автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.03, диссертация на тему:Влияние кавитации и аберрации потоков рабочей жидкости во входных линиях объемных насосов переменнгой подачи на колебания дваления в магистралях нагнетания

23*И1ВСЬКИЙ М1ЖНАР0ДНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ ЦЙВГЛЬНО! AêlAUrî

ш

со сча

На толпа* сп/копи^у

РОМАНЕНКО BixTop Григорович

ШПШВ KABZTAQXt ТЛ АВРАЦХ! ПОТОКИ) POBQ40Î Р1ДИНЕ

у вхютнх пхшяя оа'еюшх ЯАС0С1В зиишо2 подли Н* КОЛЯВЛШШ ТИСКУ э НАПСТРАПЯХ HATHITAHRK

Спвц1альн1сть 05.02.03 " Систеии привод!в*

АВТОРЕФЕРАТ диевртаиП на эдобутт* наукового ступокя кадидата т«хи!чних наук

Ки1в 2996

Робота с рукопис.

Робота виконача н* кафедр! Ндрогаэомих смет«»» по-в1тряних суден КиХвсысого к1 »народного ун1вврситвту цив!пько1 ав1ац1£

Науковий кер1вник| кандидат техн1чних наук, доцент

Глазков Михайло Михайлович

Оф1ц1йн1 опоненти» доктор техн!чних наук, професор

Струтинський Васипь Борисович; кандидат технЛчних наук, доцент Чеботарьов ЛеонтШ Иванович

Пров1дна орган!эац1я1

К1ровоградське акц1онерне тоаарпство *Г1дросмпа"

Захист в1дбудеться "26* грудня 1996 р. о 15 годин! на эас1данн1 спец1ал1зованоХ вченоЛ Ради Д 01.35.04 при КиХвсь- кому м1жнародному ун1верситет1 цив1льно1 ав!ац11 за адресов» 252058, Ки1в-58, проспект Космо-новта Комарова, 1, КИУЦА.

3 дицсертац!ею мокна оэнайомитись в б!бл1отец1 КМУЦА. ; '

Автореферат роз!сланий ' 25 "листопада 1996 року.

Вчений секретер спец!ал1зовано1 Ради, вектор техн1чних наук

й

И.С. Кулик

ЗАГЛЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА Р0В0Т11

Актуаляа! сть теш

В практ1ц1 в!тчиэняного ¡-та эаруб1*ного машинобуду-вання спостёр1гаеться тенденция переходу гидроприводу на експлуатац1ю э високим робочим тиском. Ця обставича. обумовипа ряд проблем 1 висунупа гидвииепг вимоги до конструкиП як окремих г1дроагрегат!в так 1 г1дроси-. стем в ц!лому. До актуально! проблеми сучасного гидропривода велико! потукност! в1дносяться 1 проблеми, по-в'язан! з кав!тац1ео тА аерац1ею робочо! р1дйни.

В ав1ац1йному гидропривод! велико! потужност1 в якоет! Джерела живпення широкого розповсюджоння набулй аксиально-поршнев! насоси регульовано! подач!. Рёжимй роботй насоса, при яких проходить вид1лення нерозчинв-ного пов1тря та као1тац!я, супроводяусться п1двпщеним иумом, змецшенням подачI, 1нтенсивци»и коливаннями тиску. Негативними насл!дками цих явиц е-ер'оэ!я деталей, втомлввальн! розруаення трубопровод!в, эниження в'яэкост! робочо! р!дини, II забруднення продуктами зносу. 0кр1м тогр, п!двищений р!вень коливань тйску о нагн!таючих магистралях, обумовлений процесами кав!та-ц!I та аерац!I, е причиною виникнення в!брац!й трубопровод! в система, !н!ц!ювання хибного спрацювання ре-гулеючо! автоматики та апаратури. Кав1тац!Йн1 коливан-ня тиску являвться одн!ео э причин роэгерметизац!! ■г1дравл!чно1 системи. Вони такоя сприяють розвитку не-эатухавчих коливань клапан!в, золотник!в,. сервопорш-Н10, що призводить 1х до первдчасного зноеу, появ! наклепу I эадир!в на робочих псвернях. В к!кцевому результат! процеси кав!тац!1 та аерац!1 энижують над!й-н!сть та довгов!чн1сть не т!льки насос!в> ала 1 г1дро-обладнання в ц!яому.

