Blygóművek hő-teheíásának meghatázása Ph.D. dkt étekezés Budapest Műszak és Gazdaságtudmány Egyetem Gépészménök Ka Gép- és eméktevezés anszék Csán ttla Okleveles gépészménök Budapest
Ph.D. dkt étekezés atalmjegyzék Jelölésjegyzék.4 Bevezetés..5 Célktűzés.. 8 Idalm feldlgzás.....9. fgaskeekek vesztesége...9.. Fgaskeékpá fgazat hatásfka.... 9.. fgsúlódás tényező...... Csapágysúlódás veszteségek számítása 7.3 fgaskeekek lajkavaás vesztesége...8.4 Légkavaás kzta veszteségek lygóműveken..3.5 ömítéssúlódás teljesítményveszteség...3.6 hajtóművek melegedése..3.7 szakdalm ktka elemzése.......33 Fgsúlódás teljesítményveszteség...36. fgpflk között fellépő csúszás kzta súlódás teljesítményveszteségek számítása....36. fgazat hatásfk és az átlags fgsúlódás teljesítményveszteség lygóműveken...4 3 Csapágysúlódás veszteségek lygóműveken...4 3. gödülőcsapágyak súlódás veszteségenek jelentősége 4 3. gödülőcsapágy kválasztása a csapágy súlódás és a teheíás alapján 4 3.3 lygóműveke épített gödülőcsapágyakan keletkező veszteségek mdellezése...4 3.3. gödülőcsapágyak fuatátméőjének kválasztása....4 3.3. gödülőcsapágyak élettatamának fgyeleme vétele...4 3.4 csapágykválasztás és súlódás veszteség számítása..4 4 Új mdell a fgaskeekek kenőanyag kavaás veszteségenek leíásáa.. 46 4. fgaskeekek pancslás teljesítményvesztesége...49 4.. fgaskeekek fgmdellje a pancslás veszteségekhez.. 5 4.. pancslás veszteség átlagétékének számítása a lygókeekek számának függvényéen....54 4..3 fgák feltöltöttség függvény számítása.....54 - -
Ph.D. dkt étekezés 4. z laj-kszítás veszteségek számítása...55 4.. kszítás veszteség mdellezése...56 4.. fgmagasság ment pllanatny átömlés keesztmetszetek meghatázása...6 4..3 teljes pllanatny átömlés keesztmetszetek meghatázása 63 4..4 Olajkszítás flyamata külső és első fgazatú keekek kapcslódásak..64 4..5 Külső első fgkapcslatk lajkszításának összefüggése.66 4..6 pllanatny átömlés keesztmetszetek külső és első fgazatú fgaskeekek kapcslódása sán..68 4..7 kszíttt kenőanyag áamlás seessége és a kszítás teljesítmény vesztesége..69 4..8 z átlags laj-kszítás teljesítményveszteség számítása 7 4..9 c ρk függvény számítása...7 4.3 méés eedményekől számíttt c ρk...7 5 hőméséklet elszlás leíása lygóműves hajtóműveken...7 5. Fgaskeék lygóművek paametkus gemeta mdellje hőtan és ptmálás számításkhz...7 5.. számításkhz szükséges gemeta méetek......7 5. KB típusú lygómű hő-teheíásának vzsgálata a hőméséklet csmópntk módszeével 7 5.. fő egyszeűsítések, elhanyaglásk és közelítések...76 5.. KB lygómű hőátadás mátxa..76 5..3 Csmópnt egyenletek a hőátadás mátx alapján...76 5.3 Összetett, tökaú lygóműves hajtóművek hőtan mdellje......79 5.4 eágódással szemen ztnság tényező...8 6 Elvégzett számításk, számíttt eedmények. 8 6. Számíttt fgsúlódás veszteségek.8 6. Számíttt lajkavaás veszteségek.85 6.3 Számíttt hőméséklet elszlás a KB lygóműen... 88 7 Új tudmánys eedmények... 9. ézs.. 9. ézs.....9 3. ézs......9 - -
Ph.D. dkt étekezés 4. ézs......9 Előetekntés..9 Köszönetnylvánítás..93 Hvatkztt dalm....94 Mellékletek..3. Melléklet.. 4. Melléklet.. 5 3. Melléklet.....7 4. Melléklet..7 5. Melléklet..9 6. Melléklet..5-3 -
Ph.D. dkt étekezés Jelölésjegyzék. fejezet Fgazatsúlódás - a fgaskeék szélessége[9] [mm], d - a kskeék gödülőkö átméője [mm]. F - a keület eő az sztóköe számítva [N], h(x) elaszt-hddnamka kenőflm vastagság a kapcslóvnal mentén [µm], áttétel [-], első áttétel [-], K üzemtényező [-], l a kapcslódó fg alktók hssza [mm], P B lajgysítás teljesítményveszteség [W], P D tömítéssúlódás teljesítményveszteség [W], P g (x) gödülősúlódás teljesítményveszteség [W], p H ; P h - a kapcslódó fgaskeekek között Hetz féle felület tehelés [Pa], P k laj-kszítás teljesítményveszteség [W], P l teljesítménytől függő csapágy teljesítményveszteség [W], P l teljesítménytől független csapágy teljesítményveszteség [W], P p lajkavaás teljesítményveszteség [W], P légkavaás teljesítményveszteség [W], P x esetleges egyé teljesítményveszteségek [W], P z teljesítménytől függő fgazat teljesítményveszteség [W], P z teljesítménytől független fgazat teljesítményveszteség [W], R a - a kapcslódó fgaskeekek éntkező fganak átlags felület édességének az átlaga [µm], S elatív csúszás: S u/u) [-], S m maxmáls súlódás tényezőhöz tatzó elatív csúszás étéke: S m, [η p H u]^-(3/), u közelítőleg a fgpflk gödülőseessége (u Σu/) [m/s], v cs a fgpflk között csúszóseesség [m/s], v Σ - a kenőanyag fgpflk közé áamlásának seessége (tangencáls seességek összege) [m/s], v a gödülőseességek összege [m/s], - 4 -
Ph.D. dkt étekezés v Σ (x) - a fgpflk összegödülés seessége a kapcslóvnal mentén [m/s], v tc - a tangencáls seességek összege a főpntan [m/s], v t (x) - gödülőseesség a kapcslóvnal mentén (a ksek tangencáls seesség kmpnens a kapcslóvnal mentén) [m/s], n (x) vnalnymás a kapcslóvnal mentén [N/mm], t - a vnaltehelés, vagy fajlags tehelés (az egységny fgszélessége vnatkztattt métékadó keület eő [N/mm], X L kenőanyag tényező [-]. z - a kskeék fgszáma [-], z - a nagykeék fgszáma [-], β alaphenge fghajlásszög [ad], u a keület seességek különsége ( u u -u ) [m/s], ε ; ε - a ész kapcslószámk [-], ε α pflkapcslószám [-], φ t temkus kenőanyagflm vastagság módsító tényező [-], η - a kenőanyag dnamka vszkztása üzem hőmésékleten [Pas], η - a kenőanyag dnamka vszkztása [ C] hőmésékleten [mpas], η - a kenőanyag dnamka vszkztása légkö nymásn [Pas], η g gödülő hatásfk [-], η M - a kenőanyag dnamka vszkztása légkö nymásn és a keéktest hőmésékletén [mpas], η z - a fgazat hatásfk [-], Λ - a kenőflm vastagság és a felület édességek átlagának a hányadsa (Λ h C /R a ) [-], µ - a hatákenés állapthz tatzó knstans súlódás tényező, étéke µ,8, [-], µ c a flyadék nyíásáól számazó súlódás tényező [-], µ z - a fgsúlódás tényező [-], µ(x) - hely fgsúlódás tényező a kapcslóvnal mentén [-], ν; ν k - a kenőanyag knematka vszkztása [mm /s], ρ ne (x) egyenétékű göület sugá a kapcslóvnal mentén [mm], ρ - a kapcslódó fgpflk egyenétékű göület sugaa [mm]; [m]. - 5 -
