Home    Produkty    Biuletyn    Aktualności    Kontakt    Serwis

BIULETYN INFORMACYJNY nr 5 - grudzień 2001

W numerze:

- eksploatacja układów i elementów hydraulicznych cz. I - KAWITACJA,
- silniki wolnoobrotowe wysokomomentowych,
- pompy łopatkowe - ELEMENTY.


EKSPLOATACJA UKŁADÓW i ELEMENTÓW HYDRAULICZNYCH cz. I

Korozja kawitacyjna (kawitacja) i jej wpływ na eksploatację pomp łopatkowych

Opis zjawiska kawitacji

Przyczyną wystąpienia zjawiska kawitacji jest obecność w czynniku roboczym (np. w oleju hydraulicznym) pęcherzyków gazu. Pęcherzyki takie powstają w wyniku miejscowego obniżenia ciśnienia do wartości, przy której temperatura wrzenia cieczy zbliża się do temperatury eksploatacyjnej. Zjawisko to zachodzi zwykle przy podciśnieniu większym niż 0,2 [bar]. Wypełnione gazem palnym pęcherzyki mają średnicę od 0.2 do 0.3 [mm]. Ich ilość zależy od wielkości podciśnienia. Pęcherzyki te nigdy nie łączą się ze sobą. Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym powstawaniu pęcherzyków są drgania mechaniczne.
Czynnik roboczy zawierający pęcherzyki gazu trafia do pompy. W wyniku jego sprężania następuje implozja pęcherzyków powodująca powstawanie fal uderzeniowych o długościach mikrometrowych (0.1 ... 0.2 [mikro m]). Fale te rozchodzą się z bardzo dużymi prędkościami (do 1000 [m/sek]). Zderzając się z powierzchnią wewnętrznych elementów pompy powodują erozję w postaci kraterów. Z biegiem czasu z pojedynczych kraterów tworzą się bardzo charakterystyczne skupiska wżerów kawitacyjnych. Uwolnione na skutek erozji cząstki metalu pozostają w czynniku roboczym i powodują zatarcie ruchomych części pompy.

 

Przykład zużycia kawitacyjnego - płyta boczna pompy łopatkowej

Kawitacja jest także źródłem niestabilności w pracy łopatek powodowanej zmianami ściśliwości czynnika roboczego.
Jeśli objętość pęcherzyków gazu jest większa niż 5% objętości czynnika roboczego, siły równoważące w pompie zostają zaburzone. W normalnych warunkach łopatki są hydraulicznie zrównoważone dla uniknięcia nadmiernego obciążenia, a zatem tarcia o pierścień krzywkowy podczas cyklu ciśnieniowego. Podczas cyklu ssania podciśnienie pod łopatkami przewyższa podciśnienie od strony górnej (od strony pierścienia krzywkowego). Powstała w wyniku tej nierównowagi siła, musi być równoważona siłą sprężyny (stare rozwiązania konstrukcyjne) lub naciskiem sworznia podtrzymującego. Występująca kawitacja narusza tę równowagę powodując odskakiwanie łopatek od pierścienia krzywkowego. Wpływa to na tworzenie się na wewnętrznej stronie pierścienia krzywkowego poprzecznych bruzd. Głębokość powstałych bruzd jest proporcjonalna do wielkości podciśnienia. Objawem niestabilności w pracy łopatek jest generowanie przez pompę hałasu o znacznie wyższej głośności niż normalnie.

 

Przykład powstania poprzecznych bruzd na wewnętrznej powierzchni pierścienia krzywkowego.

W przypadku pomp łopatkowych dodatkowym efektem zbyt dużego podciśnienia w przewodzie ssawnym będzie zanik filmu olejowego oddzielającego wirnik od płyt bocznych. Powstałe podciśnienie będzie bowiem powodowało odsysanie oleju, który normalnie smaruje te powierzchnie.

Trzy czynniki:

  • zniszczenie suchosmarujących powierzchni płyt bocznych (wżery pokawitacyjne),

  • cząstki metalu w czynniku roboczym (powstawanie “pasty ściernej"),

  • zanik filmu olejowego

powodują rozgrzewanie współpracujących z sobą powierzchni i ich zatarcie.

