EXPERIMENTÁLNÍ ÚLOHY V TEKUTINOVÝCH MECHANIZMECH

VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA Fakulta strojní katedra hydromechaniky a hydraulických zařízení EXPERIMENTÁLNÍ ÚLOHY V TEKUTINOVÝCH MECHANIZMECH Dr. Ing. Lumír Hružík 008 Ostrava

Obsah OBSAH... 1 ÚVOD... 4 1. ŠKRTICÍ VENTIL TLAKOVĚ ZÁVISLÝ... 5 1.1 PRŮTOKOVÁ CHARAKTERISTIKA TLAKOVĚ ZÁVISLÉHO ŠKRTICÍHO VENTILU... 5 1. ŘÍDICÍ CHARAKTERISTIKA TLAKOVĚ ZÁVISLÉHO ŠKRTICÍHO VENTILU... 11. Q - Dp CHARAKTERISTIKA ŠKRTICÍHO VENTILU SE STABILIZACÍ... 14 3. Q - p CHARAKTERISTIKA HYDRAULICKÉHO AGREGÁTU... 18 4. TLAKOVÉ ZTRÁTY ŠOUPÁTKOVÉHO ROZVÁDĚČE... 1 5. PRŮTOKOVÁ CHARAKTERISTIKA ROTAČNÍHO HYDROMOTORU... 4 6. STANOVENÍ MODULU PRUŽNOSTI MINERÁLNÍHO OLEJE A HADICE... 31 7. VLIV TIXOTROPIE NA TOKOVOU KŘIVKU PLASTICKÉHO MAZIVA... 39 8. TLAKOVÉ ZTRÁTY V POTRUBÍ PŘI PROUDĚNÍ PLASTICKÉHO MAZIVA... 43 9. DYNAMIKA ROTAČNÍHO HYDROMOTORU ŘÍZENÉHO PROPORCIONÁLNÍM ROZVÁDĚČEM... 50 LITERATURA... 60 1

SEZNAM POUŽITÝCH OZNAČENÍ, VELIČIN A JEDNOTEK Značka Název veličiny Rozměr d vnitřní průměr potrubí mm d H vnitřní průměr hadice mm d 0 vnitřní průměr skleněné trubice mm d P průměr pístnice mm dg/dt rychlost smykové deformace mm f vlastní frekvence Hz k počet dílků otevření ventilu 1 k max max. počet dílků odpovídající max. otevření ventilu 1 l H délka hadice m l TR délka potrubí m n otáčky min -1, s -1 p tlak MPa, bar p max maximální tlak bar p S střední hodnota tlaku bar s H tloušťka stěny hadice mm s TR tloušťka stěny potrubí mm t čas s t t teplota pracovní kapaliny C t o teplota okolí C utd napětí tachodynama V uv řídicí napětí V v s střední rychlost proudění kapaliny m.s -1 D vnější průměr potrubí mm D P průměr pístu mm E H modul pružnosti hadice Pa E TR modul pružnosti potrubí Pa K o modul pružnosti oleje (kapaliny) Pa K TD zesílení tachodynama V.min Q průtok m 3.s -1, dm 3.min -1, l.min -1 Q s střední průtok m 3.s -1 P výkon kw T perioda kmitání s U napětí V V g geometrický objem m 3, dm 3, cm 3 V O, H objem oleje v hadici m 3 V O, TR objem oleje v trubce m 3

Dh změna hladiny oleje v odměrné trubici m Δ p velikost překmitu tlaku bar Δp z tlaková ztráta v potrubí bar Δt časový úsek, interval s Δ utd velikost překmitu napětí tachodynama utd V ΔU změna napětí V ΔV změna objemu maziva v hydromotoru m 3 DV O, TR změna objemu oleje v trubce m 3 DV O, H změna objemu oleje v hadici m 3 Δx změna polohy pístnice m Δ Dp velikost překmitu tlakového spádu bar η dynamická viskozita Pa.s η Q průtoková účinnost 1 j poměrné otevření 1 n kinematická viskozita m.s -1, mm.s -1 t smykové napětí Pa.s t 0 mez plasticity Pa.s 3

Úvod Skriptum slouží jako pomůcka pro studenty v předmětech zabývajících se tekutinovými mechanizmy při přípravě na laboratorní úlohy, během měření v laboratoři a pro zpracování naměřených dat a vypracování zprávy o měření. Studenti získají při práci v laboratořích zkušenosti s měřením vybraných charakteristik z oblasti tekutinových mechanizmů. Skriptum využijí nejen studenti předmětu tekutinové mechanizmy, ale rovněž studenti předmětů řízení hydraulických mechanizmů, technická diagnostika a mazací technika. V jednotlivých úlohách jsou uvedeny schémata měřených obvodů s popisem jejich funkce včetně specifikace prvků, potřebné výpočtové vztahy, příklad výpočtu, tabulky pro záznam naměřených a vypočtených veličin a výsledky měření ve formě grafů. V úvodu jsou popsány úlohy týkající se měření statických charakteristik tlakově závislého škrticího ventilu, ventilu se stabilizací a charakteristik hydraulického agregátu jako zdroje tlaku a průtoku. Tyto statické charakteristiky jsou proměřeny na hydraulickém praktikátoru. Hydraulický praktikátor umožňuje zapojení jednoduchých hydraulických obvodů (např. obvodu pro řízení směru a rychlosti pohybu pístnice přímočarého hydromotoru se šoupátkovým rozváděčem a škrticími ventily) a proměření statických charakteristik v obvodu zapojených prvků. Ve skriptě je popsána úloha týkající se měření tlakových ztrát šoupátkového rozváděče v závislosti na průtoku, kdy velikost průtoku je řízena regulačním hydrogenerátorem. Další úloha se zabývá měřením průtokové charakteristiky a průtokové účinnosti rotačního hydromotoru. Moment na hřídeli hydromotoru je vyvozován hydraulicky hydrogenerátorem a tlakovým ventilem. Ve skriptě je popsána úloha týkající se měření modulu pružnosti hydraulické kapaliny - minerálního oleje a hydraulické hadice. Dále je uvedena úloha týkající se měření tokové křivky kapaliny rotačním viskozimetrem včetně vlivu tixotropie na průběh tokové křivky. Následuje úloha zabývající se měřením tlakové ztráty při proudění vazko plastické kapaliny (plastického maziva) v potrubí. Poslední úloha se zabývá měřením přechodových charakteristik hydrostatického pohonu s rotačním hydromotorem pro varianty s hmotnou zátěží a bez zátěže, kdy průtok do hydromotoru je řízen proporcionálním rozváděčem připojeným na zdroj konstantního tlaku. V rámci laboratorních úloh se studenti seznámí s moderními v praxi využívanými snímači a měřicími přístroji. 4