Ph.D. dkt étekezés Csapágysúlódás a, csapágytípustól függő ktevők [-], csapágyszélesség, vagy keékszélesség [m], k keékszélesség [mm], d tengely átméő [m], d, d 3 keék sztókö átméők [mm], d m a csapágy közepes átméője (d m,5(dd)) [mm], f a csapágytípustól és kenéstől függő tényező, f a csapágytípustól és teheléstől függő tényező, f a csapágy szekezetétől és kenésétől függő tényező, f 3 tényező, f 4 tényező, F a axáls tehelés [N], F a csapágyat tehelő adáls eő [N], K tényező, 36 - s átfgás szög esetén K3 3.8, m mdul [mm], M a teheléstől független nymaték [Nmm], M a teheléstől függő nymaték [Nmm], M az axáls teheléstől függő nymaték [Nmm], M 3 a tömítések súlódás nymatéka [Nmm], M dag kenőanyag-kavaásól eedő nymaték [Nmm], M gödülősúlódásól eedő nymaték [Nmm], M seal tömített csapágy tömítésének súlódásól eedő nymaték [Nmm], M sl csúszósulódásól eedő nymaték [Nmm], N a lygókeekek száma [-], n csapágy fdulatszám [/mn], n n ehajtó tengely fdulatszáma [/mn], P a csapágy egyenétékű tehelése [N], P n ehajtó teljesítmény [W], P k fajlags csapágytehelés [Pa], R a átlags felület édesség [µm] (CL), v fgaskeék keület seesség [m/s], y keék maxmáls laja meülése [mm], - 6 -
Ph.D. dkt étekezés β sztóhenge fghajlásszög [ ], η a kenőanyag dnamka vszkztása [Pas], η M dnamka vszkztás üzem hőmésékleten [mpas], ν knematka vszkztás üzem hőmésékleten [mm /s], σ F megengedett fgtőfeszültség [MPa], ω a tengely szögseessége [ad/s], ω 3g lygókeék szögseesség [ad/s]. Olajkavaás veszteségek B - az laja meülő fgaskeék lajjal hatált felülete [m ], - a keékszélesség [m], az laja meülő fgaskeék fgszélessége [mm], m - a fgaskeék (laja) emeülés mélysége [m]; [mm], d - a keék sztóköátméője [m], F - Fude-szám, FΩ R P /g, g9,8 m/s, M ch - az lajkavaásól számazó nymatékveszteség [Nm], Re - Reynlds-szám, ReΩ R P /ν, Re c - ktkus Reynlds-szám, - a fgaskeék sztókösugaa [m], v - az sztókö keület seesség [m/s], V - lajtéfgat, lajmennység [m 3 ], kskeék ndexe, nagykeék ndexe, ω az laja meülő fgaskeék szögseessége [ad/s], ν - a kenőanyag (laj) knematka vszkztása [m /s], ρ - a kenőanyag (laj) sűűsége [kg/m 3 ]. Légkavaás keékszélesség [m], d sztóköátméő [m], d l láköátméő [mm], m n nmál mdul [mm], n a fgaskeék aszlút fdulatszáma [/mn], - 7 -
Ph.D. dkt étekezés η dnamka vszkztás [Ns/m ]. ömítéssúlódás d t tengelyátméő [mm], M súlódó nymaték [Nm], n t tengely aszlút fdulatszáma [/mn], P a tömítő-él alatt vnaltehelés [N/m], P sl teljesítményveszteség [W], R tengelyátméő [m], t s laj hőméséklet [ C], ν 4 a kenőanyag knematka vszkztása 4 [ C] hőmésékleten [mm /s]. hajtóművek melegedése - a hajtóműház külső hőleadó felülete, [m ]. hajtóműház külső hőleadó felülete általáan a házfelület az alaplap nélkül és az alaplap 5%-a. a - a tengelytáv [mm], B - a első szélesség [m], - a fgszélesség [mm], c' - az egyed (egy kapcslódó fgpáa vnatkzó) fgugómeevség, c' 4 N/mm µm, C hővezetés tényező []. C szzótényező, c γ - a kapcslódás fgugómeevség, c γ N/mm µm, f a hajtóműház méetet fgyeleme vevő tényező, F t - a névleges keület eő a hmlkmetszeten [N], F tn - a hmlkfgeő, F tn F t /csα t, [N], H - a első magasság [m], K - az üzemtényező, K Bα a hmlk-teheléselszlás tényező, K Bβ - fgszélesség ment teheléselszlás tényező, K Bγ - a fgfedeség tényező, K v - a dnamkus tényező, - 8 -
Ph.D. dkt étekezés L - a első hsszúság [m], L - a hajtóműház jellemző méete [m], P v - a fgazatsúlódás, csapágysúlódás, tömítéssúlódás és lajkavaás veszteségek összege [kw], keék alapkö átméő [m] t h - a hajtóműház külső hőméséklete [ C], t L - a könyezet hőméséklet [ C], laj hőméséklet [ C], t laj - az laj hőméséklete [ C], v - a kenőanyaga meülő legnagy fdulatszámú fgaskeék sztókö keület seessége [m/s], sztókö keület seesség [m/s], v - a keület seesség a gödülőköön [m/s], Bt - a eágódás vnaltehelése, t - az egységny fgszélessége vnatkztattt métékadó keület eő [N/mm], X B - a fgazat gemetáját fgyelemevevő gemeta tényező, (X B ) E - a gemeta tényező a kapcslódás E hatápntjáan, X M anyagtényező [mm], X Q - a kapcslódás tényező, X s - a kenés módt fgyeleme vevő tényező, X Γ - az egydejűleg kapcslódó fgpák közt teheléselszlást fgyelemevevő úgynevezett teheléselszlás tényező, α laj - a hőátadás tényező az laj és a hajtóműház első fala között [kw/m C], α L - a hőátadás tényező a hajtóműház és a levegő között [kw/m C], δ - a hajtóműház falvastagsága [m], λ - a hajtóműház anyagának hővezetés tényezője [kw/m C], µ my - a közepes hely súlódás tényező, ν t - az laj knematka vszkztása a t laj üzem hőmésékleten [mm /s].. fejezet a a tengelytávlság [m], fgaskeék szélesség [mm]; [m], H Hetz féle éntkezés nymsáv-szélesség [mm], - 9 -
Ph.D. dkt étekezés E' a keekek anyagának edukált ugalmasság mdulusa [MPa], E ugalmasság mdulus [MPa], F n a nmálfgeő [N], F nc nmálfgeő a főpntan [N], g(λ) tehelés elszlás függvény [-], g α a kapcslóhssz, a fgkapcslódás E szakaszán [m], h C mnmáls kenőflm vastagság a C főpntan [mm], h Cmn a kenőanyagéteg mnmáls vastagsága a C főpntan [m], l az éntkező fgak fghssza [m], M a kskeék nymatéka [Nm], N a lygókeekek száma [-], p H Hetz feszültség [Pa], a a fejkö sugá [m], az alapkö sugá [m], a kskeék alapköének sugaa [m], S elatív csúszás [-], u a fgpflk gödülő seessége [m/s], v t (ϕ) a fgaskeekek fganak közepes összegödülés seessége [m/s], n (ϕ) vnalnymás [N/mm], α t a kapcslószög [ ], β az alaphenge fghajlásszög [ ], ε γ összkapcslószám [-], η a kenőanyag dnamka vszkztása légkö nymásn [Pas], Λ a kenőflm vastagság és a felület édesség aánya [-], µ hatákenés állapthz tatzó súlódás tényező (knstans, étéke acél-acél keekek kapcslódása esetén: µ,8, [-] között váltzhat) [-], µ g gödülő súlódás tényező [-], ρ a kskeék fgpfl göület sugá a kapcslódás pntjáan [m], ρ ne (ϕ) egyenétékű göület sugá a nmálmetszeten [mm], ρ nec - a kapcslódó fgpflk egyenétékű göület sugaa a főpntan [mm], τ L (hatá) nyíófeszültség [Pa], υ Pssn tényező [-], - -
Ph.D. dkt étekezés α - a kenőanyag nymás-vszkztás tényezője [mm /N], ζ t a lygókeekek között teheléselszlás tényezője [-], σ εc a kapcslószám az egy-fgpá kapcslódás szakaszáan [-], kskeék ndexe [-], nagykeék ndexe [-]. 3. fejezet a a módsíttt élettatam megízhatóság tényezője [-], csapágyszélesség, vagy keékszélesség [m], C a dnamkus alaptehelés [N], c ; d knstansk, d tengely átméő [m], d ;4 tengely átméő [mm], d 3 a kacsap átméője [mm], d m csapágy közepes átméő, F a csapágyat tehelő adáls eő [N], adáls fgeő kmpnens (közpnt keék lygókeék kapcslat) [N], F cs a közpnt keék csapágyát tehelő eő [N], t kakalakítástól függő tényező (egyldal ka kalakításnál: t, kétldal kanál: t ) [-], K tényező, L h a névleges élettatam [mlló köülfdulás], M ;4 a ka, a nap-, lletve gyűűkeék tengelyének nymatéka [Nmm], n a pecenként fdulatszám [/pec], P az egyenétékű dnamkus csapágytehelés [N], p az élettatam egyenlet ktevője [-], P k fajlags csapágytehelés [Pa], V a kacsapt tehelő nyíóeő [N], Y keesett éték (d, D, C, C ), η a kenőanyag dnamka vszkztása [Pas], ω a tengely szögseessége [ad/s], ξ teheléselszlás tényező [-], - -
