автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Повышение энергетических характеристик радиально-поршневого насоса путем оптимизации параметров

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПІДВИЩЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДІАЛЬНО-ПОРШНЕВОГО НАСОСА ШЛЯХОМ ОПШМІЗАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ

Спеціальність 05.04.13- Гідравлічні машини і гідропневмоаірегати

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УДК 621.651.001.2

Харків- 1997г.

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі “Гідропневмоавтоматика та гідроприво, Харківського державного політехнічного університету.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Захист відбудеться “27“ листопад а 1997 р. О 14:30 годині на засідан спеціалізованої вченої Ради Д 02.09.12 у Харківському державної політехнічному університеті за адресою 310002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21 З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківсько: державного політехнічного університету.

Автореферат розісланий “24” жовтеня 1997 р.

Вчений секретар

Петро Максимович Гладкий

завідуючий кафедрою гідропневмоавтоматик

та гідропривод ХДПУ.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Михаило Володимирович Черкашенко професор кафедри гідравлічніх машин ХДПУ

кандидат технічних наук,

Євген Володимирович Моргун відучий науковий співробітник АТЗТ “Гідрослекс”.

Провідна установа: НДІГідропривод, м. Харків.

спеціалізованої Ради

Потетенко О.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. В світовій практиці гідромашинобудування >адіально-поршневі насоси (РПН) широко використовуються для «ашинобудівних гідроприводів. Аналіз стану розвитку РПН показав, що іерспективною конструктивною схемою є схема “вісь, що гойдається” і творені за цією схемою насоси моделі 50НР (50 НР/14, 50 НР/32, 50 іР/63, та інші). Ця серія насосів розроблена у НДІГідропривод (м. Харків) серійно виготовляється Харківським заводом “Гідропривод”.

Підвищенню енергетичних характеристик за рахунок зменшення ідравлічних і механічних втрат при їх створенні приділялась належна увага. Wie досвід експлуатації спроектованих машин показав, що маються резерви їдя зниження об'ємних і гідромеханічних втрат в вузлі, що гойдається, в іарах тертя.

Останнє пояснюється тим, що при розробці не було враховано низку іажливих факторів, які дозволяють підвищувати точність математичної годелі і більш ефективно використати сучасні методи теорії оптимальних метем.

Підвищити енергетичні характеристики РПН на прикладі насоса мод. І0НР/32 при його модернізації можна шляхом постановки та розв’язання гаукової проблеми, пов'язаної з оптимізацією параметрів на базі розробки іільш адекватної моделі і методики поетапної багато критеріальної іптимізації.

Розв'язанню цієї актуальної проблеми і присвячена дисертаційна юбота.

Мета роботи. Метою даної роботи є підвищення енергетичних аракгерисгик (об'ємного і повного ККД) радіально-поршневого насосу (од. 50НР/32 шляхом оптимізації його параметрів.

До глобальних задач які розв'язані в дисертаційній роботі можна іднееги:

виявлення основних характеристик і конструктивних схем при досконаленні РПН , вибір перспективної конструктивної схеми , інематичний аналіз вузла, що гойдається насосів серії 50НР;

розробка математичної моделі з більшим ступенем адекватності іеального об'єкту;

розробка методики поетапної оптимізації параметрів за декількома нергетичними критеріями з урахуванням корреляційного аналізу поміж ритеріями і параметрами, що варіюються.

Оптимізація параметрів насосу мод. 50НР/32 по енергстичнш критеріям;

формулювання практичних рекомендацій.

Методи дослідження. Основними методами дослідження є системниі аналіз, математичне моделювання, методи теорії механизмів та машин методи оптимізації, які вміщують в собі аналіз тенденції розвитку удосконалення РПН; аналіз раніше розроблених математичних моделей вибір методів оптимізації. При побудові математичних моделе] використовувся апарат теорії механізмів і машин, теоретичної механіки - механіки рідини та газів. Рішення оптимізаційних задач грунтувалось н широкому використанні методу дослідження простору параметрів (ІПП) т розробленій в НДІГідропривод діалогової системи багатокритеріальнс оптимізації (ОРТ).

Експериментальний метод дослідження використовувався дл; отримання вихідних даних реального зразка насоса по тиску нагнітання рабочій камері, коефіцієнту подач та повного ККД. Найбільш важливої областю экспериментальних досліджень за допомогою ЕОМ була перевірк адекватності розроблених математичних моделей основних вузлів насос 50НР/32 і насоса в цілому, оцінювання ефективності запропанованон корреляційного аналізу та результатів оптимізації.