 

Przykład zużycia kawitacyjnego – wirnik pompy łopatkowej

Przyczyny występowania kawitacji i jej zapobieganie

Przyczyną powstania zjawiska kawitacji jest zwykle przekroczenie dopuszczalnego podciśnienia po stronie ssawnej pompy. Powodem wystąpienia zjawiska kawitacji mogą być:

  • zbyt duża lepkość czynnika roboczego (źle dobrany czynnik roboczy do warunków pracy, praca pompy z pełnym obciążeniem przy niskiej temperaturze),
  • dodatkowe opory w instalacji zasilającej pompę (np. zanieczyszczony filtr ssawny, zagięcia lub zmniejszenie przekroju przewodu zasilającego).

W celu uniknięcia kawitacji firma DENISON zaleca:

  • niestosowanie filtra ssawnego, umieszczenie filtra w przewodzie zlewowym lub zastosowanie filtracji bocznikowej,
  • zastosowanie przewodu ssawnego o takiej średnicy, aby prędkość wlotowa była nie niższa od 0.5 [m/s] i nie wyższa od 1.5 [m/s],
  • umieszczenie zbiornika możliwie najbliżej pompy,
  • unikanie zmian przekroju i gwałtownych zmian kierunku w przewodach ssawnych (szczególnie nie wskazane są zwężenia),
  • stosowanie czynników roboczych odpowiedniej jakości zawierających dodatki antykawitacyjne, które poprzez modyfikacje warstwy przyściennej zapobiegają skutkom implozji.

 


SILNIKI WOLNOOBROTOWE WYSOKOMOMENTOWE PROMIENIOWE MR, MRE, MRT, MRTE, MRD, MRDE, MRV, MRVE

 

Przekrój silnika MRE

Wyjątkowe osiągi tego silnika są rezultatem jego oryginalnej, opatentowanej konstrukcji. Na pierścień sferyczny wykonany mimośrodowo na wale (2) działają siły czynne wytwarzające moment bezpośrednio przy pomocy słupa oleju (A). Jest to oryginalne rozwiązanie w stosunku do popularnie stosowanych tłoków lub korbowodów.
Słup oleju jest zawarty w cylindrach teleskopowych (1), które wyłącznie uszczelniają go pomiędzy powierzchniami sferycznymi (3) pokryw (4) a pierścieniem sferycznym (2).
Szczególny dobór materiałów i optymalizacja konstrukcji pozwoliły zminimalizować tarcie, które w tego typu silnikach występuje między krzywką a dociskanymi do niej tłokami lub korbowodami. Dzięki temu silniki DENISON Calzoni posiadają znacznie wyższą sprawność.
Efektem nowatorskiej konstrukcji jest również znaczna redukcja ciężaru i wielkości całkowitej w porównaniu z innymi silnikami o podobnych parametrach.
Sterowanie przepływem cieczy roboczej realizowane jest przy pomocy zaworu obrotowego (5) napędzanego przez wał (8), który połączony jest z wałem obrotowym (2).
Zawór obrotowy obraca się pomiędzy płytą (6) a pierścieniem dociskającym (7). Elementy te przymocowane są do obudowy silnika. System ten jest również opatentowaną konstrukcją zrównoważoną ciśnieniowo i samokompensującą się w przypadku wzrostu temperatury.
Zalety tego typu zaworu połączonego z układem obrotowego pierścienia sferycznego (2) sprawiają, że jest to silnik o wysokiej sprawności mechanicznej i objętościowej oraz zapewniają bardzo niskie pulsacje momentu nawet przy bardzo małej prędkości obrotowej.

PARAMETRY PRACY

 

Typ silnika

MR MRT MRD MRV

Typ silnika

MRE MRTE MRDE MRVE

Ciśnienie szczytowe

420 [bar]

350 [bar]

Max. ciśnienie robocze

300 [bar]

250 [bar]

Ciśnienie robocze stałe

250 [bar]

210 [bar]

Max. ciśnienie A +B

400 [bar]

400 [bar]

Max. ciśnienie korpusowe

5 [bar] lub 15 [bar] przy specjalnym uszczelnieniu wału

5 [bar] lub 15 [bar] przy specjalnym uszczelnieniu wału

Moment startowy

od 90% do 95% teoretycznego

od 90% do 95% teoretycznego

Sprawność objętościowa

do 98%

do 98%

Sprawność całkowita

do 96%

do 96%

Zastosowanie silników

 