Ph.D. dkt étekezés σ meg a kacsapan megengedett feszültség [MPa], τ meg a tengelyen megengedett csúsztató feszültség [MPa]. 4. fejezet B (ϕ ) a keéktest átlags lajjal nedvesített felülete [m ], keékszélesség [m], c ρk fgák feltöltöttség tényező a kszítás veszteség számításak [-], c ρp fgák feltöltöttség tényező a pancslás veszteség számításak [-], e at3 fgákszélesség a lygókeék fejköén [m], f mmesn fact laja meülés aányszám (f mmesn fact m / a ) [-], m n nmálmdul [m], m n efeenca keék nmál mdulja [m], N a lygókeekek száma, P p átlags pancslás teljesítményveszteség [W], P p átlags pancslás veszteség kmpnens, a fgák teljes feltöltöttsége esetén [W], P ts (ϕ ) tácsasúlódás veszteség a keéktest hmlkfelületen [W], P ts átlags tácsasúlódás veszteség kmpnens [W], efeenca fgaskeék sztókö sugá [m], a fejkösugá [m], s at3 fgvastagság a lygókeék fejköén [m], v gödülőkö keület seesség [m/s], v efeenca gödülőkö keület seesség [m/s], γ lygókeék sztásszög, ν kenőanyag knematka vszkztás [m /s], ν efeenca kenőanyag knematka vszkztás [m /s], ω g gödülő szögseesség [ad/s], ρ kenőanyag sűűség [kg/m 3 ]. 5. fejezet a da szelvényének felülete [m ], a sugázó felület [m ], a napkeék csapágy közepes átméőjéhez tatzó palástfelület N ed észe [m ], fgpfl felület [m ], - -
Ph.D. dkt étekezés 3 lygókeék csapágy közepes átméőjének palástfelülete [m ], 4 ka csapágy közepes átméőjéhez tatzó palástfelület N ed észe [m ], 5 az laj légtéel töténő éntkezésének felülete [m ], 6 a hajtóműház első felületének N ed észe [m ], 7 a hajtóműház közepes hőátadó felületének N ed észe [m ], 8 a hajtóműház külső felületének N ed észe [m ], a a cső első felülete [m ], dák által nem fedett külső cső felület [m ], a dák felülete [m ], a tengelytávlság [mm], a max a lygómű legnagy tengelytávlsága [mm], keékszélesség [mm], c p állandó nymásn vett zá fajhő [J/kgK], d 3csap a lygókeekek kacsapjanak átméője [mm], D h a csapágyház első átméője, lletve a lygóműves hajtómű jellemző méete (ház hssza, vagy átméője) [m], D hk a csapágyház, lygómű ház közepes külső átméője [m], d m a csapágy közepes átméője [m], g gavtácós gysulás [m/s ], G Gashf szám [-], j ka szélessége [mm], k ka átméője [mm], l ;4;k a tengelycsnkk hssza, l ház a ház első méete, m mdul [mm], N a lygókeekek száma [-], Nu Nusselt szám, P Pandtl szám, (Q fkzat ) a fkzatk között fennálló esetleges légté hőmésékletkülönséget kmpenzáló fktív hőfás [W], alapkö sugá [mm], Re Reynlds szám, gödülőkö sugá [mm], s falvastagság [mm], - 3 -
Ph.D. dkt étekezés s - a ház átlags falvastagsága, és a ház, lletve a könyezet hőméséklete [K], U a da keülete [m], v l a levegő áamlás seessége [m/s], v m a csapágyksá keület seessége [m/s], v m egyenlő v m étékével csapágyak esetén, de lygóművek esetén étéke az laja meülő lygókeék aszlút keület seessége [m/s], α a csapágy és a kenőlaj között hőátadás tényező [W/m C], α fgpfl laj hőátadás tényező [W/m C], α 3 laj levegő hőátadás tényező [W/m C], α 4 laj hajtómű ház hőátadás tényező [W/m C], α 5 laj levegő hőátadás tényező [W/m C], β a téfgat köös hőtágulás tényező [/K], f - k hőméséklet különség [K], ε a ház emsszó képessége, vagy feketeség fka [W/m K 4 ], η dnamka vszkztás [kg/ms], η B a dahatásfk [-], λ a közeg hővezetés tényezője [W/mK], λ a fgaskeéktest hővezetés tényezője [W/m C], λ a hajtóműház anyagának hővezetés tényezője [W/m C], λ l a levegő hővezetés tényezője [W/m C], λ az laj hővezetés tényezője:,7 [W/m C], ν az laj knematka vszkztása [cst], [m /s], ν l a levegő knematka vszkztása [m /s], ρ a közeg sűűsége [kg/m 3 ], ρ átlags sűűség [kg/mm 3 ], ω szögseesség [ad/s]. - 4 -
Ph.D. dkt étekezés Bevezetés gépészet eendezésekkel szemen támaszttt növekvő követelmények lyan nagy teheíású mechankus hajtásk kalakítását teszk szükségessé, amelyek teljesítmény sűűsége nagy, hatásfka jó, és sk eseten nagy áttétel megvalósításáa s alkalmasak. z eőátvtel szent alakkal záó, állandó áttételű nagy teheíású mechankus hajtásk nagy és váltzats családjáa tatznak a fgaskeék lygóművek. lygóművek a nagy teheíás édekéen endszent teljesítmény megsztással működő, egy egyenese eső e- és khajtó tengellyel készülő fgaskeék hajtóművek, amelyeken lygó mzgást végző fgaskeekek vannak. Nagy teljesítmény sűűségük és különleges tulajdnságak (teljesítményösszegezés, teljesítmény elágazás, mzgás kegyenlítés) matt egye szélese köen keülnek felhasználása az pa legkülönöző teületen. Blygóművekkel éppúgy találkzhatunk a fnmmechanka, az vs, az élelmszepa gépeken, mnt a legkülönöző nehézpa, fkztt gényevételű eendezések hajtásendszeeen. fgaskeék lygóművek általáan hengees, vagy kúpfgaskeekekkel készülnek, de néhány teületen alkalmaznak lygóműves dözshajtáskat és vaátkat s. kúpfgaskeekes lygóműveket sk teületen alkalmazza a jáműpa különöző keékhajtáskan, dffeencálműveken és sztóműveken. hengees fgaskeekes lygóműveket általánsan és gen széles köen használják a géppaan, a mezőgépeken, különféle eőműveken. fkztt pntsságú, szűkített játékú lygóműveket a szeszámgéphajtáskan, thajtáskan. lygóművek fntsa előnyös jellemző a elatív ks méet, tömö, szmmetkus szekezet, nagy teljesítmény sűűség, megfelelő üzemállaptan jó hatásfk, teljesítményösszegezés és megsztás lehetősége, tö áttétel szekezet váltztatás nélkül. fgaskeekes lygóműveknek sk váltzatuk van, amelyek egyszeűen és jól átteknthetően sztályzhatók a fgaskeekek kapcslódása szent, vagys hgy mlyen K és B fgaskeék kapcslatkkal endelkeznek: K a külső/külső, B a külső/első fgazatú keekek kapcslódását jelöl. lygóművek működését meghatázó legfntsa elemek (. áa) a közpnt fgaskeekek (a külső fgazatú napkeekek és a 4 első fgazatú gyűűkeekek), a 3 (endszent külső fgazatú) lygókeekek és az azk tengelyet megtámasztó k ka. z egyes lygómű típusk működés jellemző jelentős météken eltének egymástól, amt kválasztásukk fgyeleme kell venn. Kválasztásuk endszent az áttétel, lletve a hatásfktól függő teheíás alapján töténk. Fntsa lygómű típusk: elem lygóművek (K vagy B típusú, /a és / áa), egyszeű lygóművek (KB típusú, /c áa), kettős lygókeekes lygóművek (KB, KK, BB, KBB típusú, /d, /e, /f és /g áa), segédkeekes lygóművek, tökaú lygóművek (pl. KBKBKB), összetett lygóművek, gyakan más hajtással kmnálva. - 5 -