1. Škrticí ventil tlakově závislý Škrticí ventily se v hydraulických obvodech používají k řízení velikosti průtoku kapaliny. Změnou velikosti průtoku do hydromotoru se řídí u přímočarého hydromotoru rychlost, u rotačního hydromotoru se řídí otáčky. Budou proměřeny průtokové charakteristiky Q = f (Dp) jako závislosti průtoku Q škrticím ventilem na tlakovém spádu Dp na škrticím ventilu pro různě nastavené průtokové průřezy škrticího ventilu (pro různé hodnoty poměrného otevření j škrticího ventilu) [13]. Dále budou proměřeny řídicí charakteristiky Q = f (j) jako závislost průtoku Q škrticím ventilem na poměrném otevření j při konstantním tlakovém spádu Dp na ventilu [13]. 1.1 Průtoková charakteristika tlakově závislého škrticího ventilu Zadání Změřte průtokové charakteristiky Q = f (Dp) tlakově závislého škrticího ventilu jako závislosti průtoku Q škrticím ventilem na tlakovém spádu Dp na škrticím ventilu při konstantním otevření k (poměrném otevření j) škrticího ventilu [13]. Průtokové charakteristiky budou proměřeny pro otevření ventilu k = 35, 40 a 45 dílků. Popis funkce obvodu Zdrojem tlakové kapaliny je hydraulický agregát PA-63-4 Hytos Vrchlabí. Skládá se z hydrogenerátoru HG, který je umístěn v nádrži N s minerálním olejem, elektromotoru M upevněným na víku nádrže, pojistného ventilu PV a dalších prvků. V nádrži je umístěn teploměr. Hydrogenerátor HG je poháněn elektromotorem M. Kapalina teče z hydrogenerátoru HG přes hadici H1, škrticí ventil ŠV (VS 1 10), hadici H, hydromotor HM a hadici H3 zpět do nádrže. Obvod je chráněn před přetížením pojistným ventilem PV. Tlaky na vstupu a výstupu škrticího ventilu ŠV se odečtou na manometrech M1 a M. Nezatížený hydromotor HM s tachodynamem TD je zapojen do obvodu za účelem měření stacionárního průtoku Q. Pojistným ventilem PV je dovoleno nastavit maximální tlak na výstupu agregátu p max = 4 MPa. Tlak na výstupu agregátu je měřen manometrem MP. Experimentálně zjištěná měrná hmotnost minerálního oleje při teplotě t t = 3 C je ρ = 878 kg.m -3. Hydraulický obvod pro experimentální stanovení Q = f (Dp) charakteristiky tlakově závislého škrticího ventilu je zobrazen na obr. 1.1. Specifikace prvků dle obr. 1.1: hydraulický agregát (HG, M, N, PV): PA-63-4, Hytos Vrchlabí, pojistný ventil PV: ARAM-0/350, ATOS, škrticí ventil ŠV: VS 1 10, Hytos Vrchlabí, Manometry MP, M1: manometr s deformačním členem (Bourdonovou trubicí), rozsah (0 60 bar), přesnost měření 1 %, 5

snímač tlaku M: Snímač tlaku PR 15 Hydrotechnik s měřicím přístrojem M 5000 Hydrotechnik, rozsah (0 60 bar), přesnost měření snímače ± 0,5 %, rotační hydromotor HM: geometrický objem V g = 39,48.10-6 m 3, tachodynamo TD: 0V zesílení K = -1 1000min = 0,0V. min, snímač napětí (voltmetr) SN, teploměr T, hadice H1, H, H3. Schéma zapojení Obr. 1.1 Schéma hydraulického obvodu Postup měření 1) Nastaví se průtokový průřez škrticího ventilu ŠV, který odpovídá otevření ventilu k = 35 dílků. (Uzavřenému ventilu odpovídá počet k = 0 dílků na stupnici ventilu, otevřenému ventilu odpovídá maximální počet k max = 104 dílků.) ) Pomocí pojistného ventilu PV se nastaví tlakové spády na škrticím ventilu ŠV. Snímá se tlak p 1 na manometru M1 před škrticím ventilem a tlak p na snímači tlaku M za škrticím ventilem. Na voltmetru SN se odečte napětí U tachodynama TD. Odečte se teplota oleje t t v nádrži. 3) Při známém zesílení tachodynama TD se stanoví ze změřeného napětí U na tachodynamu TD otáčky n hydromotoru HM. Při daném geometrickém objemu V g hydromotoru HM se následně stanoví průtok Q hydromotorem. 4) Nastaví se průtočný průřez škrticího ventilu ŠV, který odpovídá otevření ventilu k = 40 dílků a opakují se body a 3 postupu měření. 6

5) Nastaví se průtočný průřez škrticího ventilu ŠV, který odpovídá otevření ventilu k = 45 dílků a opakují se body a 3 postupu měření. Praktikátor Hydraulický obvod dle obr. 1.1 je zapojen na hydraulickém praktikátoru. Na obr. 1. je pohled na přední část praktikátoru s hydraulickými prvky. Obr. 1. Foto praktikátoru, pohled na přední část Praktikátor umožňuje sestavit jednoduché hydraulické obvody propojením hydraulických prvků hadicemi. Na obr. 1.3 je pohled na zadní část praktikátoru (pohled na propojení hydraulických prvků hadicemi). Na obr. 1.4 je pohled na hydraulický agregát PA-63-4 Hytos Vrchlabí, který je zdrojem tlakové kapaliny praktikátoru. Obr. 1.3 Foto praktikátoru, pohled na zadní část (propojení hydraulických prvků hadicemi) 7

Obr. 1.4 Foto praktikátoru, pohled na hydraulický agregát Výpočtové vztahy Zesílení tachodynama TD: Geometrický objem hydromotoru HM: K V 0V = 1000min TD = -1 0,0V. min (1.1.1) -6 3 g = 39,48.10 m (1.1.) Tlakový spád na škrticím ventilu ŠV: Dp = p 1 - p (p 1 je tlak na manometru M1, tlak p je tlak na manometru M.) Otáčky hydromotoru HM: n = U K TD (1.1.3) (1.1.4) (U je napětí na tachodynamu TD změřené voltmetrem SN.) Objemový průtok hydromotorem HM: Q = V. n (1.1.5) g Poměrné otevření ventilu: j = k k max (1.1.6) (k je počet dílků na stupnici ventilu odpovídající danému průtočnému průřezu ventilu, k max je počet dílků na stupnici ventilu odpovídající maximálně otevřenému ventilu.) Poměrné otevření j ventilu odpovídající otevření ventilu k = 35, 40, 45 dílků k 35 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 337 (1.1.7) k 104 k 40 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 385 (1.1.8) k 104 k 45 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 433 (1.1.9) k 104 max max max 8

Tabulky naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 35, 40, 45 dílků Tab. 1.1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 35 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,337 č. měření p 1 p U Dp n n Q [-] [MPa] [MPa] [V] [MPa] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3,4 0,39 4,0 3,01 01 3,35 13,3 3 4 5 6 7 8 9 10 Teplota oleje: t t = 40 C, kinematická viskozita n = 47,6 mm.s -1 (změřeno). Legenda k Tab 1.1: p 1 tlak na manometru M1 (změřeno), p tlak na manometru M (změřeno), U napětí na tachodynamu TD (změřeno), Dp tlakový spád na škrticím ventilu ŠV (vypočteno), n otáčky hydromotoru HM (vypočteno), Q objemový průtok škrticím ventilem ŠV (vypočteno). Příklad výpočtu (měření č.1) Tlakový spád na škrticím ventilu ŠV: D = p - p = (3,4-0,39)MPa 3,01MPa (1.1.10) p 1 = U 4,0V 1-1 Otáčky hydromotoru HM: n = = = 01min - = 3,35s (1.1.11) K 0,0V.min TD Objemový průtok škrticím ventilem ŠV: Q -6 3-1 -5 3-1 = Vg.n = 39,48 10 m 3,35s = 13,3 10 m. s (1.1.1) 9

Tab. 1. Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 40 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,385 č. měření p 1 p U Dp n n Q [-] [MPa] [MPa] [V] [MPa] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3 Tab. 1.3 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 45 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,433 č. měření p 1 p U Dp n n Q [-] [MPa] [MPa] [V] [MPa] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3 Průtokové charakteristiky Q = f (Dp) tlakově závislého škrticího ventilu, otevření ventilu k = 35, 40, 45 dílků (poměrné otevření ventilu j = 0,337, 0,385, 0,433) 35 30 5 Q (10-5.m 3.s -1 ) 0 15 10 5 k = 35 dílků k = 40 dílků k = 45 dílků 0 0 0.5 1 1.5.5 3 3.5 Dp (MPa) Obr. 1.5 Průtokové charakteristiky Q = f (Dp) tlakově závislého škrticího ventilu, k = 35 dílků (j = 0,337), k = 40 dílků (j = 0,385), k = 45 dílků ( j = 0,433) 10