Наукова новизна визначається:

розробленими математичними моделями вузла поршневої пари опорного вузла поршня і моделлю насоса в цілому як об'єкта оптимізаці по энергетичним критеріям;

корреляційним аналізом між прийнятими критеріями і параметрами щі варіюються;

кінематичним аналізом вузла насоса, що гойдається;

рішенням поставленої проблеми по багатокритеріальній оптимізаці параметрів насоса мод.50НР/32.

Практична цінність роботы. Практична цінність робота полягає розробці на основі теоретичних досліджень:

методики поетапної оптимізації параметрів на основі енергетични критеріїв;

методики корреляційного аналізу між парами критеріїв, між критеріям] та параметрами, що варіюються;

рекомендацій, які грунтуються на рішенні задач опгимізащї параметрів.

Реалізація в промисловості. Дисертаційна робота виконувалась . відповідності з листом від 12 березня 1995г № 145 (Йорданський заво;

з

ідравлічних машин) і національною програмою України “Машини і 'ехнології майбутнього”, розд. 5 “Енергоресурси”, в якій передбачено ггворення нових або модернізація машин з метою зниження споживання іалива, електроенергії, водних і інших енергоресурсів за рахунок вдосконалення конструкції, підвищення ККД, адаптації агрегатів по твантаженням. Результати роботи сформульовані у формі рекомендацій, [кі можна використати при модернізації моделі насоса 50НР/32, що іипускається серійно, а також в навчальному процесі по дисциплінам ‘Об'ємні гідрогагевмомашини” та “Динаміка гідропневмосистем”.

Апробація роботы. Основні положення роботи доповідались і >бшворювались на наукових конференціях та семінарах, в тому числі на «жнародних конференціях Micro Cad в 1995-1997рр.

Дисертація повністю доповідалась і схвалена на засіданні кафедри ‘Гідропневмоавтоматика і гідропривод”, і спільних засіданнях кафедр ‘Гідравлічніх машини” та ’’Гідропневмоавтоматика та гідропривод” (арьківського державного політехнічного університету, а також на іауковому семінарі відділу гідравлічних машин НДІГідропривод (м. <арків).

Публікації: За матеріалами дисертаційних досліджень, опубліковано 8 іаукових робіт.

Структура та об'єм робота: Дисертація складається з вступу, чотирьох юзділів, висновків, що викладені на 157 сторінках машинодрукованого ■ексту: вміщує 39 рисунків, 8 таблиць та список літератури з 106 іайменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі відмічається переважність застосування РПН перед іншими ипами насосів в важконавантажених гідроприводах крокуючих кскаваторів, ковальсько- пресових машин, прокатного обладнання, викладаються результати аналізу розвитку РПН, практична важливість [ідвищення їх енергетичних характеристик, значний вклад вітчизняних та арубіжних вчених Бажина 1.1., Лур'є З.Я., Полюшкова О.Г., Городецького С.1., Zhang Jianshow, Shute N.A. та ін. в розробці математичних моделей іб'ємних 'гідромашин. Аналіз виконаних робіт в області досліджень ;исертації, що обговорюються показав, що у них не врахована низка ажливих факторів, які дають можливість покращити ефективність моделі іеального об'єкта і ефективніше використати сучасні математичні методи еорії одтимальних систем. Потім обгрунтовується актуальність теми исертації і вибір напрямку досліджень. В кінці викладено загальну

концепцію роботи і перелічені наукові положення і результати, що винесені на захист.

В першому розділі наведено аналіз конструктивних схем радіально-поршневих насосів, виявлена тенденція їх розвитку. Визначено об'єкі дослідження - РПН МОД.50НР/32 по схемі “вісь, що гойдається”. Наведене основні характеристики розглянутих конструктивних схем, їх переваги : недоліки.

Аналіз функціонування дослідних зразків 50НР/32 при стендовго випробуваннях і в промислових умовах, показав, що забезпечення високій енергетичних характеристик здійснювалось без належного урахування наступних важливих факторів:

математичного опису кожного виду втрат основних вузлів насоса, яі окремого критерія якості;

богатокритеріальної постановки проблеми підвищення енергегичнш характеристик, котра відрізняється найменьшою часткою абстракції;

стисливості робочої рідини (РР), що підвищує реальну точнісп визначення об'ємного і повного ККД;

вибору ефективного методу богатокритеріальної оптимізації; обмежень на границі зміни мінімального зазору масляного клинг підп'ятника циліндра, які виключають неефективні рішення;

гідравлічні втрати на подолання місцевих опорів в каналах насоса, втрат на барботаж і механічні втрати в підшипниках та щільниках вала насоса.