Ph.D. dkt étekezés. áa. Elem (a, ), egyszeű (c) és kettős lygókeekes (d-g) lygóművek []. mechankus hajtással átvhető teljesítményt, a tehelést átadó elemek szládsága klátzza. Fgaskeékhajtásnál a fg teheíását a fgtő, vagy a fgfelszín statkus szládsága, kfáadás szládsága, vagy a fgfelszín eágódás teheíása jellemz. fgtő szládságát a fgaskeék anyag szládsága és a fg alakja, különösen a fgtő lekeekítés sugaa, a fgfelszín szládságát a felszín éteg ugalmasság mdulusa és szládsága, a fgpfl göület sugaa, a kenőanyag jellemző, valamnt a seesség vsznyk hatázzák meg. eágódás teheíást endszent a fgfelületen kalakuló legmagasa és az átlags fghőméséklet hatázza meg, amelye hatást gyakl az éntkezés feszültség, a csúszás seesség, a súlódás állapt, valamnt a kenőanyag. KB lygómű hatásfka gen kedvező, ezét s alktja ez a lygómű a legtö összetett, tökaú, teljesítmény elágazású dffeencál lygóműves hajtóművek egyes fkzatat. Ilyen jó hatásfkú, nagy teljesítmény sűűségű hajtóműveket alkalmaznak a tö megaatt teljesítményű széltunák esetéen s (. tálázat). széltunáknál alkalmaztt nagy teljesítmények átvtelée fejlesztett, KB fkzatkól álló lygómű típusk hatásfk összefüggéset levezetve végeztem összehasnlító vzsgálatkat []-[3] az adtt üzem köülményekhez tatzó ptmáls paaméteek meghatázása édekéen. z összefüggéseket az. tálázat fglalja össze. - 6 -
Ph.D. dkt étekezés - 7 -. tálázat. Dffeencál lygóművek hatásfk összefüggése. Hajtómű Hatásfk összefüggés PKG Lassító üzemállaptan: ' " ' " ' " ' " ' ' " " g g g g PKG η η η η η Gysító üzemállaptan: ( ) " ' ' " " ' " ' " ' " ' g g g g PKG η η η η η PV Lassító üzemállaptan: ' " " ' " ' " " " g g g PV η η η η Gysító üzemállaptan: ( ) " ' " ' " ' " " ' " ' g g g g g PV η η η η η η GPV Lassító üzemállaptan: ( ) ( ) [ ] ' " " ' ' " " g g g g GPV η η η η η Gysító üzemállaptan: ( ) ( ) ( ) ' " ' " ' " ' " ' " " " ' ' " g g g g g g g g g g g g GPV η η η η η η η η η η η η η számítás eedményem znyítják []-[3], hgy a teljesítmény elágazású dffeencál lygóművek fő előnye a tö lygómű típussal szemen a tehelésmegsztásnak köszönhető kedvező eépítés méet és az előnyös teljesítményflyam hatásáa eléhető magas hatásfk. fgaskeék-lygóműveken a súlódásól eedő teljesítményveszteség csaknem teljes egészéen hővé alakul, am emel a hajtómű szekezet elemenek hőmésékletét, klátzza a teheíást, az átvhető teljesítményt, és a hő-teheíás hatáán a fgaskeekek eágódását eedményez. eágódás fő ka, vagy a nagyn alacsny csúszó seesség mellett, a nagymétékű hely kntakttehelés hatásáa kalakuló kenőanyag knymódás, nagy teülete ktejedő közvetlen szládtest éntkezés, eős adhézós kapcslat, összehegedés (hdegeágódás) (. áa), vagy a súlódás veszteségek kzta magas felszín hőméséklet és az annak hatásáa kalakuló kenés elégtelenség, felület kacsdás, emaódás (melegeágódás) (3. áa). melegeágódás öngejesztő flyamat, met a növekvő fgfelszín hőméséklet csökkent a kenőanyag vszkztását, ntja a kenés hatéknyságát, növel súlódás veszteségeket, ezét tvá növekszk a fgfelület hőméséklete. Mndkét eágódás flyamata jelentős hatást gyakl a csúszás, ezét a kásdás météke a fgfej és a fglá könyezetéen a legnagy, főleg a hdegeágódásnál, mközen a gödülőkönél esetleg nem s jelenk
Ph.D. dkt étekezés meg, annak ellenée, hgy tt az egy fgpá kapcslódás matt a felület tehelése nagy (. áa). eágódás flyamatka jellemző, hgy a fgfelületeken a kásdás (kack, emaódásk összehegedések) a elatív elmzdulás ányáan endeződnek, am nká a magas hőmésékleten kalakuló eágódáska jellemző (3. áa).. áa. Hdeghegedéses eágódás nagytehelésű lassújáású fgaskeék fgfelületén [4]. 3. áa. Magas felszín hőmésékleten kalakult eágódás (FZG tesztkeéken) [5]. nagy teljesítmény sűűségű hajtásk teheíását jelentős météken eflyáslja a súlódás veszteségük, melegedésük, a tehelésátadó felületek hőméséklete. Ezeket fgyeleme véve a kutatómunka célktűzése a következőképpen fgalmazható meg. Célktűzés kutatás célja: módszeek kdlgzása, elsősan a különöző kalakítású lygóműveken keletkező veszteségek meghatázásáa és az azkan kalakuló hőméséklet elszlásának számításáa. analtkus fgazatsúlódás mdell megalktása, amely a kapcslódás flyamán pntól-pnta követ a veszteség alakulását és fgyeleme vesz a flyamatsan váltzó kenésállaptt; - 8 -
Ph.D. dkt étekezés analtkus csapágysúlódás veszteség számítás algtmus megalktása, amellyel lehetőség adódk a fellépő tehelések és az előít élettatam függvényéen az összetett lygóművek csapágysúlódás veszteségenek számításáa; analtkus lajkavaás mdell megalktása, amely fgyeleme vesz a fgazat gemetáját, és a szállíttt kenőanyag mennység leíásával nem csupán a veszteségek, de a mnmáls kenőanyagsznt és az ptmáls kenésállapt számításáa s alkalmas lehet; numekus hőméséklet-elszlás számítás algtmus létehzása, amellyel a hőáamkn keesztül pntsaan ecsülhető a fgak hőméséklete és megízható lehet a eágódás ztnság tényező számítása. Idalm feldlgzás kszeű fgaskeék hajtásk esetén egye nká előtée keül a hajtóművek zajszntjének, ezgésenek csökkentése mellett a hatásfk növelése és a hajtóműkenés hatéknysága, valamnt a teheíás növelése. Különösen fnts a hajtómű hatásfkának és a kalakuló hőméséklet elszlásnak smeete a nagy tehelésű, nagy teljesítmény sűűségű fgaskeék lygóműveknél, amelyek hőleadó felülete kcs, így hűtés nélkül könnyen túlhevülhetnek. súlódásól, a kenőanyag kavaásól és a légkavaásól eedő teljesítményveszteségek csaknem teljes egésze hővé alakul, am növel a hajtómű hőmésékletét. túl nagy hőmésékletemelkedés a kenésállapt sszadását, a fgfelületek eágódását, a kenőanyag élettatamának csökkenését, aká kásdását, a hajtómű hő-teheíásának túllépését dézhet elő. fgaskeék lygóművek hőteheíásának vzsgálatáhz ezét elengedhetetlen, hgy a teljesítményveszteségeket mnél pntsaan számíthassuk. nnak édekéen, hgy a lygóművek hőteheíását meghatázhassam, az dalmfeldlgzás sán töekedtem a fgaskeék hajtóművek teljesítményveszteségenek teületén flyó kutatásk eedményenek emutatásáa, valamnt a veszteségekől keletkező hőmésékletemelkedés számítás módszeenek megsmeésée, vzsgálatáa.. fgaskeekek vesztesége fgaskeék hajtóművek veszteségenek pnts számítása nem egyszeű feladat: ahhz gen összetett szekezettan, mechanka, tlóga, hddnamka és hőtan smeetek szükségesek. veszteségek legnagy észét a kapcslódó fgaskeék fgak súlódása tesz k, de jelentős a csapágysúlódás, és a nagytehelésű, gysjáatú hajtóműveknél számln kell az lajkeveés, a tömítés és esetleg a légellenállásól adódó veszteségekkel s... Fgaskeékpá fgazat hatásfka Egy fgaskeék hajtás teljesítményveszteségét meghatázza a fgsúlódás veszteség, a csapágyazás veszteség, a kenőanyag keveés és a légkeveés veszteség, valamnt a tömítéssúlódás veszteség. Ez jelképesen felíható a következő fmáan [6]: P v P P P z P P k p B 44 443 P z P l P l P D P x (.) - 9 -
