SZENT ISTVÁN EGYETEM HIDRAULIKUS ENERGIA-ÁTALAKÍTÓK JELLEMZ I Doktori értekezés tézisei Török Sándor Gödöll 2005
A doktori iskola Megnevezése: M szaki Tudományi Doktori Iskola Tudományága: Agrárm szaki tudományok Vezet je: Dr. Szendr Péter egyetemi tanár Mez gazdasági tudományok doktora SZIE Gödöll, Gépészmérnöki Kar Témavezet : Dr. Faust Dezs egyetemi tanár Mez gazdasági tudomány kandidátusa SZIE Gödöll, Gépészmérnöki Kar... Az iskolavezet jóváhagyása... A témavezet jóváhagyása
TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS 5. 1. ANYAG ÉS MÓDSZER 9. 1.1. A HIDROSZTATIKUS MÉR RENDSZER KIALAKÍTÁSA 9. 1.1.1. A hidrosztatikus mér pad felépítése 9. 2. EREDMÉNYEK 9. 2.1. FOGASKERÉK SZIVATTYÚ M SZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA 9. 2.1.1. Kritikus szívótéri nyomás meghatározása 10. 2.1.2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék 11. 2.1.3.. Általános módszer hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározására 12. 2.1.4. Kagylógörbék felvétele 13. 2.2. FOGASKERÉK HIDROMOTOR M SZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA 14. 2.2.1. Nyomatéki jelleggörbék felvétele 14. 2.2.2. Új módszer hidromotorok m szaki állapotának meghatározására 15. 2.3. HIDRAULIKA SZIVATTYÚ VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZ H MÉRSÉKLET OLAJJAL 16. 2.3.1. Kritikus szívótéri nyomás 16. 2.3.2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék 17. 2.4. HIDROMOTOR VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZ H MÉRSÉKLET OLAJJAL 20. 2.4.1. Nyomatéki jelleggörbék 20. 2.4.2. Folyadéknyelési jelleggörbék 20. 2.4.3. Összhatásfok jelleggörbék 21. 2.5. TRANZIENS JELENSÉG VIZSGÁLATA FOGASKERÉK SZIVATTYÚNÁL 22. 2.5.1. Periodikus nyomáseloszlás vizsgálata Fourier analízis segítségével 27. 3. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 29. 4. KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK 32. 5. A KUTATÁS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK 33.
BEVEZETÉS A hidraulika alkalmazási területe az utóbbi évtizedekben jelent sen megnövekedett. Napjainkban nem képzelhet el korszer mez gazdasági er gép vagy munkagép hidraulikus elemek nélkül. A hidrosztatikus hajtással nagy er k és teljesítmények vihet k át fokozatmentesen, viszonylag nagy távolságra. Automatizálási feladatok terén bonyolult munkafolyamatok vezérlése és szabályozása könnyen megoldható. A legegyszer bb hidraulikus rendszer is olyan elemekb l épül fel, amelyek pontossága a dízel motorok adagolójának felel meg. Ezért a hidraulikus elemek tervszer hibamegel z karbantartásának és javításának elengedhetetlen eszköze a m szeres vizsgálat. Az értekezés célkit zései: 1.) Speciális hidrosztatikus mér rendszer kialakítása. 2.) Általános módszer kidolgozása hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározására. 3.) Új vizsgálati módszer kidolgozása hidromotorok m szaki állapotának meghatározására. 4.) Hidraulika szivattyúk üzemeltetési paramétereinek változását kimutatni az olaj h mérséklet függvényében: 5.) Hidromotorok üzemeltetési paramétereinek változását kimutatni az olaj h mérséklet függvényében: 6.) Tranziens jelenség vizsgálata hidraulika szivattyúnál: 5