Таким чином, аналіз розв'язання раніше поставлених задач показує, ще насоси серії 50НР мають резерви подальшого підвищення енергетичню характеристик. Сформульована актуальна наукова проблема-богатокритеріальної оптимізації параметрів основних вузлів насоса і насосг в цілому по енергетичним критеріям, які відображають хідростатодинамічн і механічні процеси у насосі. Задачі, що визначають основний зміст наукової проблеми, наведені на рис.1. відповідні зв'язки, як характеризують системний підхід між задачами, зображені на рис.] стрілками.

Поставлена наукова проблема уявляє собою складний комплек< взаємозв'язаних задач. Тому в роботі зроблена спроба вирішені» поставленої наукової проблеми поетапно. Запропанована методика містип чотири стала. На першому етапі після розробки математичної моделі вузли і насоса в цілому перевіряється її адекватність експериментальна енергетичним показникам і конструктивним параметром серійних зразки насоса 50НР/32. У процесі досліджень моделі вносяться відповідні корекція числових даних і рівнянь. На другому етапі будуються таблиц

Наукова

проблема

Задачі

<

Рис. І.І

результаті визначається множина ефективних паретовських точок, серед яких може бути здійснений вибір найкращих рішень. Третій етап передбачає локальну оптимізацію і дослідження найкращих рішень, які були знайдені па другому етапі. На четвертому етапі представляє практичний інтерес оцінка впливу точності виготовлення основних деталей (поршневої пари і ексцентрика вала) на величину енергетичних характеристик одержаного оптимального рішення.

Другий розділ присвячений; аналізу конструктивних особливостей об'єкту дослідження - насосу 50НР/32, кінематиці вузла, що гойдається; і аналізу експериментальних досліджень які цьому передували. Це стосується до виділенім основних вузлів насоса, введення конструктивних констант, визначення параметрів які варіюються при проектуванні насоса і оцінки енергетичних характеристик, введення рівнянь кінематики вузла, що гойдається.

При дослідженні кінематики вузла, що гойдається, визначені лінійні швидкість та пришвидшення циліндра і кут гойдання

Тут в, V, и - відповідно переміщення, швидкість і пришвидшення циліндра; а - ексцентриситет ексцентрикового вала; в - відстань між віссю гойдання і віссю обертання вала насоса; <р,ш- відповідно кут і кутова швидкість вала насоса.

Експериментальні дослідження насоса 50НР/32 виконували на стендовій установці Харківського заводу “Гідропривод”. Замір тиску' б робочих камерах насоса проводився за допомогою давачив тиску, з наступним перетворенням сигналу для запису його на осцилограф. Вимірюваня тиску проводилось в одній із камер кожного ряду насоса. Записувались також пульсація втрат і тиску в колекторі нагнітання насоса. В процесі експерименту записувались індикаторні діаграми при різних величинах тиску в лінії нагнітання: 100, 320 і 500 кгс/см2. В процесі

експериментальних досліджень вимірювалися зазори, які при роботі

V

<& ск й<р

2ав хіп <р

(1)

= 2авт

2ав сох д>) + 2ав шг^ <р

,3/2

(2)

2авсозср

(3)

ідростатодинамічної опори насоса не забезпечують еквідістатний зазор між шорою і робочою поверхнею ексцентрикового вала. Цей зазор мало іалежить від величини тиску, але суттєво залежить від частоти обертання іриводнош вала.

В третьому розділі викладені результати розробки математичної моделі, гка містить в собі рівнянім геометричних, кінематичних і силових іараметрів, а також функціональні обмеження і критерії оптимальності. Модель представлена у вигляді зручному для багатоетапнош рішення на ЮМ поставленої наукової проблеми.