Ph.D. dkt étekezés legjelentőse a P z fgsúlódás veszteség, amelynek számításáa száms eljáást dlgztak k és használnak a gyaklatan [7] [45]. z összefüggéseket endszent a fgkapcslódás sán kalakuló súlódás eők és csúszás seességek felhasználásával, egy átlags fgsúlódás tényező feltételezésével vezetk le. Például Nemann és Wnte [8] a P z teljesítménytől függő fgsúlódás veszteség számításáa a következő összefüggést íta fel: P z P µ H (.) e m v hl a fgkapcslódás vsznyat fgyeleme vevő H v veszteségtényező: ( ) π H v. (.3) z cs ( ) ( ε ε ε ) α β fgazat hatásfk, a P z fgsúlódás veszteséget és a P z üesjáás veszteséget s számítása véve: P e ( Pz Pz ) η z (.4) P fga ható súlódás eőt, a fgak csúszás vsznyat és egy állandó fgsúlódás tényezőt fgyeleme véve Duda [9] levezette az evlvens fgazatú keékpá fgazat hatásfkának számításáa javaslt összefüggését, amely tatalmazza a fgszámkat és fgak kapcslódásának gemeta vsznyat: a ész-kapcslószámkat. műszak gyaklatan, a legtö eseten a ész-kapcslószámk -nél kseek. Ekk az összefüggés Duda szent a következő alakan íható fel: e η µ π (.5) z z ( E ) E ± z z () előjel a külső fgazatú keekek kapcslódásáa, a (-) előjel a külső-első fgazatú keekek kapcslódásáa évényes. Duda által levezetett összefüggés (.5) külső külső, külső-első fgazatú keekek kapcslódásáa, egyenes és fede, elem, kmpenzált és általáns fgazata, gysító és lassító hajtás esetén, egyaánt alkalmazható. Mvel az összefüggés (.5) csak a fgazat gemetájának pnts smeetéen használható, a tevezés ka szakaszáan gyakan ennek az egyszeűsített váltzatat alkalmazzák (.6 és.7). Klen [], Duda összefüggését a következő alaka egyszeűsítette: η ± z µ z (.6) z z - -
Ph.D. dkt étekezés z összefüggéséen szeeplő knstans nem csak a fgsúlódás veszteségeket, hanem egyé, a csapágyazás, lajkeveés és tömítés veszteségeket s fgyeleme kívánja venn. Nemann [8] kmutatta, hgy a gyaklatan legtöszö előfduló eseteke, amk a pflkapcslószám étéke,4 ε,8 α tatmányan van, a fgazat hatásfk számításáhz alkalmazható az alá összefüggés: η ± z, µ z. (.7) z z.. fgsúlódás tényező fgazat hatásfk számításánál emutattt összefüggéseken szeeplő µ z fgsúlódás tényezőt tapasztalatk vagy méések alapján veszk fel. Pnts meghatázása sksz gndt kz, met étéke nagymétéken függ a súlódás állapttól: a kenőanyagtól és a kenés módtól, az üzem köülményektől: a teheléstől, a seességtől, a hőméséklettől, és fgaskeekek anyagától, kalakításától, felületének állaptától, édességétől. Például a Shell kutató, kíséletek alapján az alá összefüggést dlgzták k a fgsúlódás tényező ecslésée [46]:,57 µ z. (.8) 4 υ ρ v Nemann [8], Stöβel kutatásaa hvatkzva, az átlags fgsúlódás tényező számításáa a következő összefüggést javaslta: tc,45 K F µ a 5 z 4 vtc ρ η d. (.9) R Schlenk [6] átlags fgsúlódás tényező összefüggése Nemannéhz hasnló:, F,5, 5 µ z,48 Ra X L v η. (.) tc ρ z ISO C 6 az alá összefüggést tatalmazza az átlags súlódás tényező meghatázásáa [4]: µ R nc a z, 4. (.) η M vσ ρ C ne C - -
Ph.D. dkt étekezés fgazat veszteség pntsa számítása édekéen egye nká töekednek aa, hgy meghatázzák a fgsúlódás tényező váltzását a kapcsló vnal mentén. Például Mshan [3] az alá összefüggést dlgzta k a hely fgsúlódás tényező számításáa: µ z ( x),35. (.) 4 v ν cs ( x) v ( x) Eselt és Ohlendf összefüggése a hely súlódás tényező meghatázásáa [4]: µ ( Γ ) k n a, 4. (.3) η M v Σ R ( Γ ) ρ ( Γ ) Benedct és Kelley [5] szntén dlgztt k a hely fgsúlódás tényező számításáa: ne ( x) 9,66 ( ) n µ x,7 lg. (.4) η vcs v Ez a súlódás tényező összefüggés (.4) csak vegyes súlódás köülmények között évényes, amk az EHD kenőflm vastagsága kcs, a éspaaméte λ<, és csak a csúszó súlódást vesz fgyeleme. Emellett külön számítják a gödülő súlódásól eedő veszteséget, am az EHD kenőflm kalakításáa fdítódk. Ematt e súlódás tényező váltzásának jellege lényegesen elté más összefüggésekkel meghatáztt göékétől, amnt azt az.3..4. áák mutatják. z előzőeken említett tö fgsúlódás veszteség számítás mdell a csúszó és a gödülő súlódást együttesen vesz fgyeleme. fgfelületek között a kenőanyagflm kalakítása, nymásának fenntatása és a fgak defmácó a gödülés sán enegát emésztenek fel. Ez a gödülésől számazó fgkapcslatnként teljesítményveszteség egy, a [3] dalman smetetett φ t temkus tényező függvényéen, az alá összefüggéssel számítható: P g 4 ( x) 9 h( x) v~ t ( x) l t φ. (.5) Ha Xu dkt dsszetácójáan [6] szntén a hely súlódás tényező számításáa dlgztt k sk paamétet tatalmazó összefüggést, az EHD (elaszt-hddnamka) kenésállapt fgyelemevételével: S ( ) lg ( ) 4 S P lg 5 e Ph ν h ν ( x) e 9 e R a 3 6 µ Ph S vσ η 7 ρ 8, (.6) ahl a paaméteek étéket az. tálázat fglalja össze. - -
Ph.D. dkt étekezés.. tálázat. paaméteek étéke. -8.96465.333 3.3677 4 -.35468 5.884 6 -.6 7.75755 8 -.39958 9.635 ndesn kutatás eedménye alapján d. Enc Cull és Fancesc Palett [7] íta fel a kapcslóvnal mentén váltzó súlódás tényező összefüggését, akk fgyeleme vették a elatív csúszás nagyságától függő temkus és ztemkus kenésállaptt, valamnt a sk hatást gyakló paamétet. Mután a súlódás tényező étékét kmpenzáln kell egy temkus kekcós függvénnyel, a fgak között számítható hely súlódás tényezőjük az alá alakan íható fel: ( x ) c µ a ahl a temkus kekcós függvény c étéke, ha S>S m : c Ha S<S m, c. µ, (.7),88ln ( η p H u ), (,8 ln( p u ),39) S H η. (.8) µ a tényező az alá összefüggéssel számítható (ahl µ a hatásúlódást fgyeleme vevő knstans súlódás tényező, étéke µ,8,):, ( Λ ) µ ( ( Λ) ) µ µ g g a c. (.9) g(λ) függvény számításáa tö mdell található a szakdalman. Zhu és Hu az alá összefüggést ajánlja (ha Λ >, akk g(λ ) étéke eggyel egyenlő):,64, Λ g ( Λ ). (.), 6,37 Λ flyadék nyíásáól számazó µ c súlódás tényező összetevő, köszöült ellptkus kntaktfelületeket feltételezve, a Ba-Wene féle fmulával, az alá alakan íható fel: 3 τ L µ c e p H η u S τ L h C. (.) számításkhz szükséges tvá összefüggések észletesen a [7] fásmunkáan találhatóak. Száms kutató dlgztt még k összefüggéseket a fgsúlódás tényező meghatázásáa, töek között Dzdv és Gavkv [], O dnghue és Camen [] s. - 3 -