Шоб викяючити або попередйти виникнення кав!тац!й-них коливань тиску в гидросистемах необх!дно мати дан! про 1х прояви та херактерн! оякаки, сут!_ ф!зичник явиц, як! спричинстоъ £Х|. а такой про особлквост! розвитку кав!тацП та аерац!! в тому чи 1ниону г!дроаг-

регат!. В лредст4влен!й робот! об'ектом Досл1д*«НКЯ е. насос рб'ем нога типу зм1нно! подач!.

Досл!дження механ!зму вИтву кав!тацН та«р«ц!1 На коливання тиску пов'яэано э рядом проблем. Одна з них - к!.льк!сна оц!нка стелен! двофазност! робочоН р1дини. В даний час в техничному в1дношелн!. ця проблема в загальному вид! е не вир!шеною. Хснуюч! експери-ментальн! методики визначення газово! скледово! у по-тоц! р!дини працюючого г!дропривода* не забезпечувть достатньоточно! оц!нки, яка б характеризувала поток в беэперервному режим1, 1 тому не п!дходять для умов експлуатац!£.

Сл!д эазначити, що явища кав1тац1Х та аерацН мо-жуть бути 1 корисними, в зв'язку э цим останн1м часом до них проявляешься п!двицений !нтерёс, обумовлений можлив!стю широкого 1х використання в р!зних техноло-г!чни.< -процесах ряду галузей» напрИклад, в процесах г!дрор!зання метал!в, очисти! та знезараженню забруд-нено! води, зм!шуванн! вуглепластик!в, очисти! вироб!в в!д забруднення, лрискорених випробуваниях г!дрооблад-нання, п!двивенн! уроЖайност! с!льськогосподарсъких уг!дь ! так дал!. • '■.''■

, Иата дмсартацШаоХ робот»

На основ! досл!дження процес!в кав!тацП 1 аерацН поток!в в г1дросистейах л!тальних апарат!в розробити рекомендацЦ по захисту об'емних насос!в эм!нноХ подач! в1д негативних насп!дк!в функц!онування в двофазних робочих середовищах.

Поставлена мета досягается вир!шенням наступних задач:

- провести досл!дження причин виникнення кав!тацП та аерац!£ поток!в у вх!дних маг!стралях об'емних на-сос!в зм!нно! подач!.;

- к!льк!сно оЩнити степЫь двофазност! робочо! рединку вх!дних магистралях об'емних насос!в зм1нно! подач! на режимах 1х. роботи з кав!тац!ер та аерац!ер;

г роэробити методику досл!д1*ення впливу двофаз-ност! Потоку робочо! р!дини на пульсацП тисху за сб'емнйми насосами;

- досп1дити законом!рност! мвхан1эму впливу ' по-цесГв кав!тац1£ та аерацН у вх!днйх л!н!ях об'емних насос!в зм!нно£ подач! на розвиток коливань тиску в кагн!таючих магистралях э урахуванням к!льк!сно£ оц!н-ки степей! двофазност! робочо! р1дини;

- на основ! резуль*ат!в досл!дчсень дати як!сну оц!нку способ1в попереджёння кав!тац!йних коливань тиску за об'емкими насосоми эм!нно! подач!.:

• Ивухова гюяяяга •'.■.."•.'■"..'-

- на основ! експериментальких. досл!дяень остановлен! особливост! розвитку кав'1тац!Х та аерацН у вх!дних маг!стралях об'емних насос!взм!нноХ подач!»

- для об'емних насос!а зм!нно£ подач!, до найб!ль-ше иснирен! у в!тчизняному ав!ац!йному Мдррттривод!, по ехспериментально.отриманкм каа!тац!йним характеристикам, визначен! м!н!мально допустим! значения кав!тац!йних эапас!в»

- теоретично отримано ряд формул,; як! дозволяють для насос!в з под!бними качаочими вузлами та под!Сними режимами роботи для одного насоса вйзначити значения Тиску початку розвитку кав!тац11 та эначення м!н!маяь-но допустимого кап!тац!йного запасу насоса;'

- отримано залеян!сть для роэрахунку к!лькост! ка-розчинного пов!тря у потоц! робочо! р!дйни вх1дно£ иа-г!страл!:об'емкого насоса зм!нно! подач!»

- дос«1джуяалось.явидв подавления кав1тои!£ в аксиально-поршневому насос! кульками нерозчйненогопо-в!тря; . • ;

- проведено спектральний анал1з коливень тиску за об' ем-(им йасосок зм!нно£ подач! в умовах його роботи э кав!тац!сю та аераи!ех>.