Аналіз гідродинамічних процесів, япсі відбуваються при роботі РПН, юказує, що об'ємні та механічні витрати в основних його вузлах гідростатичних підп'ятниках поршневих пар, у вузлах порпіень-циліндр, і опорних сферичних вузлах поршнів) визначаються як загальними, так і іідмінними за своєю фізичною природою параметрами. Тому доцільно гажний вид витрат в кожному вузлі насоса розглядати як окремий критерій [кості, що дозволить при розробці та дослідженні одержати більш повне 'явлення про його можливості. Крім цього це дає можливість урахувати в юделі значущі фактори.

Математична модель вузла підп'ятник-ексцентрик вала представлена іівнянням середнього витоку за цикл

-і т

- сп ~ 2

РоИ* 2РОИ?

12цср- + РІ*3 + І) + Тмср{Я - 2

<4 - <4 8

РІа-1)

(1 - /)(а - 1) Й(°/ " а5) - 5И " *4)+ 1 (7-°І) ~ і(7 - °І)\

*6.10-2 л/хв. ,

(4)

і рівнянням гідромеханічних втрат потужності

рт^

Ь2{а-1)

Аіпа + Р Іп

°2

аи

*9,8.10-2 Вт, (5) де мінімальний зазор між поверхнями підп'ятника

*2 =

4уэ13Мср£т

Ро[*4-412<ст) '

(6)

Тут Р0- тиск нагнітання; йп- діаметр поршня; а- відношення гаксимального зазору !\ до мінімального зазору між підп'ятником та

ексцентриком вала насоса; цср- середня динамічна в язкісгь в зазор підп'ятника, який відрізняється від вхідної в зв'язку з нагріванням РР зазорі; 1=Ь/\ - відношення (Ь - довжина підп'ятника, 1 - ширин підп'ятника по дузі кола ексцентрика вала насоса;

(а-1){і-0) ______(а-1І1 + 0)

2 ’ ст2=- 2 р=<І/1 - відносний розмір підп'ятника (б - розмір квадратного виріз по площі каналу всмоктування); Уэ=япКэ/30 - середня швидкість точо поверхні ексцентрика (з радіусом Яэ) вала за оберт; £. - максимальн значення коефіцієнта несучої здатності масляного клина підп'ятника; Сс коефіцієнт статичної важкопід'ємності підп'ятника поршневої пари.

Математична модель вузла поршень-циліндр представлена рівняння] об' ємних витоків за цикл

0Я =

*■ ёп*2гт‘ >•<&

4 24“Ы‘з *2‘)

еп

І5

6.Ж

л/хв. ,

(7)

де довжина закладення поршня у циліндрі; с=2цт/кй2пті ексцентриситет; Уп=еп/30 - швидкість циліндра; Х.2і - діаметральний зазо; між поршнем та циліндром;

і виразом гідромеханічних втрат

Ж,

. ЛСІ„иЄ2й)2

= ті ——------------

Із +е) +

{2г

Математична модель опорного гідромеханічними втратами за цикл

2ЛЭ

9 <8 Ж2 Вт. вузла поршня

(8)

визначаєтьс

\Уг = Р0г[і-кр)

2

п </„ га> еті о

—п 9,8 Ж2 Вт,

(9)

<?(-$< + <?)

де Кр- коефіциєнт розвантаження; ґ - коефіциєнт тертя; г- радіу сфери головки поршня.

Об'ємні втрати малі, в зв'язку з великою ущільновальною поверхнею, в порівнянні з ілратами в інших вузлах не враховуються.

Функціональні обмеження, критерії оптимальності та псецдокритері містять наступне:

відстань Нц між віссю обертання вала насоса і віссю гойдання поршневе пари

" (Ю)

Вц -К}СС65+^г2яп8-С^ ,

де ЯІ - внутрішній радіус насоса, Сг- товщина стінки циліндричної частини сферичного підп'ятника поршня, 8 - кут, який обмежує розмір підп'ятника поршня;

обмеження на максимальний кут гойдання,

„ „ , _ „ „ еЯі хіпЗ „ ....