1. ANYAG ÉS MÓDSZER 1. 1. A HIDROSZTATIKUS MÉR RENDSZER KIALAKÍTÁSA A hidrosztatikus mér rendszer tervezését a SZIE Rendszertechnika Intézet Áramlástechnika és Vízgazdálkodás Gépei Tanszékén végeztem. Annak megépítésére és beüzemelésére a Tanszék laboratóriumában került sor. Els sorban oktatási célra alkalmazzuk, de kutatási feladatok megoldására is alkalmas. Segítségével hidraulikus szivattyúk és hidromotorok összes jellemz i mérhet k, amelyek a következ k: térfogatáram, nyomás, nyomaték, fordulatszám és h mérséklet. Ezen paraméterek segítségével felvehet k azok a jelleggörbék, amelyek az üzemeltetés szempontjából a m szaki állapot megítélésére szolgálnak. A mér pad nemcsak hidraulikus szivattyúk és hidromotorok vizsgálatára alkalmas, hanem egyéb hidraulikus elemek mérése is elvégezhet rajta. Ehhez némi átalakítás és b vítés szükséges. 1. 1. 1. A hidrosztatikus mér pad felépítése A mér kör kapcsolási rajza a 1. ábrán látható. A mér pad három f szerkezeti részre bontható: I. Hidraulikus tápegység II. Motorkör III. Szivattyúkör 6
1. ábra : A hidrosztatikus mér pad 7
A hidrosztatikus mér pad elemei: 1. Tápegység 500 TE 40-160 2. 2/2-es útváltó és termosztát AVTB 3N 3252 3. Háromutas áramállandósító 3 FRM 10-20/SQL 4. Mér turbina HF 15/2-250 5. Hidromotor 12,5 TGL 10860 6. Nyomatékmér cella MOM (0...50 Nm) 7. Nyomásmér 213.100.25 (VIKA) 8. Nyomásmér 213.100.250 (VIKA) 9. Fojtó MG 10 10. Olaj-víz h cserél OHV-315 11. Mágnessz r MS 63 12. 2/2-es útváltó és termosztát AVTB 3N 3252 13. Fojtó visszacsapó szeleppel MK 20 G 14. Kézi elzáróelem A 20 TGL 21575 15. Hidraulikus szivattyú 12,5 TGL 10859 16. Nyomásmér 213.100.250 (VIKA) 17. Vákuummér 213.100-1/+1,5 (VIKA) 18. El vezérelt nyomáshatároló DB 10-30/315 LJ 19. Fordulatszám távadó 5ES-1/4.600.03 20. Dugattyús hidromotor A2F 1OR 4 Pl 21. Olaj-víz h cserél OHV-315 22. Tartály 250 dm 3 8
2. EREDMÉNYEK 2. 1. FOGASKERÉK SZIVATTYÚ M SZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA Ahhoz, hogy a fogaskerék szivattyú m szaki állapotáról meg tudjunk gy z dni, jelleggörbéket kell mérés útján felvenni. A szivattyút a 2. ábrán látható hidrosztatikus mér padra szereljük, amelynek kapcsolási rajzát az 1. ábra mutatja. 2. ábra: Hidrosztatikus mér pad A vizsgált fogaskerék szivattyú m szaki adatai: - gyártó: Monori MEZ GÉP - névleges térfogatáram: Q n = 10 dm 3 /min - névleges nyomás: p n = 160 bar - maximális nyomás: p max = 200 bar - névleges fordulatszám: p n = 1450min -1 - fordulatszám-tartomány: n = 500-3000 min -1 - hidraulika olaj: Hidro 30 A 3. ábrán a baloldali energia-átalakító a szivattyú és a jobboldali a hajtást biztosító hidromotor. 9
A kett között nyomatékmér cella létesít kapcsolatot, amely méri a szivattyú által felvett nyomatékot. 3. ábra: Hidraulikus energiaátalakítók A mérési adatok felvételét háromszori ismétléssel végeztem. A kiértékelésüket IBM PC számítógépen Excel segítségével végeztem. 2. 1. 1. Kritikus szívótéri nyomás meghatározása A vizsgálat során három szállítási jelleggörbét vettem fel a szívótéri vákuum függvényében. Ezután szerkesztéssel határoztam meg a kritikus szívótéri nyomás értékét, ahol a térfogatáram 2 3%-kal esik a geometriai szállításhoz képest (4. ábra). 10