Прчитична ц1гш1стг>

результати виконаних досл!джень , дозворяють : на стадИ проектування г!дропривода виэначити степ!нь дво^ачност! робочо'1 . р!дини 1 приймяти м1ри ^ по эа-поб!ганню роэвитку процес1в кавхтацП та аерацН;

- розроблена методика кав!тац1йно.го розрахунку вх1дпих маг!стралей об'синих насосхв зм!нноХ подач! з

•урахуваниям функц!онування на двофазн1й р1дин1; •*.'.■' - досл1джений механ!зм генерування кав1тац1йнйх коливань тиску. за об'синими насосами змхнно! подач! доэволяе розкрити ф1зичну суть цього процесу 1 прийма-тй ефективн! мхри по энижиннв величини коливань; :

- роэробдрний а апробований прилад для виэначення к!лькорт! газу у двофазних робочих р1динах г1дроси-стем, який доэволяе проводити експрес-анал1э суц1ль*-ност! поток1в;

- отриман! Дан! про Частотний диапазон кав1.тац1й-них коливань тиску, дають п!дставу розглядати та вика-, ристовувати об'емний насос, як високоефективний ре: 1ульозаний. генератор'потужних 1мпульс1в тиску 1 може

застосовуватися в рДзних технолог!чних процесах, на-приклад, при прискорених випробуваннях гз.дрообладнан-

Ацроблц1я робот "

:; Основн! результати дисертац1йно! роботи допов!дались 1 одержали позитивну оц1нку на; науково-техн1чн1й хонференц11 *Пдромехан1ка в 1нженертй практиц!" (м. Ки1в, травень 1996 р.), Републ1канськ1й НТК "Функц!ональн1 1 прикладн! проблеми космонавтики' (м. Ки1в, червень 1990 р.), НТК ассииацП спец!ал1ст!в промислово! г!дравл1ки 1 пневматики (м. Ки1в, травень-червень 1991-1995 рр.), зв!тних науково-технхчних крн-ференц!ях КМУЦА (м. Ки1в, 1994-1996), НТК »Пдро-апарагура 1 г!дропиводи с1льгоспмашин" (м. : В1нниця, лютий 1993-1994 рр.>, розширен!й техн!чн!й рад! КБ А1 "Г!дросила* (м. К1ровоград, кв!тень 1996 р.), науково-

тахи1чному сем!нар! каф. ГГС (м. Ки!в, травеиь19Эб р.).

ПС КМУЦА

Пувл1хац1£

За результатами виконаних досл!джень опубл!ковано 10 ро;5!т.

Структура £ oGa.tr ровотя

Дисертац1йиа робота складаеться !з первдмовй, чо-тирьох глав, виснозк!з, списку л!тературй !з 256 ка!мёнувань 1 Додатк!п.

ЗагалыгиЯ обсяг робота 167 стрср!нок, у тому числ! 40 рисунк!а 1 3 додатки.

осношпй* знхст ропота

У пвредмов1 обгрунтозана актуальн!сть теми, оказан! основи! положения, яг.1 визйачаоть наукоае та практичне значения роботи.

У псртШ глав! по даням в!гчизняних та заруб!янлх л!тературиих джёрал представлен! в1домоет! про основ»! эаконом!риост! кап!тац!1 та аврацИ, коливакнях тиску, як негативного прояву цих процас!в в г!дравл!чних системах.

Перша частина обоору приев'ячена причинам вйник-неиня кав!таЫ1 ! аерацЦ о г!дросистаках. В!дн!чано, цо обидва процоси.п раальких умовах в б!льпост! вкладов егг! а! ему суть ! породяуотьел од ними 1 тими к причинами. Лло, но диоля.чись на цо, ф!зична природа них явка р!зка.

Пов!тря в г!дравл!чну систему ироникас шляхом йо1го розчинекня, п!дсосу ! захвату збудтеио! поверхн! р!ди-гш. 1сггус зоно а нерозчинекому 1 розчиианоиу стан!, я вигляд! п!ни ! сум!жного простору з р!дашою. Найб!лыа небезпачна форма - нероэчпнзниЛ стан в вигляд! кульок.

В результат! проведеногр анал!эу в!дм!чаеться, що pis-Hi форми присутиост! пов!тря .в робоч1й р!дин! квба-жан!, так як кожна з них е потенц1йнимджерелом гене-рування нерозчинёного повЛтря. Найб!льше його уво-рюеться ■ !э розчиненого стану та спостер!гаеться на д!лянках системи а ниэькимтйском, який бувае менщим, н!ж тиск насичення. Энижений тиск на д!лянках до величин cniaposMipHHX э тискок насичених napis р!дини, призводить до розвитку кав!тац!йних каверн, центрами створення яких с кульхи нерозчиненого пов!тря.