Ph.D. dkt étekezés z elméletek között különségek szemléltetése édekéen kszámítttam a súlódás tényező étékeket, és egyes eseteken azk váltzását a kapcslóvnal mentén, egy KB lygómű K és B fgkapcslatáa. z eedményeket az.-.8. áák mutatják e. számításhz felhasznált adatk: z z 3 36; z 4 8; m n,8 [mm]; a 8,8 [mm]; β,5 [ ]; x Σx ; h a * ; c,5; N 3; 5 [mm]; R a,4 [µm]; M 3 [Nm]; 6,5 [ C]; η,6 [Pa s]; meülő kenés, m3 3 [mm]., K fgkapcslat B fgkapcslat,8 µ [-],6,4, ISO C6 Nemann-Höhn- FZG Stößel - Nemann.. áa. z átlags fgsúlódás tényezők étéke n 5 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén., K fgkapcslat B fgkapcslat,8 µ [-],6,4, ISO C6 Nemann-Höhn- FZG Stößel - Nemann.. áa. z átlags fgsúlódás tényezők étéke n 8 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén. - 4 -
Ph.D. dkt étekezés, ndesn-cull-palett Eselt-Ohlendf Ha Xu Benedct-Kelley,8,6 µ [-],4, 4 6 x [mm] 8.3. áa. fgsúlódás tényező váltzása a kapcslóvnal mentén, n 5 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén, a lygómű K (z z 3 ) fgkapcslatáan., Cull-Fancesc-ndesn Ha Xu Eselt-Ohlendf Benedct-Kelley,8,6 µ [-],4, 4 6 x [mm] 8.4. áa. fgsúlódás tényező váltzása a kapcslóvnal mentén n 5 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén, a lygómű B (z 3 z 4 ) fgkapcslatáan. - 5 -
Ph.D. dkt étekezés,4, ndesn-cull-palett Eselt-Ohlendf Ha Xu Benedct-Kelley, µ [-],8,6,4, 4 6 x [mm] 8.5. áa. fgsúlódás tényező váltzása a kapcslóvnal mentén n 8 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén, a lygómű K (z z 3 ) fgkapcslatáan.,4, Cull-Fancesc-ndesn Ha Xu Eselt-Ohlendf Benedct-Kelley µ [-],,8,6,4, 4 6 x [mm] 8.6. áa. fgsúlódás tényező váltzása a kapcslóvnal mentén, n 8 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén, a lygómű B (z 3 z 4 ) fgkapcslatáan. - 6 -
Ph.D. dkt étekezés,, µ [-] K fgkapcslat B fgkapcslat,8,6,4, ndesn- Cull-Palett Ha Xu Benedct - Kelley Eselt - Ohlendf.7. áa. hely fgsúlódás tényezőkől képzett átlagétékek n 5 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén.,, µ [-] K fgkapcslat B fgkapcslat,8,6,4, ndesn- Cull-Palett Ha Xu Benedct - Kelley Eselt - Ohlendf.8. áa. hely fgsúlódás tényezőkől képzett átlagétékek n 8 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén. Látható, hgy gen nagy eltéések adódnak az egyes javaslatk eedménye között, am nagy hát kzhat a fgsúlódás teljesítményveszteségek számításak.. Csapágysúlódás veszteségek számítása nagy tehelésű lygóműveken főleg gödülő csapágyakat alkalmaznak. Ennek fő ka, hgy azk kevésé ézékenyek a flyamats kenés kmaadásáa, és a hatásfkuk s kedvező. Ennek ellenée, nagyteljesítményű hajtóműveken fnts hatótényező a gödülőcsapágyak súlódás teljesítmény vesztesége, amt smen kell a hajtómű hatásfkának, hő-teheíásának és kenőanyag szükségletének meghatázásak. - 7 -
Ph.D. dkt étekezés Száms kutató fglalkztt a gödülőcsapágyak súlódás veszteségének meghatázásával, töek között Steck [47], Palmgen [48], Batels [49-5], Eschmann [5], Gupta [5], Hanseg [53], Hllatz [54], Jög Kycak [55], Kenn [56], Lang [57], Ptthff [58], Sche [59] és Sepmann [6]. gödülőcsapágyak súlódás veszteségének számításáa az első összefüggést 9 en Steck adta. teljesítménytől függő és független veszteségkmpnensek szétválasztásával, valamnt a veszteségeket eflyásló paaméteek szélesköű vzsgálatával az egyk legeltejette mdellt Palmgen alktta meg. z utó éveken az SKF új, pntsa számítás mdellt dlgztt k [6] a gödülőcsapágyak súlódás veszteségenek számításáa, amely az előzőnél tö paamétet vesz fgyeleme, de megnövel a számításk mennységét. nagyméetű, nagyteljesítményű lygóművek sklócsapágyazással készülnek akk, ha a nagy csapágytehelés vagy fdulatszám, esetleg a szekezet kalakítás matt a gödülőcsapágyak nem felelnek meg. a töekszenek, hgy ezek a sklócsapágyak hddnamka kenésállaptan üzemeljenek, amk a csapágy súlódás tényezője közelítőleg jól számítható az alá smet összefüggéssel [6]: η ω η ω d µ K K. (.) p k F.3 fgaskeekek lajkavaás vesztesége kenőanyaga meülő fgaskeék lajkavaás munkája növel a teljesítményveszteséget, amelynek számítása gen nehéz feladat, tekntete véve a nylult és összetett áamlás vsznykat. Száms kutató állíttt fel lajkavaás veszteség számításáa mdelleket, például Nemann [63], Yasutsune ua [64], aku Uen [65], Walte [66], Mauz [67], eekhv [68] [69], Maue [7], Dck [7], Sax [7], Schmpf [73], Lemann [74] [75], Lauste [76], Butsch [77] és Dk Stasse [6]. Nemann [63] szent hengees- és kúpkeékpáka közelítőleg a következő összefüggéssel hatázható meg az lajkavaás veszteség [78]: P 3 m v [ kw ]. (.3),7 v 6 nagy teljesítményű fgaskeékhajtásk lajkavaás veszteségének meghatázásáa eekhv és Sptk [68], [69] az áamlástan tövényeől kndulva lyan összefüggéseket vezetett le, amelyek az lajkavaás veszteséget az laj keveéséől és az laj kszításáól számazó veszteségek összegének tekntk. Dk Stasse [6] méésekkel hatázta meg az laj-kszítás és a tácsasúlódás matt létejövő lajkavaás veszteség összetevőket a fdulatszám függvényéen (.9. áa). - 8 -
Ph.D. dkt étekezés.9. áa. Fgaskeekek hdaulka eedetű M H lajkavaás nymatékvesztesége [6]. Butsch [77] vlt az első, ak mdellt alkttt a fgákkan ekövetkező laj-kszítás veszteségek számításáa. C. Changenet [79], [8] (Bness egyenleteől kndulva) levezette a M ch lajkavaás veszteség-nymaték alá összefüggését meülő kenése: M ch 3 ρ ω B CQ. (.4) hl a C Q dmenzó nélkül nymaték, az áamlás vsznyktól függően, a következőképpen számítható: ω Ha: Re c < 6: ν C ω Ha: Re c > 9: ν,45, m V,6, Q,366 F Re. (.5) 3 d d,,35,85 m V,88 3,644 3 F CQ. (.6) d d d mennyen a Reynlds-szám 6 < Rec < 9, a fentek szent meghatázttak között lneás nteplácóval hatázható meg C Q, és M ch étéke. C. Changenet és tása, a fgaskeekeket köülvevő ház és a keekek között axáls és adáls hézagnak az lajkavaás veszteségeke gyaklt hatását s vzsgálták. Elmélet összefüggéseket ítak fel, amelyek évényességét méés eedményekkel gazlták. fgfej és fglá hézagk lajkavaás vesztesége gyaklt eflyásáól ít Dk Stasse 5-en dkt dsszetácót [6]. Igen észletesen vzsgálta saját tevezésű méőeendezésén a fghézagk, a gemeta és a seességvsznyk hatását az lajkavaás veszteségeke. fghézagk váltztatását, valamnt az laj-kszítás és a tácsasúlódás veszteségkmpnensek szétválasztását úgy ldtta meg, hgy egy excente elfdításával váltztatta a tengelytávlságt (.. áa). - 9 -
Ph.D. dkt étekezés - 3 -.. áa. vzsgálatka fejlesztett eendezés elv vázlata [6]. fgkapcslódást egyszeű hddnamka mdellel közelítve ít fel összefüggéseket, az lajkavaás veszteségek számításáa. méés eedmények felhasználásával, egesszó analízssel hatázta meg az laj-kszítás és a tácsasúlódás nymaték veszteségek alá összefüggéset, meülő és efecskendezéses kenés esetén. ehajtó tengelye vnatkzó tácsasúlódás veszteség nymaték: n n B n n m m a a pl v m m v v M ρ ν ν ν 7,3,5,45. (.7) z lajkszítás nymaték veszteség: t Q Q h v C M ρ, (.8) ahl a C Q nymaték tényező az alá összefüggéssel hatázható meg, ha a kskeék nem é el az lajszntet:,5,7,73,33,6 *,9 Re 9,5 j n Q d F z z C. (.9) an az eseten, ha mndkét keék észen, vagy egészen elemeül a kenőanyaga:,5,9,6,,7 *,59 Re,74 j n Q d F z z C. (.3) C Q nymaték tényező efecskendezéses kenés esetén: ( ) β ν ν,34 cs,88,84,5,5,4,9,56,8 * n j e e Q d v v Q Q z z C & &. (.3)