Závěr Byly proměřeny průtokové charakteristiky tlakově závislého škrticího ventilu VS 1 10 pro otevření ventilu k = 35, 40, 45 dílků (poměrné otevření ventilu j = 0,337, 0,385, 0,433). Z obr. 1.5 je vidět nárůst objemového průtoku Q se zvětšujícím se tlakovým spádem Dp na ventilu při konstantním otevření k ventilu, přičemž závislost Q = f (Dp) je nelineární (mocninná funkce). Z obr. 1.5 je rovněž vidět, že při konstantním tlakovém spádu na ventilu narůstá průtok ventilem při zvětšujícím se otevření ventilu k (při zvětšujícím se průtočném průřezu). 1. Řídicí charakteristika tlakově závislého škrticího ventilu Zadání Změřte řídicí charakteristiky Q = f (j) tlakově závislého škrticího ventilu jako závislosti průtoku Q škrticím ventilem na jeho poměrném otevření j při konstantním tlakovém spádu Dp na škrticím ventilu [13]. Řídicí charakteristiky budou proměřeny při tlakových spádech na škrticím ventilu Dp = 1 MPa a Dp = MPa. Popis funkce obvodu, schéma zapojení, výpočtové vztahy Popis funkce obvodu, schéma zapojení a výpočtové vztahy jsou stejné jako v kap. 1.1. Postup měření 1) Při úplně uzavřeném škrticím ventilu ŠV se nastaví pomocí pojistného ventilu PV na škrticím ventilu ŠV hodnota tlakového spádu Dp = 1 MPa, která při uzavřeném ventilu odpovídá tlaku p 1 na manometru M1. ) Postupně se po k = 4 dílcích na stupnici škrticího ventilu ŠV ventil otevírá. Po celou dobu měření se udržuje konstantní tlakový spád Dp = p 1 p na škrticím ventilu jako konstantní rozdíl tlaku p 1 na manometru M1 a tlaku p na snímači tlaku M. Pro jednotlivá otevření škrticího ventilu ŠV, odpovídající počtu dílků k na stupnici ventilu, se odečte na voltmetru SN napětí U tachodynama TD. Odečte se teplota oleje t t v nádrži. 3) Při známém zesílení tachodynama TD a geometrickém objemu V g hydromotoru HM se stanoví otáčky hydromotoru HM a následně průtok Q hydromotorem HM. 4) Při úplně uzavřeném škrticím ventilu ŠV se nastaví pomocí pojistného ventilu PV na škrticím ventilu ŠV hodnota tlakového spádu Dp = MPa, která při uzavřeném ventilu odpovídá tlaku p 1 na manometru M1. Znovu se zopakují body a 3 postupu měření. Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Legenda k Tab. 1.4: k počet dílků na stupnici škrticího ventilu ŠV odpovídající danému průtočnému průřezu - otevření ventilu (pro uzavřený ventil je k = 0 dílků, úplně otevřenému ventilu odpovídá maximální počet dílků k max = 104), 11

U napětí na tachodynamu TD (změřeno), p 1 tlak p 1 na manometru M1 před škrticím ventilem ŠV (změřeno), p tlak p na snímači tlaku M za škrticím ventilem ŠV (změřeno), Dp tlakový spád na škrticím ventilu ŠV (vypočteno), j poměrné otevření škrticího ventilu ŠV (vypočteno), n otáčky hydromotoru HM (vypočteno), Q objemový průtok škrticím ventilu ŠV (vypočteno). Tab. 1.4 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, tlakový spád na škrticím ventilu Dp = 1 MPa č. měření k U p 1 p Dp j n n Q [-] [-] [V] [MPa] [MPa] [MPa] [-] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 0 4 3 8 4 1 5 16 6 0 7 4 8 8 9 3 10 36 11 40 1 44 5,34 1,69 0,69 10 0,43 67 4,45 17,57 13 48 14 5 15 56 0 60 Teplota oleje t t = 9 C, kinematická viskozita n = 89,4 mm.s -1 (změřeno). Příklad výpočtu (měření č.1) k 44 Poměrné otevření škrticího ventilu ŠV: j = = = 0, 43 (1..1) k 104 max 1

Tlakový spád na škrticím ventilu: D = p - p = (16,9-6,9)MPa 10MPa (1..) p 1 = U 5,34V 1-1 Otáčky n hydromotoru HM: n = = = 67min - = 4,45s (1..3) K 0,0V min Objemový průtok hydromotorem HM: Q TD -6 3-1 -5 3-1 = Vg.n = 39,48 10 m 4.45s = 17,57 10 m s (1..4) Tab. 1.5 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, tlakový spád na škrticím ventilu Dp = MPa č. měření k U p 1 p Dp j n n Q [-] [-] [V] [MPa] [MPa] [MPa] [-] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 0 4 3 8 1 Řídicí charakteristiky Q = f (j) tlakově závislého škrticího ventilu 45 40 35 Q(10-5 m 3.s -1 ) 30 5 0 15 10 1 MPa 5 MPa 0 0 0.1 0. 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 j (-) Obr. 1.6 Řídicí charakteristiky Q = f (j) tlakově závislého škrticího ventilu (modrá: tlakový spád Dp = 1 MPa, červená: tlakový spád Dp = MPa) Závěr Byly proměřeny statické řídicí charakteristiky Q = f (j) tlakově závislého škrticího ventilu jako závislost objemového průtoku Q na poměrném otevření j ventilu při konstantních tlakových spádech Dp = 1 MPa a Dp = MPa na ventilu. Z obr. 1.6 je vidět oblast necitlivosti škrticího ventilu pro poměrné otevření j = (0 0,). Průtok Q začíná narůstat až od hodnoty poměrného otevření j = 0,. 13

. Q - Dp charakteristika škrticího ventilu se stabilizací Při řízení průtoku hydromotorem pomocí tlakově závislého škrticího ventilu dochází se změnou zátěže (momentu, síly) na hydromotoru ke změně tlakového spádu na tlakově závislém škrticím ventilu. To vede ke změně otáček u rotačního a rychlosti u přímočarého hydromotoru. V případě zapojení tlakově závislého škrticího ventilu v sérii s hydromotorem dochází při zvýšení zátěžného momentu na hřídeli rotačního hydromotoru k poklesu jeho otáček, při poklesu momentu se otáčky hydromotoru zvýší. Obdobně u přímočarého hydromotoru dochází při zvýšení zátěžné síly na pístnici hydromotoru k poklesu rychlosti pohybu pístnice, v případě poklesu zátěžné síly rychlost pístnice vzrůstá. Konstantní průtok kapaliny hydromotorem při změně zatížení je možno zajistit dvoucestným nebo třícestným škrticím ventilem se stabilizací tlakového spádu. Jedná se o propojení škrticího ventilu s redukčním ventilem. U dvoucestných škrticích ventilů se stabilizací se konstantního tlakového spádu na škrticím ventilu dosahuje sériovým připojením redukčního ventilu ke škrticímu ventilu, u třícestných škrticích ventilů se stabilizací je redukční ventil připojen ke škrticímu ventilu paralelně. Zadání Změřte Q - Dp charakteristiku dvoucestného škrticího ventilu se stabilizací tlakového spádu jako závislost průtoku Q ventilem se stabilizací na tlakovém spádu na ventilu se stabilizací při konstantním poměrném otevření j dvoucestného škrticího ventilu se stabilizací. Q - Dp charakteristiky budou proměřeny pro průtočné průřezy ventilu odpovídající počtu dílků na stupnici ventilu k = 65, 55 a 45. Schéma zapojení, popis funkce obvodu včetně specifikace prvků a výpočtové vztahy Schéma obvodu je zobrazeno na obr..1. Obr..1 Schéma hydraulického obvodu se škrticím ventilem se stabilizací 14