+ Зє + І^ + С2 ~ Ял сох 6 + —~—1—-—" ~ ■ - ■'-і ■ -— <, 0 (11)

Я] сохЗ + у]г2 - (Я] йп8 - С/) де С? -сумарна товщина буртика нижньої частини циліндра і зазора між донцем циліндра та торцем поршня у кінці робочого ходу; зовнішній діаметр циліндру,

6ц > кц<іп , (12)

к = 1 .=■ - міцностний коефіциєнт, стц- припустима напруга на

4 - 2Ро/<Тц

розтягання матеріалу циліндра; завдану теоретичну подачу,

п й%епті

~2

діаметр каналу всмоктування сів,

<2Т = '-'"-І'"'" Ю~3 л/хв. ; (13)

<1В £ 0,46 >см; (14)

діаметр каналу нагнітання,

6И > 0,46,1-^- , см; (15)

\miVji ’

умова розміщешш підп'ятників поршневых пар на боковій поверхні ексцентрика

р\к^я _ ^2п + “2РКага!Іп і ^ ----+(іВ^-<0; (16)

' ^Яц +12 - 21ЯЦ соі

де ар мінімально припустима відстань між підп'ятниками при гойданні поршневих пар.

Якість РІ1Н можна оцінити цілою низкою критеріїв, що відображають різні характеристики його функціонування. За критерій Бі приймаємо об'ємні витоки в підп'ятниках поршневих пар насоса, тобто

= 0<п , л/хв, (17)

котрі бажано зменшити. Об'ємні витоки в поршневих парах приймаємо за критерій

Г2= (?„, л/хв, (18)

котрі бажано мінімізувати. Так як досліджуваний насос має високий номінальний тиск 50МПа, то необхідно враховувати стисливість РР. Умовні витоки від стисливості рідини, яка надходить від насоса в гідросистему, визначаються по рівнянню

Ос Ж= 0,5Ро , (19)

де Е - модуль пружності рідини; с}г- теоретичний робочий об'єм рідини; Явр- шкідливий об'єм що займає рідина, який визначається виразом

я ёЬ . . я (ІІ п <1п

-^(і3+4і + 2г)-^-С4+-^-С3

ті, (20)

де С3, С4- конструктивні константи.

За критерій Бз прийнято умовні витоки від стисливості

Рз=0с Ж, л/хв, (21)

котрі слід зменшити.

За критерії Р4-Р6 узяті гідромеханічні витрати у трьох вузлах насоса: в підп'ятниках поршневих пар

Р4= Гс„ Вт, (22)

в поршневих парах

Р5= 1ГЯ, Вт, (23)

в сферичному опорному вузлі поршня

Р6=\УГ, Вт. (24)

Гідростатодинамічний підп'ятник поршневої пари є дуже відповідальним вузлом насоса і окрім енергетичних параметрів (об'ємних та механічних втрат) його функціонування характеризується величиною мінімального зазору Ь2. На величину 1і2 в моделі слід ввести обмеження (мінімально та максимально припустимі значення) і розглядати як псевдокритерій

Ъ=Ь2 (25)

в інтервалі обмежень з метою контролю за процедурою оптимізації. Хоча наукова проблема, яка вирішується в цій роботі пов'язана з підвищенням енергетичних характеристик, це не повинно досягатися за рахунок суттєвого збільшення радіального габариту насоса. З цією метою виникає необхідність ввести в модель критерій, величина якого дорівнює радіальному габариту

Р8=Г=Иц+^р -0ДШя + 0,45йн. (26)

Кожний із критеріїв Р'і-Р6 відображає енергетичні показники конкретного вузла насоса, ступінь його досконалості з цієї точки зору.

Зменшення втрат в вузлах, що розглядаються підвищує об'ємний тіч та повний т|п ККД насоса. Власне ці параметри можна вимірювати на зеальному об'єкті. Тому в моделі передбачені критерії

І? _________________ _ т ОсП + Оп + Ос Ж /Т7\

*9 --- ф,.. (27>

і

г> _ _ [бг ~ (Осп + Осп + Ос хі\Ро /точ

10 ~ Пп ~ ОтР0 + „+ !У„ + У/^)0,6121м<ЛбТ1п * ( *

Де Лмс> Лб і Лпу відповідно величини, що знижують загальний ККД іасоса за рахунок втрат в місцевих опорах, барботажа РР в корпусі насоса, гграт в підшипниках та ущільненнях вала насоса.

Четвертий розділ вміщує результати поетапного підходу до загатокритеріальної оптимізації параметрів основних вузлів насоса і насоса і цілому по багатьом енергетичним критеріям.

Обраний метод дослідження простору параметрів і, побудована на його юнові діалогова система багатокритериальпої оптимізації ОРТ, створили можливість поетапного рішення поставленої проблеми. Виконані цослідження на першому етапі дозволили уточнити розроблену математичну модель в частині впливу термічного ефекту і стиску РР в іазорі вузла поршневої пари, умовних витоків від стисливості РР, втрат на їарботаж, в місцевих опорах, в підшипниках і ущільненнях вала насоса з метою досягнення адекватності моделі реальному об'єкіу.