Q [dm 3 /min] y = -106,63x 4 + 176,53x 3-105,31x 2 + 26,41x + 3 % 13,006 18 R 2 = 0,9969 16 14 12 10 n=2000 1/min 8 n=1450 1/min 6 n=1000 1/min 4 2 p skrit. 0 p s [bar] 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 4. ábra: Kritikus szívótéri nyomás 2. 1. 2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék Ezeket a jelleggörbéket a szivattyúra jellemz névleges fordulatszámon vettem fel (5. ábra). ö [%] Q[dm 3 /min] 80 70 60 50 40 12 10 8 ö =f(p) Q =f(p) Q H = -0,02p + 11,06 y = -0,0018x 2 + 0,3996x + 55,484 R 2 = 0,9211 Q = -0,00724p + 11,06 R 2 = 0,9981 P felv. [KW] Q o Q Q H 8 7 6 5 4 30 20 10 0 P Felv =f(p) y = 0,0205x + 0,1896 R 2 = 0,9986 n sz =1450 1/min p s =0.3 bar 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 3 2 1 0 p [bar] 5. ábra: Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék 11
2. 1. 3. Általános módszer hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározására A szállítási jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakja (6. ábra): Q Q o m p p n 1 ahol: Q = tényleges térfogatáram [dm 3 /min] Q o = geometriai térfogatáram [dm 3 /min] p = tényleges nyomás [bar] p n = névleges nyomás [bar] m = az egyenes meredeksége Ebb l az egyenes meredeksége: pn Q m = (1 ) p Qo A vizsgált szivattyú m szaki állapota megfelel nek tekinthet általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < 0,3 1 Q/Q o Q/Q o = - m p/p n + 1 Q o Q Q H 0,5 0 m = p n /p (1 - Q/Q o ) megfelelt, ha 0 m < 0,3 0 0,5 1 p/p n 6. ábra: Hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározása általános esetben 12
2. 1. 4. Kagylógörbék felvétele A 7. ábrán látható diagram jelent sége abban áll, hogy a szivattyúra jellemz legfontosabb paraméterek összetartozó értékként egy közös koordináta rendszerben találhatók. [%] Q [dm 3 /min] P felv. [KW] 85 80 ö =f(p) 16 =78 % 75 70 14 =75 % =72 % 65 60 15 12 55 50 Q=f(p) 10 45 40 10 3 8 35 2 30 6 25 20 5 p s =0.3 bar t=50 C o 1 4 15 P felv. =f(p) 10 2 5 0 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 p [bar] 7. ábra: Kagyló diagram 13
2. 2. FOGASKERÉK HIDROMOTOR M SZAKI ÁLLAPOTÁNAK MEGHATÁROZÁSA A vizsgált fogaskerék hidromotor m szaki adatai: - gyártó: Monori MEZ GÉP - fajlagos folyadéknyelés: q = 12,5 cm 3 /ford. - maximális nyomásesés: p = 160 bar - névleges fordulatszám n n = 1500 min -1 - fordulatszám-tartomány: n = 500 3000 min -1 - maximális nyomaték: M max = 30 Nm - hidraulika olaj: Hidro 30 2. 2. 1. Nyomatéki jelleggörbék felvétele A 8. ábrán a hidromotor nyomaték leadási jelleggörbéit látjuk a fordulatszám függvényében. Ezek a jelleggörbék állandó nyomásesés mellett lettek felvéve. M [Nm] 25 20 15 10 5 y = -0,0012x + 23,056 R 2 = 0,9704 p=40 bar p=60 bar p=80 bar p=100 bar p=120 bar 0 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 n [1/min] 8. ábra: Hidromotor nyomatéki jelleggörbéi 14
2.2.2. Új módszer hidromotorok m szaki állapotának meghatározására A 9. ábrán a vizsgált fogaskerék hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi láthatók a nyomásesés függvényében. Q [dm 3 /s] 0,5 Q = 0,0004 p + 0,3212 R 2 = 0,9981 0,45 0,4 0,35 0,3 Q H =0,0006 p+0,3212 Q Q o n=1000 [1/min] n=1200 [1/min] n=1500 [1/min] n=1800 [1/min] n=2000 [1/min] 0,25 0,2 p [bar] 20 40 60 80 100 120 140 9. ábra: Hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi Általánosan használható egyenlethez úgy juthatunk, ha a koordináta rendszert dimenzió nélküli változatban adjuk meg. Ezáltal a mértékegységekt l is függetlenítjük az egyenletet (10. ábra). Q/Q o 1,5 1 Q/Q o = m p/ p n + 1 Q H Q Q o m = p n / p (Q/Q o - 1) 0,5 megfelelt, ha 0 m < 0,3 p/ p n 0 0 0,5 1 10. ábra: Hidromotorok m szaki állapotának meghatározása 15