Zapojení obvodu, popis funkce obvodu včetně specifikace prvků a výpočtové vztahy jsou stejné jako v kap. 1.1 s tím rozdílem, že jako škrticí ventil ŠV je místo tlakově závislého škrticího ventilu VS 1 10 v obvodu zapojen dvoucestný škrticí ventil VSS1 10 se stabilizací tlakového spádu. Postup měření 1) Nastaví se průtočný průřez škrticího ventilu ŠV, který odpovídá počtu dílků na stupnici ventilu k = 65. (Zavřenému ventilu odpovídá na stupnici ventilu počet dílků k = 0, úplně otevřenému ventilu odpovídá maximální počet dílků k max = 0.) ) Pomocí pojistného ventilu PV se nastavují tlakové spády na škrticím ventilu ŠV. Měří se tlak p 1 na manometru M1 před škrticím ventilem a tlak p na snímači tlaku M za škrticím ventilem. Odečítá se napětí U tachodynama TD na voltmetru SN. Odečte se teplota oleje t t v nádrži. 3) Tlakový spád Dp = p 1 p na škrticím ventilu se stanoví jako rozdíl tlaků p 1 a p. Při známém zesílení tachodynama TD se stanoví, ze změřeného napětí U na tachodynamu, otáčky hydromotoru HM. Při známém geometrickém objemu V g hydromotoru HM se následně stanoví průtok Q hydromotorem. 4) Měření dle bodů 1, a 3 postupu měření se obdobně zopakuje pro průtočný průřez ventilu odpovídající nastavení na stupnici ventilu k = 55 a 45 dílků. Poměrné otevření j škrticího ventilu se stabilizací odpovídající otevření ventilu k = 65, 55, 45 dílků k 65 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 663 (.1) k 98 k 55 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 561 (.) k 98 k 45 Poměrné otevření ventilu: j = = = 0, 459 (.3) k 98 max max max Tabulky naměřených a vypočtených hodnot, otevření 65, 55, 45 dílků Legenda k Tab..1 p 1 tlak na manometru M1 na vstupu škrticího ventilu ŠV (změřeno), p tlak na snímači tlaku M na výstupu škrticího ventilu ŠV (změřeno), Dp tlakový spád na škrticím ventilu ŠV (vypočteno), U napětí na tachodynamu TD (změřeno), n otáčky hydromotoru HM (vypočteno), Q objemový průtok škrticím ventilem ŠV (vypočteno). 15

Tab..1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 65 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,663 č. měření p 1 p Dp U n n Q [-] [MPa] [MPa] [MPa] [V] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3,85 1,15 1,7 9,46 473 7,88 31,11 4 5 6 7 8 9 10 Teplota pracovní kapaliny t t = 41 C, kinematická viskozita n = 44,4 mm.s -1 (změřeno). Příklad výpočtu (měření č.3) Tlakový spád Dp na škrticím ventilu se stabilizací ŠV: D = p - p =,85MPa -1,15MPa 1,7MPa (.4) p 1 = U 9,46V 1-1 Otáčky n hydromotoru HM: n = = = 473min - = 7,88s (.5) K 0,0V.min TD Objemový průtok Q hydromotorem HM: Q -6 3-1 -5 3-1 = Vg.n = 39.48 10 m 7.88s = 31,11 10 m. s (.6) Tab.. Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 55 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,561 č. měření p 1 p Dp U n n Q [-] [MPa] [MPa] [MPa] [V] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3 16

Tab..3 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otevření ventilu k = 45 dílků, poměrné otevření ventilu j = 0,459 č. měření p 1 p Dp U n n Q [-] [MPa] [MPa] [MPa] [V] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3 Q-Dp charakteristiky dvoucestného škrticího ventilu se stabilizací tlakového spádu, otevření ventilu k = 65, 55, 45 dílků, (poměrné otevření ventilu j = 0,663, 0,561, 0,459) 35 30 5 Q (10-5.m 3.s -1 ) 0 15 10 k = 65 dílků 5 k = 55 dílků k = 45 dílků 0 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5 Dp (MPa) Obr.. Q - Dp charakteristiky dvoucestného škrticího ventilu se stabilizací, k = 65 dílků (j = 0,663), k = 55 dílků (j = 0,561), k = 45 dílků (j = 0,459) Závěr Byly proměřeny statické Q - Dp charakteristiky dvoucestného škrticího ventilu se stabilizací tlakového spádu ŠV pro otevření ventilu k = 65, 55 a 45 dílků (poměrné otevření ventilu j = 0,663, 0,561, 0,459). Z obr.. je vidět, že v oblasti tlakových spádů na škrticím ventilu se stabilizací větších jak cca Dp = 0,5 MPa je průtok Q ventilem konstantní při měnícím se tlakovém spádu Dp na daném škrticím ventilu se stabilizací. 17

3. Q - p charakteristika hydraulického agregátu Hydraulické agregáty představují kompletní zdroje tlakové kapaliny. Skládají se z nádrže s kapalinou, hydrogenerátoru, elektromotoru, rozváděcích a řídicích prvků a příslušenství. Hydraulické agregáty mohou pracovat jako zdroje průtoku a zdroje tlaku. Zadání Změřte Q p charakteristiku hydraulického agregátu. Stanovte, kdy hydraulický agregát pracuje jako zdroj konstantního tlaku a kdy jako zdroj konstantního průtoku pro nastavený tlak p = 3,5 MPa na pojistném ventilu PV při uzavřeném škrticím ventilu ŠV. Popis funkce obvodu, schéma zapojení Obvod pro experimentální stanovení Q - p charakteristiky hydraulického agregátu je zobrazen v kapitole 1.1 na obr. 1.1. Zapojení obvodu a popis funkce obvodu včetně specifikace prvků jsou stejné s tím rozdílem, že v obvodu není umístěn snímač tlaku M, a tlak p je odečítán na manometru MP umístěném na výstupu z agregátu. Postup měření 1) Škrticím ventilem ŠV se postupně zatěžuje hydrogenerátor HG. Nejprve se při uzavřeném škrticím ventilu nastaví na pojistném ventilu PV tlak p = 3,5 MPa. Tlak p odečteme na manometru MP umístěném na výstupu z hydraulického agregátu. ) Postupně se otevírá škrticí ventil ŠV a odlehčuje se hydrogenerátor HG až do úplného otevření škrticího ventilu ŠV. Při postupném odlehčování agregátu se měří tlak p na manometru MP. Dále se měří na voltmetru SN napětí U tachodynama TD. Odečte se teplota oleje t t v nádrži. 3) Při známém zesílení tachodynama TD se stanoví ze změřeného napětí U na tachodynamu otáčky hydromotoru HM. Při známém geometrickém objemu V g hydromotoru HM se následně stanoví průtok Q hydromotorem. Výpočtové vztahy Zesílení K TD tachodynama TD: K 0V = 1000min TD = -1 0,0V. min (3.1) Geometrický objem V g hydromotoru HM: V g -6 3 = 39,48.10 m (3.) Otáčky n hydromotoru HM: n = U K TD (3.3) (U je napětí na tachodynamu TD.) Objemový průtok Q hydromotorem HM: Q = V. n (3.4) g 18

Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Tab. 3.1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot č. měření p U n n Q [-] [MPa] [V] [min -1 ] [s -1 ] [10-5 m 3.s -1 ] 1 3 4 5 6 7 8 9 3,31 8,01 400,5 6,675 6,35 10 11 1 13 14 15 16 17 18 19 0 Teplota pracovní kapaliny t t = 4 C, kinematická viskozita n = 4,6 mm.s -1 (změřeno). Legenda k Tab. 3.1: p tlak na manometru MP umístěném na výstupu hydraulickém agregátu (změřeno), U napětí na tachodynamu TD (změřeno), n otáčky hydromotoru HM (vypočteno), Q objemový průtok škrticím ventilem ŠV (vypočteno). 19