Одержана на другому етапі з 200 пробних точок таблиця доследжень (39 іарето-оптимальних рішень), визначила вибір найкращій рішень і шзначила подальші досліджеіпія - корреляційний аналіз критеріїв і )сновних конструктивних параметрів. В табл.1 представлені коефіцієнти сорреляції, одержані при обробці на ЕОМ значень критеріїв по 39 юзв'язанням.

Таблиця 1

Критерії Коефіцієнти корреляції

І7! Р2 Рз Р4 Р5 Рб

Р2 0,519 ... — — — —

Рз од -0,08 — — — ...

р4 0,899 0,837 0,091 — — —

-0,509 -0,979 0,107 -0,824 — —

р6 0,466 0,917 0,02 0,769 -0,909 —

р8 0,129 0,228 0,123 0,192 -0,203 -0,178

З табл.1 видно, що найбільш тісний зв'язок мається між критеріями Р2 і Р5 що дорівнює -0,979, а слабий зв'язок між критеріями і Р6 - 0,02. На рис.2 і 3 приведені графіки корреляційного зв'язку між парами критеріїв (відповідно Р2, ?5 і Рз, Рб) у вигляді проекцій можливих розв'язань на плоскість, утворену парами цих критеріїв. Якщо для критеріїв ¥2 і Р< лінійний зв'язок вимальовується чітко (див. рис.2), то для критеріїв Р3 і Р( він практично відсутній (див. рис.З) і точки розподілені по всій площині.

Таким чином, дослідження корреляційного зв'язку між парами критеріїв дає збільшену оцінку взаємозв'язку процесів у вузлах насоса і полегшує пошук оптимальних параметрів. При цьому з'являється можливість мінімізувати втрати в одному вузлі, не погіршую™ енергетичні характеристики другого вузла. Ефективним виявися пошук коефіцієнта корреляції між критеріями і основними конструктивними параметрами. Це видно з даних табл.2, в якій приведені коефіцієнти корреляції між критеріями Рі-Р4 і варіюваними параметрами Хі, Х3-Х5, Х7. Аналіз табл.2 показує, що між критерієм Бі (об'ємні витоки у вузлі підп'ятник-ексцентрик, складають від 60 до 75% загальних об'ємних втрат) і параметрами Х5=К3 (радіус ексцентрика) існує тісний корреляційний зв'язок (коефіцієнт корреляції дорівнює 0,968). З рештою критеріями параметр К3 має слабу кореляцію. Зменшення з 2,5 до 2,22 см знизило об'ємні витоки у вузлі підп'ятник- ексцентрик з 2,369 до 1,982 л/хв.

Виповнені дослідження на третьому етапі, пов'язані з діалоговою процедурою локальної оптимізації дозволили запропонувати оптимальне рішення, при якому зостаються незмінними основні конструктивні параметри (діаметр поршня, довжина закладення поршня в циліндрі та ін.), а зменьшується тільки радіус ексцентрика до 2,22 см. Таке рішення припустиме при модернізації і проектуванні насоса. ГІри цьому об'ємний і повний ККД насоса зростає на 0,8%.

Таблиця 2

Критерії Параметри

Хі=<іп Х3=Кі Х4=8 х5=к3 Х7=1з

Рі 0,517 -0,1 0,12 0,968 0,358

0,999 -0,267 0,199 0,29 0,67

Рз 0,07 -0,137 -0,03 0,078 0,618

Р4 0,837 -0,21 0,179 0,763 0,564

границі зміни значень критеріїв

Р3 0,206 , 0,213

Р5 19,239 25,806

Рис.З

»

1 І м

гранищзміни значень критеріїв К2 0,367 0,426

6,340 14,312

Рис.2

Оцінено вплив (4-й етап) на оптимальне рішення точності виготовлення поршневої пари і радіуса ексцентрика. Одержані на ЕОМ дані показують, що високі вимога, які пред'являють конструктори насосів до технологічної точності виготовлення деталей поршневих пар, є обгрунтованими з точки зору забезпечення високих енергетичних характеристик. Вимоги до точності виготошіення ексцентрика (його радіуса) меньш жорсткі: при зменьшенні радіуса на 0,5 мм (2% до номінального розміру) об'ємний ККД збільшується на 0,1%.