A folyadéknyelési jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakja: Q Q o p m p n 1 ahol: Q = tényleges térfogatáram [dm 3 /s] Q o = geometriai térfogatáram [dm 3 /s] p = tényleges nyomásesés [bar] p n = névleges nyomásesés [bar] m = az egyenes meredeksége Ebb l az egyenes meredeksége: pn Q m = ( 1) p Q A vizsgált hidromotor m szaki állapota megfelel nek tekinthet általános esetben, ha az egyenes meredeksége: o 0 < m < 0,3 2. 3. HIDRAULIKA SZIVATTYÚ VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZ H MÉRSÉKLET OLAJJAL Az olaj h mérsékletének változása nagyban befolyásolja a viszkozitás értékét. 2. 3. 1. Kritikus szívótéri nyomás A 11. ábrán látható három szállítási jelleggörbe (30, 40 és 50 C -on) a szívótéri vákuum függvényében 16
Q [dm 3 /s] 0,35 0,32 y = -1,9591x 4 + 3,2285x 3-1,922x 2 + 0,4824x + 0,2756 R 2 = 0,994 3% 0,29 0,26 0,23 n=1450 1/min t=30 C t=40 C t=50 C 0,20 p skrit. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 p s [bar] 11. ábra: Kritikus szívótéri nyomás a h mérséklet függvényében. 2. 3. 2. Szállítási, teljesítmény felvételi és összhatásfok jelleggörbék A vizsgálatokhoz a hidrosztatikus mér pad hidraulikus tápegységének (500 TE 40-160) fogaskerék szivattyúját használtam, amelynek m szaki adatai a következ k: - gyártó: Monori MEZ GÉP - névleges térfogatáram: Q n = 40 dm 3 /min - névleges nyomás: p n = 160 bar - maximális nyomás p max =200 bar - névleges fordulatszám: n n = 1450 min -1 - fordulatszám tartomány: n = 500 3000 min -1 - hidraulika olaj: Hidro 30 A jelleggörbéket itt is három különböz h mérséklet (30, 40 és 50 C -os) olajjal vettem fel. A 12. ábrán a szivattyú ún. saját motoros szállítási jelleggörbéi láthatók a nyomás függvényében. 17
y = -1,7381x 2 + 0,619x + 1487 Q [dm 3 /min] R 2 = 0,9986 n [min] 46 45 1540 1520 44 1500 43 1480 42 1460 1440 41 1420 40 1400 30 40 60 80 100 120 140 p [bar] t=30 C t=40 C t=50 C n 12. ábra: Saját motoros szállítási jelleggörbék Q [dm 3 /min] y = -0,2271x + 44,686 R 2 = 0,9649 n [min -1 ] 46,00 45,00 1540 1520 t=30 C t=40 C 44,00 1500 t=50 C 43,00 42,00 41,00 40,00 1480 1460 1440 1420 1400 p [bar] n=1450 1/min 30 40 60 80 100 120 140 13. ábra: Szállítási jelleggörbék állandó fordulatszámon 18
P f [KW] 15 13 y = 0,0002x 2 + 0,0675x + 1,2039 y = 0,0002x 2 + 0,0655x + 1,1433 11 9 7 5 y = 0,0002x 2 + 0,0616x + 1,1396 3 20 40 60 80 100 120 140 160 t=30 C t=40 C t=50 C p [bar] 14. ábra: Teljesítmény felvételi jelleggörbék A 14. ábrán a szivattyú teljesítmény felvételének változását látjuk a nyomás függvényében, különböz h mérséklet olajjal. A 15. ábrán a szivattyú összhatásfokának változását láthatjuk a nyomás függvényében, különböz h mérséklet olajjal. ö [%] 85 80 y = 2E-08x 4 + 2E-05x 3-0,0097x 2 + 0,9412x + 50,836 R 2 = 0,9875 75 70 65 t=30 C t=40 C t=50 C 60 55 p [bar] 20 40 60 80 100 120 140 160 15. ábra: Összhatásfok jelleggörbék 19
2. 4. HIDROMOTOR VIZSGÁLATA KÜLÖNBÖZ H MÉRSÉKLET OLAJJAL A vizsgálathoz ugyanazt a fogaskerék hidromotort használtam, amelyet a 2.2. fejezetben bemutattam. 2. 4. 1. Nyomatéki jelleggörbék A 16. ábrán a hidromotor nyomatéki jelleggörbéi láthatók a fordulatszám függvényében. M [Nm] 23 22 y = -0,0009x + 22,657 R 2 = 0,9841 y = -0,0007x + 22,113 R 2 = 0,9643 t=30 C 21 t=40 C 20 y = -0,0005x + 21,494 R 2 = 0,9592 t=50 C p=120 bar 19 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 n [1/min] 16. ábra: Hidromotor nyomatéki jelleggörbéi 2. 4. 2. Folyadéknyelési jelleggörbék A 17. ábrán a hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi láthatók a fordulatszám függvényében. 20