В обзор! розглянут! негативн! прояви кав!тац!1 ! аерац!! в г!дравл1чних системах - зм!на ф!зичних та х!м!чних властивостей робочих масел, ероз!йних розру-шень деталей.г!дроагрегат1в, п!движений р1вень лульса-ц!й тиску. * '"■'■..'■?

Особлива увага прид!лена хвв!тац!йним пульса«!ям тиску. Розглянут! кав1тац1йн! коливання т,Иску за насосами та дросельними пристроями. В!дэначаеться, що не-достатньо повно вивчен! законом!рност! механизму вппи-ву хав!тац!£.! аерац!X на коливання тиску за aKcianb-: но-поршневими насосами. Акцентуеться увахм на тому, що бороньба; э п!двищеним р!внём коливань с актуальною проблемою сучасиого г!дропривода. Анал!з розглянутих джерел покаэав.до для зменшення коливань тиску за блоками живлення мало! потужност!, в„основному, вико-ристовують активн! гасител!, а для велико! потужност! - реактивн! гасител! коливань тиску._ Останн!м часом в ав!ац!йному г!дропривод! використовуеться ряд реак-тивних гасител!в р!зних конструкцШ та модиф1кац!й, як! ycriiamo працюють при гармон!чн1й форм! сигналу ! заданому д!апазон! частот. Однак, в нестац!онарних режимах роботи насоса погашения проходить з меншсю ефек-тивн1стю, так як коливання тиску стають «сав!^ац!йними. Зроблено висновок про те, цо в нестац!оиарних режимах роботи' об'емних насос!в ам!ннр£ подач! краце понижува-ти хав!тац!йн! пульсацП тиску методами, як! спрямо-feafai на зменшення !нтенсивност! розвйтку кав1тацН та вид1лення пов!тря.

У друг!й глав! представлен! методик» та нрограма досл!джень по впливу аерац!! ! кав!тац!1 на пульрац!!

тиску за йасослмй об'смного тийу зм!нно£ подач!. , Для проведения досл!д!в використооувався експериментальний стенд, який дозэоляв !м1тувати роботу основних л1н!й: рэальних г1дросйстем, а також зд!йснпвати експрес-анал1в степен! двофазност! робочо! р!диии, вести çnô-стердженнл за процёсами кавитацН та аерацН в насосах та дросельних каналах пристроХй.

В якост! гоповно! робочо! р!дини пикористовувалось м-!неральне масло AMP^lô. В деякйх експериментах також застосовувавея ад!акеросин ТС-1.

Vbck в маг!страл! нагн!тання варьпвався вхд, 1 до 25 МПа при. ^озход! р!дини до 60 л/хв, з! зм!ненкям частоти приводного вала, насоса в!д 300 до 4000 об/хв. У вх1дн!й niiiiïniH эм!нрвавсЯ у диапазон! в!д О.ОД до 6,04 Мпа. Досл1ди проводились при температур! робочо! р!динй. 273 363 4К. Для акспрес-анал!эу степей! двофазноет! р!дя.нк був розроблений прилад; в основу рсботи якого гюкладаний елвктроемк!сний метод вим!рп-ракня. § якост! чутяивого елемвнта використовувався CMnicHnft датчик густики - ДПе-5 плоскопаралельного типу. Диапазон вш«!рввань процентного складу газово! фа-30> Ыд 0 до 100). Кал!бруоання припаду эд!йсйовалось Йетодон г!дро.ствтичного ззажування.

Для вкм!р9ваккя код!тацШшх пульсац!й тиску вико-ристовув алйсь датчики ЛХ-601 та Д1-400 в комплекс! з ел«ктронно-вю*!рюввяьно0 апара ту рос, , яка Дозволяла визначати розмпх та частоту цопцаапъ тиску, провоДити ÏX: сйектраяьниЙ анал!з.

Дисперсну газову фдзу о po6o4ift р!дин!. отрймували: иляхо?* бозпссередньаго п.воду ai пьного пов!тря, вакууму аанням та иаддуво» г!«робака з подальшиМ Дроселюваи-кям ах!дно! та аих!дно1иаг!стралей, за допомогой и1льно падапчоГ сгрумиии настила а бак, подовяаиня вх!дно!маг!страл! в!д 1,45м до 14,5м.