Ph.D. dkt étekezés hl a efeenca étékek: ν [mm /s]; Q e, [l/mn]; v [m/s]. Dk Stasse vzsgálat paaméteenek tatmányát az. mellékleten az m/. m/. tálázatk fglalják össze..4 Légkavaás kzta veszteségek lygóműveken légkavaás a nagyseességű hajtóműveken, az átvtt teljesítménytől lényegéen független veszteséget kz, amelye a legnagy hatást a fgaskeekek keület seessége gyaklja, a keekek gemetája és a kenőanyag vszkztása mellett. fgfelületekhez tapadt kenőlajat a centfugáls eő pemet fmájáan szétszója a hajtóműházan: lajköd alakul k, am kenés szempntjáól kedvező ugyan, de növel a teljesítmény veszteséget, met a levegőnél nagy sűűségű lajköd és a fgó fgaskeekek keékteste között kalakuló súlódás jelentős lehet. légellenállás leíásáa tö kutató, például ndesn és nsend s, alkttt matematka mdelleket. ndesn mdellje nem vette fgyeleme a fgazat gemeta jellemzőt, például a fgaskeekek mdulját és a fghajlás szögét. nsend számítás mdellje lényegesen észletese, fgyeleme vesz még ezeken felül a hajtóműház légteée plaszttt lajköd mennység és elszlás hatását a teljesítmény vesztesége a ζ lég levegő laj elegy paaméteel [45], tváá a fgaskeéktest és a hajtóműház fala, a védőítás, vagy az lajteelő lemezek között távlságt s a λ lég paaméteel. Ha a lygómű légtee lajpemettől, lajködtől mentes, akk: mennyen a keekeket szaad légté vesz köül: ς. (.3) lég λ. (.33) Ha a fgaskeekeket lajteelő lemezek, vagy védőítás vesz köül: lég λ,7. (.34) lég És ha a fgaskeekeket az lajteelő lemezek, vagy a védőítás szsan vesz köül: λ,5. (.35) lég nsend szent a légellenállás teljesítmény vesztesége, Watt-an az edk külső fgazatú fgaskeéken: P lég n,9 3,9,75,5,9 7 (,6 d 3,63 m n d ) ς lég λlég. (.36) l l ndesn és Leenthal tunák tesztelése sán mét tácsasúlódás vzsgálatk eedménye alapján íta fel a légellenállásól eedő teljesítmény veszteség számításáa alkalmas alá összefüggését [8]: - 3 -
Ph.D. dkt étekezés 4,6 4,8,8 4,6 d n d 6 ( 8,9), Plég η. (.37).5 ömítéssúlódás teljesítményveszteség hajtómű tengelyenek tömítése kzta nymatékveszteség lényegéen független az adtt tengelyen átvtt teljesítményétől. tengely és a tömítés egymással éntkező valós felületének mk és mak gemeta felépítése, anyagjellemző, üzem hőméséklete, a kenésállapt, az édesség csúcsk között kalakuló kavtácó météke egyaánt eflyáslja a tömítések súlódás nymatékveszteségét. Ezt a veszteséget legnká a felületek között nymás és a tengely, valamnt a tömítés gemetája hatázza meg. Legtöszö elasztme tömítés éntkezk fém tengellyel, amelyek súlódás és kpás flyamatanak feltáása, jelenleg s aktuáls tlóga kutatásk alapját képez. z gen összetett és nylult számításk mellett, lehetőség adódk a tömítések súlódás teljesítmény veszteségének közelítő meghatázásáa s [8]. Egyszeű ecslése alkalmas az alá összefüggés: P sl 6 7,69 d n. (.38) t t Pntsa eedményt ad a következő összefüggés [6]: P t [ 45,6 t s 35 lg lg( 4,8) ] d t nt 7 ν [W]. (.39) Mac Slvest, Edzea Pat és lessand asa [83] mdellje a vszkelaszthddnamka (VEHD) kenéselmélete épül, amely fgyeleme vesz a ugós tömítőgyűű tömítő ajkának defmácóját és az tt kalakuló kenőanyagflm nymáselszlását..6 hajtóművek melegedése fgaskeék-lygóműveken a súlódásól eedő teljesítményveszteség csaknem teljes egészéen hővé alakul, am emel a hajtómű szekezet elemenek hőmésékletét. teljesítményveszteséget a fgazatk súlódása, a csapágyak és tömítések súlódása, valamnt a fgaskeekek lajkavaás munkája kzza. lygóműveken keletkező hő főleg a ház felületén át távzk, ha nncs szükség külső hűtése (pl. ventllátal), vagy első hűtése (pl. csőkígyóan áamltattt vízzel, vagy szvattyúval kengtetett kenőlajjal), a hajtómű túlmelegedésének megakadályzása édekéen. hőegyensúly egyenletet felhasználva meghatázható a hajtómű hőméséklete, amelynek megengedett legmagasa étékét endszent a kenőlaj hőállósága, vagy a eágódás veszély klátzza. hőegyensúly számításak a legtöszö a hajtóműház átlaghőmésékletét veszk fgyeleme. fgfelszín teheíását, a eágódás ztnságt vsznt a fgfelület hőméséklete hatázza meg. Gyaklat tapasztalatk szent, ks és közepes teljesítményű hajtóművek esetén, a eágódás szládság ellenőzéséhez elegendő, ha a fgaskeéktest hőmésékletét a hajtómű átlaghőmésékletével tekntk aznsnak. Nagy teljesítményű, nagy teljesítmény sűűségű hajtásknál (lygóművek) aznan a nagy veszteségek és a kmpakt szekezet kalakítás matt jelentős hőméséklet különségek - 3 -
Ph.D. dkt étekezés alakulhatnak k üzem közen a hajtómű eleme között, a fgfelszín hőméséklete nem teknthető aznsnak a hajtómű átlaghőmésékletével. fgfelületek eágódását, a kapcslódó fgak felszínén kalakuló legmagasa pllanatny hőméséklet, a kntakthőméséklet hatázza meg (.. áa). kapcslódás sán a fgak súlódás munkája hővé alakul, amnek egy észét a kenőanyag elvsz, a tö a keéktesten keesztül vezetéssel távzk. fgfelszín hőméséklete lényegesen magasa lehet a fgaskeéktest hőmésékleténél, mután a kapcslódás flyamán tt keletkezk a súlódás munka. Ezt a hőméséklet különséget veszk fgyeleme a Blk-féle hőfkvllám, vagy az ntegál hőméséklet meghatázásával, a eágódás ztnság számításáa használt módszeek... áa. fgfelület hőtehelése [78]. Ezek a módszeek aznan sk közelítő feltételezést tatalmaznak a fgfelszín hőméséklet meghatázásak. Megízható lenne a számítás, ha pntsaan smenék a hajtómű elemenek hőmésékletét, főleg a fgaskeék fgak könyezetéen. Ee lyan módszeek alkalmasak, amelyek számítása veszk a hajtóműen kalakuló hőáamkat. Ilyen például a hőméséklet csmópntk módszee, amely számítan tudja a hajtómű kjelölt ktkus pntjanak hőmésékletét, ezáltal a fgaskeék fgak hőmésékletét s. módszet előszö Has, késő Fenlund és ndéasn, majd Mlná és D. Vaga [84] alkalmazta gödülőcsapágyakan kalakuló hőfkelszlás meghatázásáa. Blk hasnló módszet javaslt fgaskeekek testhőmésékletének meghatázásáhz. 98 en szntén a hőméséklet csmópntk módszeét alkalmazta ny ndás [85], Fgaskeékhajtóművek melegedésének számítása című dplmadlgzatáan, ak számítás eedményet méésekkel s alátámaszttta..7 szakdalm ktka elemzése z dalmkutatás sán feltát száms mdell egyészt szemléletes etekntést nyújt a fgaskeekek és fgaskeék hajtóművek teljesítményétől függő és teljesítményétől független veszteségenek és az azkól számazó hajtómű hőmésékletemelkedés számítás módszeee, másészt vlágsan látszk, hgy a emutattt mdellek sznte kzáólag téfx tengelyű hajtóművek veszteségenek számításat teszk lehetővé. szakdalm áttekntése sán megfgyelhető tváá, hgy a lygóművek hatásfkának meghatázásak alkalmaztt gödülő hatásfkt általáan csak a fgkapcslatk fgazat hatásfkának szzataként ételmezk, pedg a fgsúlódás veszteségek mellett jelentős hatást gyaklhatnak egyé veszteség fásk s a hajtóművek hatásfkáa és melegedésée, különösen kedvezőtlen köülmények között. - 33 -