Q [dm 3 /s] 0,5 0,4 0,3 0,2 y = 0,0002x + 0,0249 R 2 = 0,9999 y = 0,0002x + 0,0083 R 2 = 0,9997 y = 0,0002x - 0,0064 R 2 = 0,9998 t=30 C t=40 C t=50 C p=120 bar 0,1 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 n [1/min] 17. ábra: Hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéi 2. 4. 3. Összhatásfok jelleggörbék A 18. ábrán a hidromotor összhatásfok jelleggörbéi láthatóak a fordulatszám függvényében. 86 84 82 80 78 76 p=120 bar y = -4E-06x 2 + 0,0092x + 73,96 y = -2E-06x 2 + 0,0002x + 84,695 R 2 = 0,9801 t=30 C t=40 C t=50 C 74 y = -6E-06x 2 + 0,0173x + 63,912 72 n[1/min] 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 18. ábra. Hidromotor összhatásfok jelleggörbéi 21
2. 5. TRANZIENS JELENSÉG VIZSGÁLATA FOGASKERÉK SZIVATTYÚNÁL A tranziens jelenségek változását különböz szívótéri vákuum értékeknél vizsgáltam. A méréshez nyúlásmér -bélyeges nyomásérzékel t, optó (fénykapus) fordulatszám-jeladót, valamint er sít t és PCL-718 típusú mér kártyát használtam, amely másodpercenként kb. 40 000 mintavételt képes produkálni. Ez a mérési módszer lehet séget biztosít arra, hogy az id ben nagyon gyorsan lezajló nyomásváltozást megfigyelhessük, illetve rögzíthessük. A 19. ábrán a nyúlásmér -bélyeges nyomásérzékel kalibrálása látható a nagypontosságú súlyterhelés manométer-vizsgáló készük segítségével. 19. ábra: Nyomásmér k kalibrálása A 20. ábrán a fogaskerék szivattyú kavitáció mentesen üzemel. Itt az egy fordulatra es nyomáslengések számát a fogszám (Z = 10) határozza meg. Megfigyelhet, hogy a szivattyú nyomásának fokozásával a lengések amplitúdója is növekszi. A 21. ábrán a szivattyú a kavitáció kezdetén üzemel. Látható, hogy a kavitációs üregek összeomlása milyen periodikusan történik. A 22. ábra mutatja a tranziens jelenséget teljesen kifejlett kavitáció mellett. 22
20. ábra: Tranziens jelenség kavitáció mentes üzemben 23
21. ábra: Tranziens jelenség a kavitáció kezdetén 24
22. ábra: Tranziens jelenség kavitációs üzemben 25
37,5+2,3sin2 N10+0,8cos(2 N+0,133 ) 22,5+1,4sin2 N10+0,6cos(2 N-0,975 ) 10+0,65sin2 N10+0,35cos(2 N-0,333 ) 23. ábra: Fourier analízis alkalmazása 26
2. 5. 1. Periodikus nyomáseloszlás vizsgálata Fourier analízis segítségével. A Fourier analízis egy tetsz leges periodikus rezgést harmonikus rezgések összegeként állít el : x(t) A 0 An sinn t Bn cosn t n 1 n 1 ahol A és B a Fourier együtthatók és n=1,2,3, A Fourier együtthatók a következ k: 2 1 A0 x(t) dt 0 A n 1 2 2 0 x(t)sin n tdt B n 1 2 2 0 x(t)cos n tdt Ahhoz, hogy a fogaskerék-szivattyú közepes nyomása és a fogankénti nyomáslüktetés amplitúdója között összefüggést tudjak megállapítani, els lépésként a nyomásingadozást leíró függvényt határoztam meg Fourier analízis segítségével (23. ábra). Az ábrán látható, hogy a fogaskerék szivattyú nyomócsonkján három különböz közepes nyomást hoztam létre, amelyeknek nyomásingadozása a következ függvényekkel adható meg: 1. 10 0,65 sin 2 N 10 0,35 cos(2 N 0,333 ) 2. 22,5 1,4 sin 2 N 10 0,6 cos(2 N 0,975 ) 3. 37,5 2,3 sin 2 N 10 0,8 cos(2 N 0,1333 ) 27