ОСНОВНІ висновки

1. Проведений аналіз конструктивних схем радіально-поршневих насосів дозволив вибрати перспективний об'єкт дослідження - насоси мод. 50НР по схемі “вісь, що гойдається” з метою підвишення їх енергетичних характеристик.

2. Виповнений аналіз конструктивних особливостей насоса 50НР/32, кінематики його вузла який гойдається забезпечили розробку більш точної математичної моделі в частині: виділення основних вузлів насоса; увода необхідних конструктивних параметрів; визначення варіюваних параметрів; увода низки необхідних рівнянь і обмежень, які зв'язують геометричні і кінематичні параметри.

3. Проведений аналіз результатів експериментальних досліджень сприяв уводу в математичну модель більш вироіідних чисельних даних (середнього значення тиску нагнітання, коефіцієнта подачі, загального ККД, зазорів в парах тертя та інш.), направлених на: підвищення адекватності моделі реальному об'єкту; хцленаправлений внесок відповідної корекції як чисельних даньїх, так і рівнянь; оцінку точності моделювання енергетичних характеристик; формулювання більш вирогідних практичних рекомендацій по підвищенню енергетичних характеристик при модернізації насоса 50НР/32.

4. Запропанована математична модель радіально-поршневого насоса 50НР/32, яка містить рівняння геометричних, кінематичних і силових параметрів, функціональні обмеження і критерії оптимальності може бути витримана для інших типів насосів.

5. Розроблена методика поетапного рішення поставленої проблеми з урахуванням корреляційного аналізу між критеріями і варіюємими параметрами, дозволяє ефективно виконувати весь цикл досліджень віл розробки математичної моделі, перевірки її адекватності реальному об'єкту, локальної оптимізації і до формулювання практичних рекомендацій для модернізації насоса 50НР/32.

6. Знайдене оптимальне рішення, при якому зостаються незмінними основні параметри (діаметр поршня, довжина закладення поршня у циліндрі та інш.) при зменьшені тільки радіуса ексцентрика (в порівнянні зі значенням серійною зразка), збільшує об'ємний і загальний ККД насоса на 0,8%.

7. Основні наукові положення і результати роботи мають практичну значимість при модернізації серійно випускаємо! моделі насоса 50НР/32, а також в учбовому процесі по дисциплінам “Об'ємні гідропневмомашини” і “Динаміка гідропневмосистем”.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Зміст дисертації відображено у 8 наукових роботах, 6 з котрих приведені в авторефераті.

1.Аль-Сутари А.М. Анализ гидромеханических процессов в опорном

узле поршня радиально-поршневого насоса мод.50НР/32. -

Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Материалы международной научно- технической конференции. 14-15 мая 1997г. -Харьков, Мишкольц, Магдебург, ХГПУ, МУ, МТУ, 1997. с.202-204.

2. Гладкий П.М., Аль- Сутари А.М. Аналитическое исследование кинематики качающегося узла радиально-поршневого насоса. -Харьков, ХГПУ, Укр. ИНТЭИ, 1996.-14с.

3. Гладкий П.М., Аль- Сутари А.М. Динамический анализ качающего узла радиально-поршневого насоса.-Харьков,ХГПУ,Укр.ИНТЭИ, 1996.-14с.

4. Гладкий П.М., Жерняк А.И., Лурье З.Я., Аль-Сутари А.М. Математическая модель объемных утечек и гидромеханических потерь узла подпятник-эксцентрик вала радиально-поршневого насоса 50НР/32. -Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Материалы международной научно- технической конференции. 14-15 мая 1997г. - Харьков, Мишкольц, Магдебург, ХГПУ, МУ, МГУ, 1997. с.232-234.

5. Жерняк А.И., Лурье З.Я., Гладкий П.М., Аль-Сутари А.М. Совершенствование конструктивной схемы гидростатодинамической опоры скольжения насоса 50НР/32. - Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. Материалы международной научно- технической конференции. 14-15 мая 1997г. - Харьков, Мишкольц, Магдебург, ХГПУ, МУ, МТУ, 1997. с.255-257.

6. Лурье З.Я., Гладкий П.М., Жерняк А.И., Аль-Сутари А.М. Оптимизация параметров радиально-поршневого насоса по энергетическим «сритериям. - Информационные технологии: наука, техника, технология,

образование, здоровье. Материалы международной научно- техническо{ конференции. 14-15 мая 1997г. -Харьков, Мишкольц, Магдебург, ХГПУ МУ, МТУ, 1997. с.319-321.