' Vpvta глаза присвячена досл1даенн» умов появи та розвитку каз!тац!1 та aepauil у вх1дних маг!стралях об'екшс* насос!п.

Розгяянуто вплив геометричних параметров вх!дних трубопровод!а ка процеси розвитку каэ!тац!1 i асрвц!!. Досл!дження по параметру довзсини показали, цо б!лыа!

доржини трубопроврд!в сприяють розвитку вид!лення нерозчиненого пов!тря 1 кав!тац!Х. Встанов ле.но, що зб1льщення довжини всмоктуючого трубопровода насоса НП-43М э 1,45 до 14,5й приводить До утворення в р!.дин! нерозчиненого пов!тря, к!льк!сть якого досягае 8,5%. Зроблено висновок про те, що вх!дний трубопровод повинен бути якомога коротшим та прям1шим. Також представлен! теоретичн! досл!дження по оптим1зац1Х дХаматра вх1дного Трубопроводу всмок-туечо! л!н1Х, яка забезпе-чуе безкав!тац!йну роботу'насоса.

Отримано формулу для роэрахункук1лысост1 нерозчиненого пов!тря в потоц! робочо! р1дини у вх1дн!й ма-г!страд! об'¿много насоса эм!нно! подач!• .

де Ршм • Рв> Рм 0- в1дпов1дно атмосферний тиск,

тиск в г!дробац!, Тиск на' вход! в насос; а0 - почат-хове значения х1льксст! нерозчиненого пов1тря . в р!дин!} - коеф1ц!ент розчинення пов!тря в р!дин1; к - стала часу вид!лення нерозчиненого пов1тря.

Досл!д*ення по параметру частота прийодного вала насоса, температури робочоX р!дини та насиченню XX роэчиненим пов!трям показали, шо Хх зб!льшення сприяе розвитку кав!тац!Х 1 вид!ленн» повхтря у вх1дних ма-г!стралях об'емких насос!в<. Проведено к!льк!сну оц!нху степей! двофазност! робочо!' р1дини в зале»ност1 в!д вице эгаданих параметр!в. По. результатам досл!дкень (рис., 1,2) отримано формули (насос НП-43М, рхдина АМГ-10): .

а-Чр^ЩРи-с,, • (1)

в=а2<2+Ь2(-с2; (2)

■ а~а3п4+ььл2-сзл-4з , ч (3)

Де Ра*I п - в!дпов1дно тиск на вход! в насос, температура робочоХ р1дини, частота оберт1в ,приводного вала; а,Ъ,с,с1 - константи в!длов!дних змгнних.

ю

Рис» 1 3алвхи1сть к1лькост1 нероэчкиеного псв1тря в потоц! ' р!дини ЛНГ-10 у ех1дн1й л!нП насоса НП-4ЭМ в1д частоти о6«рт1в прЧ< 1 - вх1дноку теску ра*СО кПа~, тпску в г1дро6ац1

Рв*Рв»» 'I текп<«ратурХ ребоча! р1динй Г»320°К»

2 - Рв»70 5По,

40

га

хд

ю

■•' а

..' 2. я-* ЭйСсЬ-,

/ | н

" '11 ■' ■"' ■ ■» •• - .-. 1' '"■ ""'-»• : '-' ■ --.-А .

I • • ' V- 1 , «Рг \

)кПа ...

Рис. 2 Кавхтагийяг хрдктеристики насоса НП-43Н а под1бтэа< ■ точками вх1яиих.критич»|ик:ткск1в« 1 - частота обёрт1в п « 2000 об/хв, тиск в Г1дро5аи1рг-'ргя), , *гвмг.ература робочо1р1дяни

АМГ-10 Г'ЗЭЗ'Х />•■-■п"«3200 об/ХЯ. Рй-Рш*' . Т«293вК ; 3 - п -

4200 об/ха, Рв'Р*

Т=Ъ$?РК I крива-, отримана теоретично, яка

об'едиус под!бн1 точки 0|,0а.0, •х'Дних крити>й<1х тиск!в.:

Щ$?ащвпвно, що кав1тац!я в насосахиоже розвива-тись на деякому етап! самост!йно, а також проходити на фон! вид!лення нерозчинного пов1тря. Ве-з виМлення по-в!тря кавитац!я розвивасться в насл1док недостатнього Вх1дИОГО тиску, при якому проходить В1ДРИВ р1дини в!д поршн!в. Чим б!льп:е швидкисть пёремшення порин!в,■'■ тин б1льше треба значения входного тиску для зг^безпечення бвэкев!тац!йнд! роботи. Вид!лення пов1тря резпочи-наеться при тиску, який може бути меншим, або р!вним тиску на вход!, при якому {эозпочинаеться кав!тац!я.