Az összefüggésekben N az egész fordulatokat jelenti. A sinus függvény az egy fog által keltett nyomáslökést írja le. A cosinus függvény a rendszer nyomáslengését adja meg. A 24. ábrán tüntettem fel a nyomáslökések amplitúdóját az üzemi nyomás függvényében. Az ábrából egyértelm en kiolvasható a két paraméter között a lineáris kapcsolat. Az egyenes egyenlete: p a = 0,0615 p ü ahol: p a = nyomáslökés amplitúdója [bar] p ü = üzemi nyomás [bar] p a [bar] 7 6 5 4 3 2 1 0 p a = 0,0615p ü R 2 = 0,9996 0 25 50 75 100 p ü [bar] 24. ábra: Fogaskerék szivattyú nyomásingadozása az üzemi nyomás függvényében 28
4. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1. Speciális hidrosztatikus mér rendszert alakítottam ki, amely alkalmas hidraulikus energia-átalakítók vizsgálatához: - statikus jelleggörbék felvételére, - dinamikus jellemz k meghatározására, - átmeneti folyamatok (tranziens jelenségek) rögzítésére és - mikrofolyamatok analizálására. 2. Általános vizsgálati módszert dolgoztam ki hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározására. A szállítási jelleggörbe meredekségére összefüggést munkáltam ki a következ k szerint: ahol: p m = n Q (1 ) p Q o m = az egyenes meredeksége p n = névleges nyomás [bar] p = tényleges nyomás [bar] Q = tényleges térfogatáram [dm 3 /min] Q o = geometriai térfogatáram [dm 3 /min] A vizsgált szivattyú m szaki állapota megfelel nek tekinthet általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < 0,3 A vizsgálati módszer el nyei a következ k: - független a szivattyú típusától, - nagyságától, - a mért paraméterek mértékegységét l és - a terhelés mértékét l. Ehhez a vizsgálandó szivattyú szállítási jelleggörbéjét kell felvenni a nyomás függvényében. Ezután meg kell határozni a jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakját: Q p m 1 Qo pn Ebb l a m szaki állapotra jellemz m meghatározható. 29
3. Új vizsgálati módszert dolgoztam ki hidromotorok m szaki állapotának meghatározására. A folyadéknyelési jelleggörbe meredekségére összefüggést munkáltam ki a következ k szerint: pn Q m = ( 1) p Qo ahol: m = az egyenes meredeksége p n = névleges nyomásesés [bar] p = tényleges nyomásesés [bar] Q = tényleges térfogatáram [dm 3 /s] Q o = geometriai térfogatáram [dm 3 /s] A vizsgált hidromotor m szaki állapota megfelel nek tekinthet általános esetben, ha az egyenes meredeksége: 0 < m < 0,3 A vizsgálati módszer el nyei a következ k: - független a hidromotor típusától, - nagyságától, - a mért paraméterek mértékegységét l és - a terhelés mértékét l. Ehhez a vizsgálandó hidromotor folyadéknyelési jelleggörbéjét kell felvenni a nyomásesés függvényében. Ezután meg kell határozni a jelleggörbe egyenletének dimenzió nélküli alakját: Q p m 1 Qo pn Ebb l a m szaki állapotra jellemz m meghatározható. 4. Fogaskerék hidraulika szivattyú üzemeltetési paramétereinek változását vizsgáltam különböz h mérséklet (30, 40 és 50 C ) olajjal: q v = f(p s ) kritikus szívótéri nyomás q v = f(p) szállítási jelleggörbe, P f = f(p) teljesítmény felvételi jelleggörbe ö = f(p) összhatásfok jelleggörbe A jelleggörbékb l a következ megállapítások tehet k (n=1450 min -1 és p=100 bar mellett, miközben az olaj h mérséklete 30 C -ról 50 C -ra növekszik): 30