Příklad výpočtu (měření č.9) U 8,01V 1-1 Otáčky hydromotoru: n = = = 400,5min - = 6,675s (3.5) K 0,0V.min TD -6 3-1 -5 3-1 Objemový průtok: Q = V.n = 39,48 10 m 6,675s = 6,35 10 m. s (3.6) g 45 Q-p charakteristika hydraulického agregátu 40 35 Q (10-5.m 3.s -1 ) 30 5 0 15 10 5 0 0 0,5 1 1,5,5 3 3,5 4 4,5 Dp (MPa) Obr. 3.1 Q - p charakteristika hydraulického agregátu Závěr Byla proměřena Q - p charakteristika hydraulického agregátu, kdy při úpně zavřeném ěkrticím ventilu ŠV (při průtoku z agregátu do obvodu Q = 0 m 3.s -1 ) byl na výstupu z agregátu nastaven na pojistném ventilu PV tlak p = 3,5 MPa. Hydraulický agregát pracuje jako zdroj konstantního tlaku v oblasti průtoků Q = cca (0 37,90).10-5 m 3.s -1. Z obr. 3.1 je vidět pokles tlaku v důsledku tlakových ztrát (vnitřní odpor zdroje tlaku). Při průtoku Q = 0 m 3.s -1 byl na výstupu z agregátu tlak p = 3,5 MPa, při průtoku Q = 37,90. 10-5 m 3.s -1 byl změřen tlak na výstupu agregátu p = 3,19 MPa. Pokles tlaku při změně průtoku z Q = 0 m 3.s -1 na Q = 37,90. 10-5 m 3.s -1 činil Dp = (3,5-3,19) MPa = 0,31 MPa. Hydraulický agregát pracuje jako zdroj průtoku v oblasti tlaků p = cca (0 3) MPa, přičemž charakteristiku zdroje průtoku bylo možno proměřit pouze v rozmezí tlaků p = (,1 3) MPa. Z obr. 3.1 je vidět pokles průtoku v důsledku průtokových ztrát (svodového odporu zdroje průtoku). Při tlaku p =,1 MPa byl změřen průtok Q = 41,9. 10-5 m 3.s -1, při tlaku p = 3 MPa byl Q = 39,15.10-5 m 3.s -1. Pokles průtoku v důsledku průtokových ztrát agregátu při změně tlaku z p =,1 MPa na p = 3 MPa činil DQ = (41,9 39, 15).10-5 m 3.s -1 =,14. 10-5 m 3.s -1. Z obr. 3.1 je rovněž vidět, že v oblasti měřených tlaků p = (3 3,19) MPa přechází zdroj průtoku ve zdroj tlaku. 0

4. Tlakové ztráty šoupátkového rozváděče Rozváděče slouží k řízení směru pohybu přímočarého a rotačního hydromotoru, pro stupňovité řízení rychlosti aj. Zadání Změřte tlakové ztráty v závislosti na průtoku mezi vstupy P - A, B - T daného třípolohového čtyřcestného šoupátkového rozváděče nastaveného v poloze 1. Schéma zapojení Schéma zapojení zkušebního obvodu pro měření tlakových ztrát šoupátkového rozváděče je znázorněno na obr. 4.1. Obr. 4.1 Schéma obvodu pro měření tlakových ztrát rozváděče Specifikace prvků dle obr. 4.1: hydrogenerátor HG: PPAR -63 10 AP, TOS Vrchlabí, pojistný ventil PV: ATOS ARAM-0/350, snímače S 1,S : snímače tlaku PR 15, rozsah (0 00) bar, přesnost měření ± 0,5 %, Hydrotechnik, snímač S 3 : snímač tlaku PR 15, rozsah (0 60) bar, přesnost měření ± 0,5 %, Hydrotechnik, snímač S 4 : zubový průtokoměr, rozsah (0,7 70) l.min -1, přesnost měření ± 0,4 %, Hydrotechnik, měřicí přístroj M5000 Hydrotechnik. Popis funkce obvodu: V obvodu je zapojen třípolohový čtyřcestný šoupátkový rozváděč s uzavřeným středem nastavený do polohy 1. Vstup P rozváděče je připojen na zdroj tlakové kapaliny, vstup T je propojen s nádrží N, 1

vstupy A-B jsou propojeny. Zdrojem tlakové kapaliny je regulační hydrogenerátor HG. Kapalinou je hydraulický minerální olej. Obvod je chráněn proti přetížení pojistným ventilem PV. Kapalina proudí od hydrogenerátoru HG přes vstup P rozváděče na vstup A, následně proudí ze vstupu B na vstup T rozváděče a do nádrže N. Jsou měřeny tlak p 1 snímačem tlaku S 1 na vstupu P rozváděče, tlak p snímačem tlaku S mezi vstupy A a B rozváděče, tlak p 3 snímačem tlaku S 3 na výstupu T rozváděče a objemový průtok Q rozváděčem pomocí průtokoměru S 4. Tlaky a průtok jsou odečítány na displeji měřicího přístroje M5000 Hydrotechnik. Dále je měřena teplota t t oleje v nádrži. Postup měření 1) Pomocí regulačního hydrogenerátoru HG nastavíme průtok Q na vstupu P do rozváděče. Rozváděč je v poloze 1. Měříme tlaky p 1, p, p 3 na snímačích S 1, S, S 3 a průtok Q na snímači S 4. Měření opakujeme pro různé hodnoty průtoku Q, který postupně nastavujeme regulačním hydrogenerátorem HG. Během měření zaznamenáváme teplotu oleje t t. ) Z naměřených veličin vypočteme tlakové spády Dp P-A a Dp B-T mezi vstupy P - A a B - T rozváděče v poloze 1 při průtocích Q. Sestrojíme grafické závislosti tlakové ztráty Dp P-A a Dp B-T na průtoku Q. Z výpočtových vztahů a teploty oleje t t vypočteme jeho viskozitu. Výpočtové vztahy Tlakové ztráty Dp P-A, Dp B-T : p P A = p1 - p D - p B T = p - p 3 D - ( 4.1) Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Tab. 4.1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot č. měření Q p 1 p p 3 Dp P-A Dp B-T [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [bar] [bar] [bar] 1 3 4 5 6 6,04 19,5 11,1 1,65 8,4 9,45 7 8 9 10 Měřeno při teplotě pracovní kapaliny t t = 35 C.

Legenda k Tab. 4.1: Q objemový průtok rozváděčem R (změřeno), p 1... tlak na snímači S 1 na vstupu A do rozváděče R (změřeno), p... tlak na snímači S mezi vstupy A a B rozváděče R (změřeno), p 3... tlak na snímači S 3 na vstupu T do rozváděče R (změřeno), Dp A-B tlaková ztráta mezi vstupy A a B rozváděče (vypočteno), Dp B-T tlaková ztráta mezi vstupy B a T rozváděče (vypočteno). Příklad výpočtu (měření č.6) Tlaková ztráta Dp P-A : D - = p - p = (19,5-11,1)bar 8,4bar (4.) p P A 1 = Tlaková ztráta Dp B-T : D - = p - p = (11,1-1,65)bar 9,45bar (4.3) p B T 3 = Dynamická viskozita: h = 0,3075 e - 0,0594 t t -0,0594 35 = 0,3075 e = 0,03845Pa s [7] (4.4) Teplota oleje je t t = 35 C. h je v jednotkách Pa.s, teplota t t se dosazuje ve C. Kinematická viskozita oleje: h n = r = 0,03845Pa s -6-1 870 = 44, 10 m s (4.5) Měrná hmotnost oleje při teplotě t t = 1 C je ρ = 870 kg.m -3 [7]. 18 16 14 1 Dp - Q charakteristika šoupátkového rozváděče Dp (bar) 10 8 6 4 p1-p p-p3 0 0 5 10 15 0 5 30 35 40 Q (dm 3.min -1 ) Obr. 4. Dp - Q charakteristiky rozváděče, Dp P-A = p 1 p, Dp B-T = p p 3, kinematická viskozita kapaliny n = 44, mm.s -1, teplota kapaliny t t = 35 C Závěr Byly proměřeny tlakové ztráty Dp P-A a Dp B-T šoupátkového rozváděče mezi vstupy P - A a B - T v závislosti na průtoku pro polohu rozváděče 1. Tlakové ztráty rozváděčů v závislosti na průtoku mezi jeho jednotlivými vstupy udávají výrobci v katalogových listech. 3

