byly naměřeny parametry několika typů plastických maziv byly nasimulovány a experimentálně změřeny tlakové ztráty v potrubí a kanálcích progresivního rozdělovače za různých provozních podmínek byl uskutečněn matematický model progresivního rozdělovače (ve třech etapách) a celého experimentálního stendu, jeho simulace a naladění a taktéž jeho experimentální ověření byly vyjmenovány podněty k dalšímu postupu, které by navazovali na tuto práci a přispěli k dalšímu rozvoji výzkumu tlakových a proudových poměrů v progresivních rozdělovačích
20
21
22
23
24
25
26
27 … 30
ZÁVĚRY A ZHODNOCENÍ DISERTAČNÍ PRÁCE
NÁHLED NA POLOVINU OTEVŘENÝCH DOLNÍCH VRAT LEVÉ PLAVEBNÍ KOMORY
POHLED NA UMÍSTĚNÍ MAZACÍHO PŘÍSTROJE A KONTROLNÍ KOSTKY
POHYBLIVÝ PŘÍVOD MAZIVA A KABELU BEZKONTAKTNÍHO SNÍMAČE KE VRATŮM
Tlaková ztráta v přívodním potrubí
Tlaková ztráta na výstupních potrubích z ZP-B do MM
Tlaková ztráta na výstupním 1 potrubí z ZP-B do MM
2
PROGRESIVNÍ ROZDĚLOVAČ ZP-B UVNITŘ VRAT S KONTROLOU BEZKONTAKTNÍM SNÍMAČEM
19
20
21
HORNÍ LOŽISKO VRAT SE DVĚMA PŘÍVODY MAZIVA
22
23
Tlaková ztráta na výstupech progresivního rozdělovače ZP-B
24
25
26
3
27 … 30
Měření tlakových ztrát na dolních vratech plavebních komor vodního díla Gabčíkovo V disertační práci je velké množství naměřených dat z experimentálních měření s velkou přesností. Toho se dá s výhodou použít v projekční praxi pro dnes čím dál častěji nasazované PLC - automatické systémy řízení. Statistické vyhodnocení dat lze použít pro samokontrolu CMS (např. prasklá hadice, netěsnost vedení, ucpané mazací místo, zhoršování stavu čerpacích jednotek, atd.)
ZÁVĚRY A ZHODNOCENÍ DISERTAČNÍ PRÁCE Statistické vyhodnocení měření z praktického nasazení progresivního centrálního mazacího systému na dolních vratech plavebních komor vodního díla Gabčíkovo kontrolní kostka pk (0,1MPa)
před ZP-B p0 (0,1MP a)
tlaková ztráta na přívodním potrubí Δp (0,1MPa)
1. výstup ze ZPB p1 (0,1MP a)
1
110
48
62
2
106
46
60
3
96
45
51
4
99
52
47
29
23
5
112
63
49
36
27
35
104,6
50,8
53,8
31,8
19
6,9
7,3
3,4
5,8
aritmetický průměr směrodatná výb.odchylka
n
sx = …
s n 23
=±
∑ (x i =1
i
50
Δ p (0,1 MPa)
počet měření
tlaková ztráta na progresivním rozdělači -výstup 2 Δp (0,1MPa)
3. výstup ze ZPB p3 (0,1MP a)
tlaková ztráta na progresivním rozdělači -výstup 3 Δp (0,1MPa)
25
23
9
39
30
16
36
10
Tlaková rozdělovači ZP-B 28 ztráta v progresivním 17 29 16-
34
11
- zapojená 34 mazací místa 18
39
13
28
42
21
30,6
20,2
32
18,8
4,0
5,2
13,2
40 6,8
tlaková ztráta na progresivním rozdělači -výstup 1 Δp (0,1MPa)
2. výstup ze ZPB p2 (0,1MP a)
34
14
32
14
30
výstup 2
20
− x10 )
výstup 3
2
n(n − 1)
= 0,59 N
0 0
1
2
3 číslo měření
24
25
26
27
28
12,1
výstup 1
29
30 31 30
4
5
6
ZÁVĚRY A ZHODNOCENÍ DISERTAČNÍ PRÁCE
NYNÍ
Trend automatických systémů centrálních mazacích systémů - praktické nasazení řídicího, ovládacího a kontrolního systému s možností dálkového zasílání povelů směrem k mazacímu obvodu nebo poruchových hlášení mazacího obvodu přes GSM do diagnostického centra – v praxi bylo již vyzkoušeno posílání základních poruchových hlášek.
…
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
VYBRANÉ VLASTNÍ PUBLIKACE NEBO SPOLUATORSTVÍ
[1] Dvořák, A.: Matematický model progresivního rozdělovače maziva, FSI junior konference 2002, ISDN 80-214-2290-4, Brno, 2002. [2]iDvořák, A.: Mazací systémy, pohyb šoupátek progresivního rozdělovače maziva, VI. medzinárodná vedecká a odborná konferencia Riadenie tekutinových systémov, Rájecké Teplice, Slovensko 7. 11. – 9. 11. 2001, s. 30 – 35. [3] Dvořák, A.: Obecné vlastnosti maziv I., FSI VÚT Brno, Hydraulika a pneumatika, Časopis pre hydrauliku, pneumatiku a automatizačnú techniku, 2002, roč. IV, č. 3, s. 10 – 17. [4] Dvořák, A.: Obecné vlastnosti maziv (III.), FSI VÚT Brno, Hydraulika a pneumatika, Časopis pre hydrauliku, pneumatiku a automatizačnú techniku, 2003, roč. V, č. 1, s. 17 – 19. [5] Dvořák, A.: Simulace tlakové ztráty toku plastického maziva vedením mazacích systémů – komparace měření a výpočtů, Hydraulika a pneumatika 2003, Medzinárodná vedecká konferencia, Častá – Píla, hotel HYDROSTAV, Slovensko, 5. – 6. jún 2003, s. 21 - 27. [6] Dvořák, A.: Tlakové ztráty při proudění plastického maziva vedením mazacích systémů, XXII. mezinárodní vědecká konference kateder a pracovišť mechaniky tekutin a termomechaniky, Sborník z mezinárodní vědecké konference, Liberec, Česká republika, Doubice – České Švýcarsko, 4. – 6. června 2003, s. 117 – 122. [7] Nevrlý, J., Dvořák, A.: Ekologická plastická maziva, Sborník přednášek Tribotechnika v teorii a praxi, Česká tribotechnická společnost, sekce tribotechnika Eduka Praha, Hotel Orlík, Vystrkov u Orlické přehrady, 22. – 23. října 2002. [8] Špondr, P., Dvořák, A.: Centrální mazací systémy v těžebním průmyslu, Konference Tribotechnika v provozních podmínkách a její význam pro údržbu strojů a zařízení - sborník přednášek, Hotel Hrubá Skála, 12. – 13. října 2004, vydala Ostrava, říjen 2004, s. 53 – 57, ISBN 80-248-0640-1.
…
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