- A kritikus szívótéri nyomás eltolódik a kisebb vákuumok irányába a h mérséklet növekedésével. - A szállítás 0,3 %-kal csökken a h mérséklet növekedésével. - A szivattyú ún. saját motoros jelleggörbéib l látható, hogy a fordulatszám a terhelés függvényében 6%-ot esik. - A szivattyú hajtásához szükséges teljesítmény 2,8 %-kal csökken az olaj h mérsékletének növekedésével. - Az összhatásfok 2 %-kal javul a h mérséklet növekedésével. 5. Fogaskerék hidromotor üzemeltetési paramétereinek változását vizsgáltam különböz h mérséklet (30, 40 és 50 C ) olajjal: M = f(n); p = áll. nyomatéki jelleggörbék, q v = f(n); p = áll. folyadéknyelési jelleggörbék, ö = f(n); p = áll. összhatásfok jelleggörbék A jelleggörbékb l a következ megállapítások tehet k (n=1500 min -1 és p = 120 bar mellett, miközben az olaj h mérséklete 30 C -ról 50 C -ra növekszik): - A hidromotor által leadott nyomaték 3 %-kal növekszik a h mérséklet emelkedésével. - A folyadéknyelés 10 %-kal növekszik a h mérséklet emelkedésével. - Az összhatásfok 5 %-kal romlik a h mérséklet növekedésével. 6. Tranziens jelenséget vizsgáltam fogaskerék szivattyúnál különböz szívótéri vákuum értékeknél: - kavitáció mentes üzemben, - a kavitáció kezdetén és - teljesen kifejlett kavitáció mellett. Mikrofolyamatok analízise segítségével összefüggést állapítottam meg a szivattyú üzemi nyomása és a lengések amplitúdója között. A két paraméter között egyértelm lineáris kapcsolat mutatható ki: p a = 0,0615 p ü 31
4. KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK A hidraulikus energia-átalakítók jellemz inek pontos meghatározásához elengedhetetlenül szükséges a m szeres vizsgálat, amely elvégezhet diagnosztikai m szerrel vagy hidrosztatikus mér pad segítségével. Hidraulika szivattyú m szaki állapotának meghatározása a szállítási jelleggörbe iránytangensének segítségével egyértelm en elvégezhet. Hidromotor m szaki állapotának meghatározása viszont a folyadéknyelési jelleggörbe meredekségének ismeretében tehet meg. Általánosan használható módszert sikerült létrehozni oly módon hogy a jelleggörbéket dimenzió nélküli koordináta rendszerben ábrázoltam. A vizsgálatok során lényeges, hogy az olaj h mérsékletét a szabványban rögzített értéken (50 ± 2 Cº) tartsuk. Vizsgálatokat végeztem különböz h mérséklet olajjal is. A h mérséklet növekedésével az olaj viszkozitása csökken. Ezáltal a résveszteség és a folyadéksúrlódás változik, így a jellemz paraméterek is módosulnak. Tranziens jelenségek vizsgálata során Fourier analízis segítségével megállapítottam, hogy a fogaskerék szivattyú üzemi nyomásának növelésével a lengések amplitúdója egyenes arányban növekszik. A hidraulikus energia-átalakítók jellemz inek további vizsgálatához a következ javaslatokat teszem: - Egy hidraulikus rendszer összhatásfokát alapvet en az energiaátalakítók hatásfokának szorzata határozza meg. Azonban a szivattyú és hidromotor m ködéséb l adódóan a veszteségek ellenkez el jel ek, ezért lenne szükséges a rendszer összhatásfokát vizsgálni különböz viszkozitású olajokkal és ezt optimalizálni. - Hidraulikus rendszerek diagnosztikai vizsgálatát kiterjeszteni a mikrofolyamatok analizálásával. A hidraulikus energia-átalakítók tengelyének egy körülfordulása alatt bekövetkez nyomásváltozások elemzését a Fourier analízis mellett keresztkorreláció segítségével. - Hidraulika szivattyúknál a kavitáció és a h mérséklet közötti numerikus összefüggések feltárását, modellalkotás segítségével. 32