5. Průtoková charakteristika rotačního hydromotoru Hydraulický motor je převodník, ve kterém se mění hydrostatická energie tlakové kapaliny na energii mechanickou. Hydraulické motory pracují na objemovém principu. K nejvýznamnějším statickým charakteristikám rotačních hydromotorů patří průtoková, momentová a otáčková charakteristika [10], [16]. Důležitými parametry jsou průtoková, mechanicko tlaková a celková účinnost. Zadání Změřte průtokovou charakteristiku Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8, jako závislost průtoku Q vstupujícího do hydromotoru na tlakovém spádu Dp na hydromotoru při konstantních otáčkách n hydromotoru. Průtokovou charakteristiku změřte pro různé hodnoty otáček hydromotoru. Z naměřených průtokových charakteristik vypočtěte závislosti h Q = f (Dp) průtokové účinnosti hydromotoru h Q na tlakovém spádu Dp na hydromotoru při různých otáčkách n hydromotoru. Pracovní kapalinou je minerální olej. Schéma zapojení Na obr. 5.1 je znázorněno schéma hydraulického obvodu pro měření statických charakteristik rotačních hydromotorů [0]. Obr. 5.1 Schéma obvodu pro měření statických charakteristik rotačních hydromotorů Specifikace prvků [0]: hydrogenerátor HG1: ACK 1 Glentor, hydrogenerátor HG: ACK 8 Glentor, hydrogenerátor HG3: PPAR -63 10 AP TOS Vrchlabí, měřený hydromotor HM1 Eaton 8,, 4

hydromotor HM: MRAK 1-4, tlakový ventil PV1: VP-10-1/15, tlakový ventil PV: ATOS ARAM-0/350, chladič CH: TBI 0--B0C OLAER, nádrž N1: s pracovní kapalinou měřeného hydromotoru, nádrž N: s minerálním olejem, snímače S1, S5: snímače tlaku PR 15, rozsah (0 00) bar, přesnost měření ± 0,5 %, Hydrotechnik, snímač S: zubový průtokoměr, rozsah (0,7 70) l.min -1, přesnost měření ± 0,4 %, Hydrotechnik, snímač teploty S3: snímač teploty Pt 100, rozsah (-50 C +00) C, přesnost měření ±1 %, Hydrotechnik, snímače S4: snímač otáček Hydrotechnik, univerzální měřicí přístroj M5000: Hydrotechnik, manometr M, teploměr T, počítač PC. Popis funkce obvodu: Hydrogenerátor HG 1 odebírá z nádrže N 1 pracovní kapalinu a dodává ji do měřeného hydromotoru HM 1. Pracovní kapalinou měřeného hydromotoru je minerální olej. V důsledku účinnosti zejména hydromotoru HM 1 a rovněž hydrogenerátoru HG 1 dochází k zahřívání pracovní kapaliny v obvodu měřeného hydromotoru, přičemž změna teploty kapaliny se projeví ve změně její viskozity. Pro zajištění konstantní teploty kapaliny během měření je v obvodu umístěn chladič CH. Hydromotor HM slouží k pohonu hydrogenerátoru HG 1. Hydromotor HM je poháněn hydrogenerátorem HG 3. Pomocí regulačního hydrogenerátoru HG 3, který odebírá minerální olej z nádrže N, se nastaví požadované otáčky n měřeného hydromotoru HM 1. Pojistný ventil PV slouží k ochraně obvodu před přetížením. Hydrogenerátor HG, který odebírá minerální olej z nádrže N, slouží ve spojení s tlakovým ventilem PV 1 jako zátěž hydromotoru HM 1. Velikost zátěžného momentu na hřídeli hydromotoru HM 1 se nastaví tlakovým ventilem PV 1. Tlak p 1 na vstupu do hydromotoru HM 1, tlak p na výstupu hydrogenerátoru HG, teplota kapaliny t t na vstupu do hydromotoru HM 1, průtok na vstupu do hydromotoru Q a otáčky n hřídele hydromotoru HM 1 jsou měřeny pomocí originálních snímačů Hydrotechnik v zapojení s univerzálním měřicím přístrojem M5000 Hydrotechnik [18]. Foto měřicího obvodu je na obr. 5.. 5

Obr. 5. Obvod pro měření statických charakteristik rotačních hydromotorů Postup měření 1) Pomocí regulačního hydrogenerátoru HG 3 nastavíme otáčky n = 300 min -1 měřeného hydromotoru HM 1. Změnou geometrického objemu hydrogenerátoru HG 3 se mění průtok z hydrogenerátoru HG 3, který je roven průtoku na vstupu do hydromotoru HM, čímž dojde ke změně otáček hydromotoru HM a hydrogenerátoru HG 1. Změna otáček hydrogenerátoru HG 1 vede ke změně průtoku z hydrogenerátoru HG 1, který je roven průtoku Q na vstupu do měřeného hydromotoru HM 1. ) Moment na hřídeli hydromotoru HM 1 a odpovídající tlakový spád Dp na hydromotoru HM 1 jsou realizovány hydraulicky pomocí hydrogenerátoru HG, připojeného přes pružnou spojku k hřídeli hydromotoru HM 1 a pomocí tlakového ventilu PV 1. Tlakovým ventilem PV 1 se vytvoří tlakový spád na hydrogenerátoru HG odpovídající momentu na hřídeli hydrogenerátoru HG a tlakovému spádu Dp na hydromotoru HM 1. 3) Postupně se mění tlakový spád Dp na hydromotoru HM 1 pomocí tlakového ventilu PV 1. Při každém nastavení tlakového spádu Dp se měří tlak p 1 na vstupu do hydromotoru HM 1 snímačem S 1. Při zanedbání tlakových ztrát v odpadní větvi hydromotoru HM 1 je tlak p 1 na snímači S 1 roven tlakovému spádu Dp na hydromotoru HM 1. Dále se měří průtok Q na vstupu do hydromotoru HM 1 pomocí snímače S, teplota t t kapaliny v obvodu měřeného hydromotoru snímačem S 3 a otáčky n měřeného hydromotoru HM 1 snímačem S 4. zároveň se sleduje tlak p na snímači S 5 a tlak p na manometru M. Tlakový spád na měřeném hydromotoru se nastavujte do maximální hodnoty Dp = 100 bar. Po každé změně 6

tlakového spádu Dp se pomocí regulačního hydrogenerátoru HG 3 nastaví konstantní otáčky n = 300 min -1 měřeného hydromotoru HM 1. Průběžně je kontrolována teplota oleje v nádrži N. 4) Obdobně se dle bodů 1 až 3 postupu měření proměří průtoková charakteristika pro další hodnoty otáček n = (00, 400, 500, 600) min -1 hydromotoru HM 1. 5) Po celou dobu měření se udržuje konstantní teplota t t kapaliny na vstupu do měřeného hydromotoru HM 1 pomocí chladiče CH. Výpočtové vztahy Experimentálně zjištěný geometrický objem měřeného hydromotoru ze dvou měření průtoku při dvou otáčkách [8], [15]: V g = 8 cm 3 (5.1) Průtoková účinnost h Q hydromotoru HM 1 : h Q = V g Q n (5.) (n jsou otáčky měřeného hydromotoru a Q je průtok kapaliny na vstupu do měřeného hydromotoru.) Tabulky naměřených a vypočtených hodnot Tab. 5.1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otáčky hydromotoru n = 300 min -1 č. měření Q Dp p t t n h Q [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [ C] [min -1 ] [-] 1 3,5 60,8 8,3 4,8 99,7 0,951 4 5 6 7 8 Měřeno při teplotě pracovní kapaliny t t = 5 C. Legenda k Tab. 5.1: Q objemový průtok na vstupu do měřeného hydromotoru (změřeno), Dp... tlakový spád na měřeném hydromotoru (změřeno), t t... teplota pracovní kapaliny na vstupu do měřeného hydromotoru (změřeno), n... otáčky měřeného hydromotoru (změřeno), 7

h Q průtoková účinnost měřeného hydromotoru (vypočteno). Příklad výpočtu (měření č.3) Průtoková účinnost h Q hydromotoru HM 1 : Dynamická viskozita: h V n 3 g 0,008dm 99,7 min = = Q 3-1,5dm min -1 Q = h = 0,3075 e = 0,3075 e 0,951-0,0594 t t -0,0594 5 = 0,06965Pa Teplota oleje je t t = 5 C. h je v jednotkách Pa.s, teplota t t se dosazuje ve C. Kinematická viskozita oleje: h n = r = 0,06965Pa s -6-1 870 = 80,1 10 Měrná hmotnost oleje při teplotě t t = 1 C je ρ = 870 kg.m -3 [7]. m s s [7] (5.3) (5.4) (5.5) tabulek. Měření opakujeme pro další otáčky n měřeného hydromotoru HM 1. Naměřená data zapisujeme do Tab. 5. Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otáčky hydromotoru n = 00 min -1 č. měření Q Dp p t t n h Q [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [ C] [min -1 ] [-] 1 3 Tab. 5.3 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otáčky hydromotoru n = 400 min -1 č. měření Q Dp p t t n h Q [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [ C] [min -1 ] [-] 1 3 4 8