Особистий внесок автора: основні результата дисертації представлен

автором в роботі [1], в інших роботах в співавторстві. В роботі [2,3 досліджена кінематика і динаміка вуала, що гойдається радіально поршневого насоса 50НР. В роботах [1,3,6] на основі вибору об'єкті дослідження і дослідження його кінематики і динаміки розроблені математична модель насоса, і викладені результати оптимізації йоп параметрів по енергетичним критеріям, одержані на основі запропонованиз методики корреляційного аналізу і методики поетапної багатокритеріально оптимізації. В роботі [5] розглянуті питання удосконаленні гідростатодинамічної опори циліндру насоса з точки зору її сталості зниження об'ємних втрат і впливу гідродинамічного ефекту на величию масляного клина в місці контакту опори з шийкою ексцентрикового вала.

АНОТАЦІЯ

Адель Махмуд Мухамед Сутарі. Підвищення енергетичню характеристик радіально-поршневого насоса шляхом оптимізаці параметрів.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук пс спеціальності 05.04.13 - Гідравлічні машини і гідропневмоагрегати

Харківський державний політехнічний університет. м.Харків, 1997.

Робота має аналіз розвитку і виробництва РПН у світі, вибір і опи< об'єкта дослідження, розробку математичної моделі.

В дисертації викладеш результати досліджень по підвищеннк енергетичних характеристик насоса мод.50НР/32 на основі рішенні наукової проблеми - багатокритеріальної оптимізації параметрів осношію вузлів насоса і насоса в цілому по енергетичним критеріям. Сформульован практичні рекомендації, які можна використати при модернізації серійш випускаємої моделі насоса 50НР/32, а також в учбовому процесі пс дисциплінам “Об'ємні гідромашини” і “Динаміка гідропневмосистем”.

Ключові слова: радіально-поршневий насос (РПН), поршень-цилівдр Ексцентриковий вал, математична модель, багатокритеріальна оптимізація метод дослідження простору параметрів, діалогова системі багатокритеріальної оптимізації (ОРІ).

ABSTRAKT

Adel М.М. Sotari Increase of the power characteristics radil-plungers of th< pump by optimization of parameters. Thesis for a scientific degree of th<

;andidate of technical sciences on speciality 05.04.13 - Hydraulic machines and lydro-pneumatic units. Kharkov state politechnicai university. Kharkov, 1997.

The work contains the analysis of development and production РПН in world, :hoice and description of object of research, development of mathematical model.

In dissertation results of researches on increase of the power characteristics of he pump mod.50HP/32 on the basis of decision of a scientific problem multy :riterials of optimization of parameters of main units of the pump and pump as a whole on power criteria are stated. The practical recommendations are formulated, which is possible to use at modernization serially of produced model of the pump 50HP/32, but also in educational process on disciplines "Volumetric lydromachines " and " Dynamics hydro-pneumatic systems".

АННОТАЦИЯ

Адель Махмуд Мухамед Сутари. Повышение энергетических характеристик радиально-поршневого насоса путем оптимизации параметров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата гехнических наук по специальности 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты. Харьковский государственный политехнический университет. Харьков, 1997.

Работа содержит анализ развития и производства РПН в мире, выбор и эписание объекта исследования, разработку математической модели.

В диссертации наложены результаты исследований по повышению энергетических характеристик насоса мод.50НР/32 на основе решения научной проблемы- многокритериальной оптимизации параметров основных узлов насоса и насоса в целом по энергетическим критериям. Сформулированы практические рекомендации, которые можно использовать при модернизации серийно выпускаемой модели насоса 50НР/32, а также в учебном процессе по дисциплинам “Объемные гидромашины” и “Динамика гидропневмосистем”.

Ключевые слова: радиально-поршневой насос (РПН), поршень-цилиндр, Эксцентриковый вал, математическая модель, многокритериальная оптимизация, метод исследования пространства параметров, диалоговая система многокритериальной оптимизации (ОРТ).

Принято к печати 24.10.97. Формат 60x84 1/16 Тираж 100 экз. Заказ №837 Отпечатано на дубликаторе “БеУй” ФО “КиПи” С/П “Принт” 310022, г. Харьков, Госпром, 6 под. 7 этаж, офис 643.