5. A KUTATÁS TÉMAKÖRÉBEN MEGJELENT PUBLIKÁCIÓK Tudományos folyóiratok IDEGEN NYELVEN (LEKTORÁLT) 1. Török S.-Bártfai Z.: Cavitation and transient process of gear pumps. In: Hungarian Agricultural Engineering, No12/1999. p.73-74. 2. Török S.-Bártfai Z.: New methods for the evaluation of the technical condition of the hydro motors. In: Hungarian Agricultural Engineering. 2005. (megjelenés alatt) MAGYAR NYELVEN (LEKTORÁLT) 3. Török S.-Sassy L.: Hidromotor vizsgálata különböz h mérséklet olajjal. Járm vek, Épít ipari és mez gazdasági Gépek.1995. 42.évf. 5. sz., p. 185-187. 4. Török S.-Sassy L.: Hidraulikus energia-átalakítók vizsgálata különböz h mérséklet olajjal. Mez gazdasági Technika. 1996., XXXVII. évf. 5.sz., p.2-6. 5. Török S.: Általános módszer hidraulika szivattyúk m szaki állapotának meghatározására. Mez gazdasági Technika. 2005. (megjelenés alatt) 6. Török S.: Új módszer hidromotorok m szaki állapotának meghatározására. Gép. 2005. (megjelenés alatt) Tudományos konferencia el adás kiadványban megjelentetve MAGYAR NYELVEN 7. Török S.: Hidraulika szivattyúk és hidromotorok vizsgálatának metrológiai kérdései. Az agrár-fels oktatási intézmények fiatal oktatóinak és kutatóinak VI. Országos konferenciája. Mosonmagyaróvár, 1981. 8. Török S.: Hidromotorok és hidraulika szivattyúk vizsgálatára alkalmas mér pad. MTA-MÉM Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1981. 33
9. Sassy L.-Török S.: Hidraulikus elemek vizsgálatának metrológiai kérdései. MTA-MÉM Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1982. 10. Sassy L.-Török S.: Szivattyús gépcsoportok komplex vizsgálatára szolgáló mér állomás kialakítása. MTA-MÉM Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1984. 11. Török S.: Hidromotorok és hidraulika szivattyúk vizsgálatára alkalmas mér pad kialakítása. Mez gazdasági Gépesítési Konferencia. Mez túr, 1984. 12. Sassy L.-Török S.-Disztl J.: Hidraulikus rendszerek irányító elemeinek vizsgálata. MTA-MÉM Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1987. 13. Sassy L.-Török S.-Böröczky D.: Hidraulika testerek kalibrálására alkalmas mér rendszer kialakítása. MTA-MÉM Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1987. 14. Török S.-Sassy L.: Hidromotor vizsgálata különböz h mérséklet olajjal. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1995. 15. Török S.-Sassy L.: Hidraulika szivattyú vizsgálata különböz h mérséklet olajjal. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1996. 16. Török S.-Sassy L.: Kavitációs jelenség vizsgálata olajhidraulika szivattyúnál. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1997. 17. Török S.-Sassy L.: Hidraulika szivattyú kagylógörbéinek felvétele hidrosztatikus mér padon. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1998. 34
18. Török S.-Sassy L.-Stampel J.: Kavitáció, kritikus szívótéri nyomás és tranziens jelenség fogaskerék szivattyúnál. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 1999. 19. Török S.: Kavitáció és tranziens jelenség fogaskerék szivattyúnál. MTA Agrár-M szaki Bizottsága Kutatási Tanácskozás. Gödöll, 2000. 20. Török S.: Vizsgálati módszerek a hidraulika rendszerek üzemeltetési jellemz inek meghatározására. XXXVI. Országos Mez gazdasági Gépesítési Tanácskozás, Gyöngyös, 2000. Könyv (jegyzet) MAGYAR NYELVEN 21. Sassy L.-Török S.: Áramlástani mérések. (10 ív) GATE jegyzet. Gödöll, 1983. 22. Török S.: Hidraulikai mérések. (9 ív) GATE jegyzet. Gödöll, 1988. 23. Sassy L.-Török S.: Áramlástan mérési jegyz könyvek. (2 ív) GATE jegyzet. Gödöll, 1995. Egyéb publikációk 24. Török S.: Mez gazdasági gépek hidraulikus rendszerének és elemeinek komplex vizsgálatára alkalmas mér rendszer kialakítása. Egyetemi doktori disszertáció. Gödöll, 1985. 35