Tab. 5.4 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otáčky hydromotoru n = 500 min -1 č. měření Q Dp p t t n h Q [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [ C] [min -1 ] [-] 1 3 Tab. 5.5 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot, otáčky hydromotoru n = 600 min -1 č. měření Q Dp p t t n h Q [-] [dm 3.min -1 ] [bar] [bar] [ C] [min -1 ] [-] 1 3 Na obr. 5.3 jsou zobrazeny průtokové charakteristiky Q = f (Dp) měřeného hydromotoru pro otáčky n 1 = 300 min -1 a n = 00 min -1. průtoková charakteristika Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8, 3,5 Q (dm 3.min -1 ) 1,5 1 0,5 n1 n 0 0 0 40 60 80 100 10 Dp (bar) Obr. 5.3 Průtokové charakteristiky Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8,, otáčky n 1 = 300 min -1, n = 00 min -1, kinematická viskozita a teplota kapaliny n = 80,1 mm.s -1, t t = 5 C. 9

Na obr. 5.4 jsou zobrazeny průběhy h Q = f (Dp) průtokové účinnosti h Q měřeného hydromotoru v závislosti na tlakovém spádu Dp na hydromotoru při otáčkách hydromotoru n 1 = 300 min -1 a n = 00 min -1. průtoková účinnost h Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8, 1 0,95 0,9 0,85 0,8 hq (-) 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 n1 n 0,5 0 0 40 60 80 100 10 Dp (bar) Obr. 5.4 Průtokové účinnosti h Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8,, otáčky n 1 = 300 min -1, n = 00 min -1, kinematická viskozita a teplota kapaliny n = 80,1 mm.s -1, t t = 5 C. Závěr Byly změřeny průtokové charakteristiky Q = f (Dp) rotačního hydromotoru Eaton 8, jako závislost průtoku Q na vstupu do hydromotoru na tlakovém spádu Dp na hydromotoru. Průtokové charakteristiky byly změřeny při otáčkách hydromotoru n 1 = 300 min -1 a n = 00 min -1. Dále byl experimentálně stanoven průběh průtokové účinnosti h Q = f (Dp) uvedeného hydromotoru v závislosti na tlakovém spádu Dp na hydromotoru při otáčkách hydromotoru n 1 = 300 min -1 a n = 00 min -1. Z obr. 5.4 je zřejmé, že u rotačních hydromotorů je průtoková účinnost h Q závislá na tlakovém spádu Dp na hydromotoru, kdy při rostoucím tlakovém spádu Dp se průtoková účinnost h Q snižuje. Z obr. 5.4 je rovněž zřejmé, že průtoková účinnost h Q je významně závislá na otáčkách n hydromotoru, kdy s klesajícími otáčkami n se průtoková účinnost h Q snižuje. 30

6. Stanovení modulu pružnosti minerálního oleje a hadice Stlačitelnost kapalin jako vlastnost kapalin měnit svůj objem se změnou tlaku je popsána jejím modulem pružnosti. Se zvýšením tlaku se zmenší objem kapaliny, naopak při poklesu tlaku dojde ke zvětšení objemu kapaliny. Modul pružnosti kapaliny se obecně mění s tlakem a teplotou. Na modul pružnosti kapaliny má významný vliv obsah volného plynu (vzduchu) v kapalině, tj. plynu ve formě bublin. S narůstajícím množstvím volného plynu (vzduchu) v kapalině významně klesá její modul pružnosti. Rozlišujeme izotermický modul pružnosti K i vyskytující se v oblasti stacionárních a kvazistacionárních dějů a adiabatický modul stlačitelnosti K ad vyskytující se v oblasti rychlých (dynamických) změn tlaku [10]. Následně bude experimentálně stanoven statický modul pružnosti minerálního oleje. Ten se stanoví ze změřeného množství kapaliny, která v důsledku stlačitelnosti kapaliny a trubky vyteče z trubky do odměrné nádoby při poklesu tlaku v trubce na tlak atmosférický. Na statický modul pružnosti hadic může mít vliv tlak a teplota pracovní kapaliny, teplota okolí apod. V případě hydraulických hadic má významnou roli zejména příčná deformace průřezu hadice. Následně se experimentálně stanoví modul pružnosti hadice pro oblast stacionárních a kvazistacionárních dějů. Pro dynamické děje je nutno uvažovat s řadou dalších vlivů na modul pružnosti hadice jako frekvenční závislost apod. Měření modulu pružnosti hadice se stanoví nepřímo, kdy se měří objem kapaliny, který v důsledku stlačitelnosti hadice a kapaliny vyteče z hadice do odměrné nádoby při poklesu tlaku v hadici z hodnoty tlaku pracovního na tlak atmosférický. Pro následný výpočet je nutno znát modul pružnosti pracovní kapaliny. Zadání a) Experimentálně stanovte modul pružnosti minerálního oleje OH-HM 46 v závislosti na změně tlaku, odpovídající stacionárním a kvazistacionárním dějům [6]. b) Experimentálně stanovte modul pružnosti dvouopletové vysokotlaké hydraulické hadice HANSA FLEX EN 853 SN 16 WP 50 bar x 1600 (vnitřní průměr d H = 16 mm, délka l H = 1,6 m) v závislosti na změně tlaku kapaliny, odpovídající stacionárním a kvazistacionárním dějům [6]. Schéma zapojení Schéma zapojení hydraulického obvodu pro experimentální stanovení statického modulu pružnosti minerálního oleje a hadice je znázorněno na obr. 6.1. Mezi ventily UV a UV4 je umístěna trubka TR pro měření modulu pružnosti soustavy olej a trubka, mezi ventily UV1 a UV3 je umístěna hadice H pro měření modulu pružnosti soustavy olej a hadice. Specifikace prvků k obr. 6.1: hydrogenerátor HG: GHPA1-D-, Q = dm 3.min -1, Marzocchi, pojistný ventil PV1: BS30C3001, Aron, pojistný ventil PV: AM3VMPM3003, Aron, rozváděč R: AD3L17FZD14, Aron, hliníková nádrž N: V N = 30 dm 3, MP Filtri, 31

zpětný ventil ZV: Dp = 0,3 bar, Aron, sací filtr SF: MP Filtri, odpadní filtr OF: MPS 050, fitrační vložka CS 070 A10 A, MP Filtri, teploměr T: DTU 0-10 C 50 mm, Metra Šumperk, topná spirála TT: typ 440990150, 0 V, 500 W, Backer elektro, manometry M1, M: pr. 63 mm s glyc., rozsah do 400 bar, Italmanometri, kulové ventily UV1, UV, UV3, UV4: VMT 40.1014 JG 0S, Inteva, kulové ventily UV5, UV6: VMT 40.1013 JG 15L, Inteva, skleněná trubice OT: vnitřní / vnější průměr: 9,8 mm / 13 mm, Vitrum, měřená hadice H: dvou opletová vysokotlaká, HANSA FLEX EN 853 SN 16 WP 50 bar x 1600 (světlost d H = 16 mm, délka l H = 1,6 m, tloušťka stěny s H = 4,8 mm), měřená trubka (ocelová) TR: 30x4, (délka l TR = 1,5 m, světlost d TR = mm, tloušťka stěny s TR = 4 mm, modul pružnosti E TR =,1.10 11 Pa). Obr. 6.1 Schéma obvodu pro experimentální stanovení modulu pružnosti minerálního oleje a hadice Postup měření Vždy před spuštěním hydraulického agregátu musí být ventil UV6 uzavřen, aby nedošlo k úniku kapaliny do okolí přes odměrnou skleněnou trubici OT. V případě, že je spuštěn hydraulický agregát a 3