POMPY ŁOPATKOWE DENISON Hydraulics - Elementy

Łopatki dwuwargowe

Łopatki to najważniejsze elementy pompy łopatkowej. Od ich właściwej konstrukcji zależą podstawowe parametry pracy pompy. Łopatka, która podczas pracy będzie się odrywała od powierzchni prowadzącej pierścienia krzywkowego, będzie powodowała spadek sprawności objętościowej pompy. Dociskanie łopatki do pierścienia krzywkowego ze zbyt dużą siłą spowoduje szybkie uszkodzenie jej wargi i pierścienia. Firma DENISON skonstruowała i opatentowała łopatki i ich system docisku, w których opisane zjawiska nie występują.
Łopatki stosowane w pompach DENISON Hydraulics posiadają z trzech stron podwójne wargi. Zadaniem podwójnych warg jest utrzymywanie uszczelniającej warstewki oleju. Od spodu łopatki podparte są sworzniami, które kompensują obciążenia nie zrównoważone przez profil pierścienia, występujące podczas cyklu ssania. Ponadto posiadają otwory, które równoważą ciśnienie na górze i na dole łopatki. Tak skonstruowane łopatki pracują w stanie dokładnego zrównoważenia sił nad i pod łopatką i przy właściwych parametrach czynnika roboczego tarcie zredukowane jest do minimum. Uzyskany w ten sposób efekt to zmniejszenie zużycia pary łopatka+pierścień, obniżenie poziomu hałasu, uzyskanie wyższego ciśnienia i wyższej sprawności.
Inną zaletą konstrukcji dwuwargowej jest fakt, że pierwsza warga izoluje obszar niskiego ciśnienia, natomiast druga wysokiego. Zwiększa to żywotność pompy pracującej z zanieczyszczonym czynnikiem roboczym. Zużycie spowodowane cząstkami zanieczyszczeń będzie dotyczyć przede wszystkim pierwszej wargi. Druga warga pracująca w obszarze wysokiego ciśnienia posiada swoje własne uszczelnienie utrzymujące wysoką sprawność objętościową.


Podwójne wargi łopatki i specjalny profil pierścienia krzywkowego. Jedna warga łopatki pracuje w obszarze niskiego, natomiast druga wysokiego ciśnienia.

 

Porównanie spadku sprawności dla poszczególnych typów pomp po dodaniu zanieczyszczeń do czynnika roboczego

 

W celu uzyskania efektu przemienności pracy warg łopatki, skonstruowano pierścień krzywkowy o precyzyjnie określonej krzywiźnie. Ponieważ profil pierścienia krzywkowego przez cały czas pracy pompy powinien być niezmienny, jego powierzchnię wewnętrzną pokrywa się specjalną warstwą suchosmarującą. Warstwa ta, nawet przy nieodpowiednich warunkach rozruchu, zapewnia właściwy start, minimalizując niebezpieczeństwo mikro-zatarcia. Warstwa suchosmarująca kompensuje niedobór smarowania czynnikiem roboczym, ale nie zastępuje go. Jest to zapobieganie uszkodzeniom pierścienia krzywkowego tylko w przypadku krótkotrwałego braku właściwego smarowania.
Utrata profilu pierścienia krzywkowego narusza opisaną wyżej równowagę sił w pompie i doprowadza w krótkim czasie do całkowitego jej zniszczenia. W przypadku uszkodzenia (np. bruzdy poprzeczne powstałe w wyniku kawitacji) naprawa profilu pierścienia krzywkowego jest niemożliwa z uwagi na jego specjalny kształt, a także na brak możliwości odtworzenia warstwy suchosmarującej w warunkach warsztatowych.


AKTUALNIE WYDANE PRZEZ NAS BIULETYNY:
Biuletyn   nr 1 wrzesień 1999
Biuletyn   nr 2 grudzień 1999
Biuletyn   nr 3 maj        2000
Biuletyn   nr 4 grudzień 2000

Biuletyn   nr 5

grudzień 2001

Biuletyn   nr 6

grudzień 2002
Home    Produkty    Biuletyn    Aktualności    Kontakt    Serwis