Ph.D. dkt étekezés fgazat hatásfk számításáa a szakdalman található módszeek sk eseten gen szűk ételmezés tatmányhaták között használhatóak, és znys köülmények között jelentősen eltéő eedményeket adnak. Ez lehet annak a következménye, hgy a fgsúlódás tényező étékét helytelenül ítélk meg, és alg veszk fgyeleme a fgazat kapcslódásáa hatást gyakló szekezet jellemzőket és a kalakult kenésállapt váltzását. z..-.3. áákn látható egy KB lygómű K és B fgkapcslatanak, különöző módszeekkel számíttt fgazat hatásfkának étéke, két fdulatszámn. számításhz felhasznált adatk: z z 3 36; z 4 8; m n,8 [mm]; a 8,8 [mm]; β,5 [ ]; x Σx ; h a * ; c,5; N 3; 5 [mm]; R a,4 [µm]; M 3 [Nm]; n 5 [/mn]; 6,5 [ C]; η,6 [Pas]; meülő kenés, m3 3 [mm]. % ηz K fgkapcslat B fgkapcslat 99% 98% 97% Nemann Duda Nemann- Wnte ndesn- Cull- Palett- Csán Klen.. áa. K és B fgkapcslat különöző elméletek alapján számíttt fgazat hatásfka, n 5 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén. % ηz K fgkapcslat B fgkapcslat 99% 98% 97% Nemann Duda Nemann- Wnte ndesn- Cull- Palett- Csán Klen.3. áa. K és B fgkapcslat különöző elméletek alapján számíttt fgazat hatásfka, n 8 [fd/pec] napkeék fdulatszám esetén. - 34 -
Ph.D. dkt étekezés fgsúlódás mellett jelentkező egyé veszteség fásk számításával eddg kevesen fglalkztak, a kdlgztt számítás módszeek vagy nagyn nylultak, vagy elsősan méés eedményekől alkttt, észen elmélet fejtegetésekkel alátámaszttt összefüggéseket tatalmaznak, amelyek széles köen nem használhatók. Nem vzsgálták észletesen, hgy mlyen hatást gyaklnak a kapcslódó fgaskeekek szekezet jellemző ezeke a veszteségeke valamnt a fgaskeekek hőmésékletée, és azn keesztül a eágódás teheíása. fgaskeék hajtóművek átlags hőmésékletének számításáa tö mdellt s tatalmaz a szakdalm [84], [86]. nagyteljesítményű fgaskeék lygóművek keekenek eágódás szládságának vzsgálatáhz aznan nem elegendő csupán a hajtómű átlaghőmésékletének smeete, met a kntakthőméséklet, a keekek átlags hőméséklete és a lygómű átlags hőméséklete egymástól lényegesen eltéhet. Szükség van a hajtóműen kalakuló hőméséklet elszlás smeetée. Nagy pa hajtóműgyátókkal kapcslatan álló kutatókkal tötént szakma megeszélések s ávlágítttak aa, hgy gény lenne a emutattt elméletekkel szemen lyan veszteségszámítás mdelleke, amelyeken keesztül tsztáan látható az egyes paaméteek hatása. Ennek édekéen meg kell alktn egy általáns, a lygóművek veszteségenek (csapágy, lajkavaás, légellenállás és tömítés súlódás kzta teljesítményveszteségenek) és melegedésének számításáa alkalmas új matematka mdellt. következő fejezetek mutatják e a saját kutatás eedményeket, amelyek segítségével a teljesítményveszteségeket és a hőmésékleteket kívánm a tváakan számítan. - 35 -
Ph.D. dkt étekezés Fgsúlódás teljesítményveszteség. fgpflk között fellépő csúszás kzta súlódás teljesítményveszteségek számítása csúszás seesség, a súlódás tényező és a nmál fgeő smeetéen felíható a fgak csúszó súlódás kzta teljesítményvesztesége, a kskeék ϕ szögelfdulásának függvényéen: P fcs ( ϕ ) F ( ϕ ) µ ( ϕ ) v ( ϕ ). (.) n Ennek meghatázásáhz a ϕ szögelfdulás függvényéen kell felín a fgpflk között kalakuló csúszósulódást eflyásló paaméteeket. fgaskeék kapcslódás vnalas áája alapján ételmezhető a ϕ szög, amely a kapcslódás N hatápntjától ndul, a kapcslódása lépés hatápntja és a klépés E hatápntja között lejátszódó flyamatk pllanatny étékének leíását szlgálja, és a kapcslóvnal mentén egészen az N hatápntg ételmezett (.. áa). z egymással kapcslódó fgak között éedő nmál fgeő felíható a vnalnymás alapján a φ szögelfdulás függvényéen. Étéke az alá összefüggéssel hatázható meg külső és első, egyenes és fede fgazatú fgaskeekek esetén (./a../. áa): F ( ) ( ϕ ) l n n cs ϕ. (.) kskeék nymatékának smeetéen felíható a vnalnymás főpnthz tatzó étéke: nh M ζ β N t cs( ). (.3).. áa. kapcslódás vnalas áája külső külső (al áa) és külső első (j áa) fgazatú keekek kapcslódása esetén [78]. - 36 -
Ph.D. dkt étekezés./a. áa. Külső fgazatú keekek kapcslódása../. áa. Külső és első fgazatú keekek kapcslódása. vnalnymás kapcslóvnal ment elszlásának felíásak fgyeleme vettem, hgy a fgak nem tökéletesen meevek, ugalmas alakváltzást szenvednek a tehelés alatt. Ezeknek a defmácóknak a fgyelemevételét különöző tehelés elszlás mdellek alkalmazásával étem el. fgak ugalmas defmácót úgy vesz számítása a.3. áán látható mdell, hgy a vnalnymás kapcslóvnal ment váltzását, a kapcslódás B és DE szakaszan lneásan váltzónak, BD szakaszán pedg állandónak teknt. vnalnymás elszlása, külső - külső és külső - első egyenes fgazatú keekek kapcslódása esetén (.3. áa), a következőképpen íható le [87] a kapcslóvnal B szakaszán: - 37 -
Ph.D. dkt étekezés,4 nh tgϕ, 4 nh N n ( ϕ ),43 nh. (.4) B B.3. áa. vnalnymás közelítő elszlása egyenes fgazat esetén, a ugalmas fg defmácók fgyelemevételével [87]. vnalnymás elszlása, külső - külső és külső - első egyenes fgazatú keekek kapcslódása esetén (.3. áa), a következőképpen íható le [87] a kapcslóvnal BD szakaszán: (ϕ ). (.5) Valamnt a kapcslóvnal DE szakaszán: n nh,4 nh tgϕ, 4 nh ND n ( ϕ ),57 nh. (.6) DE DE Külső és első fede fgazatú keekek esetén, a fgak ugalmas defmácót fgyeleme véve, a vnalnymás étéke a kapcslóvnal E szakaszán, Nemann G. és W. Rchte [] kutatása szent a következő összefüggéssel íható le: ahl: g α kapcslóhssz: [,4 cs( β ) ( π ξ ( ϕ ))] ϕ) cs, (.7) n ( nh g ξ α ( ϕ ) ( g ( ρ tgϕ )) α gα a ± a a. (.8) m sn α. (.9) t kskeék fgpfl göület sugaa az pntan (a felső előjelek a külső-külső fgazatú keek kapcslódásak, az alsó előjelek a külső-első fgazatú keekek kapcslódásak évényesek): ρ N ± a α m. (.) sn t a hely súlódás tényezőt az alá összefüggéssel számítm [88]: µ,88ln ( η p H u ) ( ϕ ) (,8 ln( p u η ),39) S 3 τ L p H H e η u S τ L hc g,, ( Λ) µ ( g ( Λ )). (.) - 38 -