probíhá vlastní měření, nesmí se nikdy při otevřeném ventilu UV6 zároveň otevřít oba ventily UV1 a UV3 nebo UV a UV4. Kapalina by proudila z hydrogenerátoru přes trubku nebo hadici do odměrné skleněné trubice a došlo by k úniku kapaliny do okolí. Vždy před spuštěním hydraulického agregátu je nutno zkontrolovat, zda je ventil UV6 řádně uzavřen. Pojistný ventil PV1 je nastaven na 50 bar a slouží k ochraně obvodu proti přetížení. Hydraulický agregát se spouští vždy bez zatížení. Rozváděč se nastaví do polohy 1 umožňující průtok kapaliny do nádrže. Pojistný ventil PV je nastaven na minimální hodnotu tlaku. Měření modulu pružnosti soustavy olej a trubka: 1) Ve výchozím stavu jsou uzavírací ventily UV1, UV3 a UV6 uzavřeny, ventily UV, UV4 a UV 5 jsou otevřeny. Rozváděč R je v poloze 1, kdy kapalina přes něj může protékat. Na pojistném ventilu PV je nastavena minimální hodnotu tlaku. ) Zapne se hydraulický agregát. Rozváděč R se přestaví do polohy, kdy kapalina přes něj neprotéká a následně se uzavře ventil UV5. Na manometru M1 umístěném na výstupu agregátu se nastaví velikost tlaku p pojistným ventilem PV. 3) Po natlakování trubky se uzavře ventil UV, odečte se tlak p na manometru M a uzavře se ventil UV4. Pro odlehčení hydrogenerátoru, tedy aby kapalina neprotékala trvale přes pojistný ventil PV a nedocházelo k zahřívání kapaliny, se přestaví rozváděč R do polohy 1 umožňující průtok kapaliny do nádrže. Kapalina protéká přes rozváděč R do nádrže N a zároveň dojde k poklesu tlaku na manometrech M1, M. 4) Otevře se ventil UV6. Po následném otevření ventilu UV dojde k poklesu tlaku Dp v trubce z tlaku p na tlak atmosférický. Protože se na manometrech M1, M měří relativní tlak, je tedy pokles tlaku Dp v trubce roven dříve změřenému tlaku p na manometru M: Dp = p. Část objemu kapaliny DV O,TR, která vyteče z trubky v důsledku stlačitelnosti kapaliny a trubky, způsobí stoupnutí hladiny v odměrné skleněné trubici OT o hodnotu Dh TR, která se zaznamená. Uzavře se ventil UV. V případě, že je odměrná skleněná trubice příliš naplněna minerálním olejem, vypustí se potřebné množství oleje z trubice OT otevřením ventilu UV5. Sleduje se pokles hladiny v odměrné trubici. Uzavře se ventil UV5 tak, aby ve spodní části trubice zůstal minerální olej (trubice se nevypustí úplně). Následně se uzavře ventil UV6. 5) Měření se opakuje pro různé hodnoty tlaku p. Po ukončení měření modulu pružnosti soustavy olej a trubka se nastaví na pojistném ventilu PV minimální hodnota tlaku. Následuje měření modulu pružnosti soustavy olej a hadice: 1) Ve výchozím stavu jsou uzavírací ventily UV, UV4 a UV6 uzavřeny, ventily UV1, UV3 a UV 5 jsou otevřeny. Rozváděč R je v poloze 1, kdy kapalina přes něj může protékat. Na pojistném ventilu PV je nastaven minimální tlak. ) Rozváděč R se přestaví do polohy, kdy kapalina přes něj neprotéká a uzavře se ventil UV5. Pomocí pojistného ventilu PV se nastaví tlak p na manometru M1 umístěném na výstupu agregátu. Po natlakování hadice se uzavře ventil UV1 a odečte se tlak p na manometru M. Následně se uzavře 33

ventil UV3. Rozváděč R se přestaví do polohy 1, kdy kapalina přes něj protéká, čímž se odlehčí hydrogenerátor. Kapalina protéká přes rozváděč R do nádrže N a zároveň dojde k poklesu tlaku na manometrech M1, M. 3) Otevře se ventil UV6. Po následném otevření ventilu UV1 dojde k poklesu tlaku Dp v hadici na tlak atmosférický. Pokles tlaku Dp v hadici je roven dříve změřenému tlaku p na manometru M Dp = p. V důsledku stlačitelnosti kapaliny a hadice část objemu kapaliny DV O,H vyteče z hadice a způsobí stoupnutí hladiny v odměrné trubici OT o hodnotu Dh H. Měří se velikost stoupnutí hladiny Dh H v odměrné trubici OT. Uzavře se ventil UV1. Odměrná trubice OT se po naplnění kapalinou vyprázdní pomocí ventilu UV5. Sleduje se pokles hladiny v odměrné trubici a ventil UV5 se uzavře tak, aby ve spodní části trubice zůstal minerální olej. Následně se uzavře ventil UV6. 4) Měření se opakuje pro různé velikosti tlaku p. Po ukončení měření se sníží tlak na pojistném ventilu PV na minimální hodnotu, rozváděč R se přestaví do polohy 1, kdy kapalina přes něj protéká a otevřou se ventily UV1 až UV5, čímž se zajistí, aby při odchodu z pracoviště nezůstala v trubce nebo hadici kapalina pod tlakem. Ventil UV6 zůstane uzavřen. Vypne se hydraulický agregát. 5) Před opakovaným zapnutím hydraulického agregátu a před opuštěním pracoviště je nutno vždy zkontrolovat zda je ventil UV6 úplně uzavřen, aby při následném zapnutí agregátu nedošlo k úniku kapaliny přes odměrnou trubici OT do okolí. Na obr. 6. je zobrazeno foto zařízení pro měření modulu pružnosti minerálního oleje a hadice. Je vidět měřená trubka a hadice mezi pravým a levým profilovým sloupkem, plexisklový kryt, soustava ovládacích ventilů u pravého a levého sloupku a hydraulický agregát. Na obr. 6.3 je zobrazen detailní pohled na soustavu ovládacích ventilů. Tlaky v trubce a hadici lze odečítat rovněž pomocí snímačů tlaku připojených přes Minimess přípojky (viz. obr. 6.3 vpravo) umístěné před ventily UV1 a UV. Obr. 6. Foto zařízení pro měření modulu pružnosti minerálního oleje a hadice 34

Obr. 6.3 Detailní pohled na soustavu ovládacích ventilů Výpočtové vztahy [5] Hydraulická kapacita soustavy olej + trubka C O,TR je dána součtem hydraulické kapacity oleje C O a hydraulické kapacity trubky C TR : C = C + C (6.1) O,TR O TR Hydraulická kapacita soustavy olej + trubka : C O,TR DV = Dp O,TR (6.) (DV O,TR je přírůstek objemu oleje v důsledku stlačitelnosti oleje a trubky, Dp - změna tlaku.) Hydraulická kapacita oleje: V C O = K (V O,TR je objem oleje v trubce, K O - modul pružnosti oleje) Hydraulická kapacita trubky: C TR O,TR O V = E (d TR je vnitřní průměr trubky, s TR tloušťka stěny trubky, E TR modul pružnosti trubky.) Po dosazení rovnic (6.), (6.3), (6.4) do rovnice (6.1) a matematických úpravách se vypočte modul pružnosti oleje dle vztahu: K O O,TR TR O,TR d s TR TR 1 = DVO,TR d TR - V Dp E s TR TR (6.3) (6.4) (6.5) Pro přírůstek objemu oleje v důsledku stlačitelnosti oleje a trubky platí: DV O,TR p d = O Dh (d O je vnitřní průměr odměrné trubice, Dh TR - přírůstek výšky hladiny oleje v odměrné trubici při poklesu tlaku v trubce.) 4 TR (6.6) Objem oleje v trubce: V O,TR p d = TR 4 l TR (6.7) (l TR je délka trubky.) 35