Для кав!тац!йно£ характеристики акс!ально-поршневого насоса характерна наявн-!сть трьох д!лянок' : на перш!й - подача насоса не заледить в!д тиску на вход! насоса; на другой - подача поступово знижуеться в на-сл!док початку розвитку кав!тац!£ та вид!лення по-в!тря> на третАйподача р1зко знижуеться в насл!док !нтексиф!кац!£ процёс!в кав!тац!£ ! вид!лення пов!тря.

: Узагальнивши експериментальн! дан!, ло отрицаний кав!тац!йним характеристикам насос!в, встановлено значения допустимих кав1тац!йних эапас!в для деяких тип!в насЬс!в, як! найб!лыие розновсюджен! на пов!тряних суднах в!дчизняно! цив!льно! ав!ац!£. Для насо са НП25-5 в!н складае 6 г 8 м, НП-43М - 20-22М, НЯ-72МВ -18-2Ом, НП-89Д - 16-18 и .

Використовуючи теор!ю г!дродинам!чно! под!бност!, отримано ряа формул, як! предсТа^ляють собою практич-ний Интерес. Для под16них реким1в роботи одного ! того ж насоса (рис.2Г, а тако* дня йасос!в э,подхбними ка-чаючими вузлами справедлив! сп!вв!дношення:

ЬЬдо^СО1; (4)

Р«, р.-*<?2 ; <5>

(6) (7).

^доп^2:

пг

■2=^ = Г 4 г (9)

да ДЛл - допусткмий кап!тац!йний запас насоса?

критичний тиск уа вход! в насос, при якому розпочи-насться кав!тац1я; Q - подача насоса,* п - частота o6epTÍB приводного вала Macoca; А, В, С, L - константи в!дпов!дних зм!нних> К - коеф!ц!ент пропорцЮнальност! геометричних розм!р!в качавЧих вузл!в двох под!бних hbcocíb. -

.В додатку до uie£ глави представлено методику.' кав.!тац!йнойо розрахунку об:'смних насос!в зм!нно! подач!. В н!й отримано эалёии!сть для проектного розрахунку допустимого д!амет"ру вх!дного трубопровода з урахуванням його довяини, забезпечуючого безкав!тац!й-iiy. роботу"насоса. За допомогою методики визначають на-явн!сть кав!тац!£ у всмокТувч!й йаг!страл! об'емного насоса на стац!онарних та нпстац!онерних режимах його роботи. В якостх rcpsir.epin ouíhxh на наявн!сть кав!та-uii е допустимий кав4тац!йний запас насоса. Приведен! приклаДи KQDiTaiiiñHoro розрахунку для насоса НП-89Д (зстановленого на л!дому крил! л!така ТУ-154 J i насоса НП-43М (розтаповакого на правому дэигун! л!така ТУ - 134.). Результата обчислень показали, що насос НП-43М на нестац!онарних режимах працое з кав!тац!ею ! потребус эабезпеченн.я додаткових мироприемств, як! направлен! на II усуне.ння.

Чотверта глаза приев * ячена досл!диошт коливань тиску за об'синими насосами зм!иио1 подач! в умовах 1х роботи з KaBiTauicD та aépauico 1 anpoOaüli деяки:: метод i в , як! направлен! на íx змвнпекня.' •

Величина коливань тиску за ' акс!альио-порпновимк насосами на стац!онарних режимах роботи встановЯяеться конструктивними особливостями качаочого вузла. На при- • клад! насос!в НП-43М ! НГТ-89Д проведено зр!§кгавальний анал1з, який показав, до насоси типу НП-89Д з клапан-

но-ц!льовим принципом роэпод!лом р!дини масть пульса-ц!ю тиску вит!, н!» у насос!в типу НП-4ЭМ э золотнико-вим роэпод!лом. - '•■'.■'.''■•" '••/

Встановлено, що холивання тиску на стац!онарних режимах роботи дляцих тип!в насос!в в ц!лому характе-риэуютьсяпрм1рнимивеличинами,як! складають 10-20 % в!д ном!нального значения робочого тиску .< • •

. Кав!тац!йн! холивання тиску досл!джувались в эа-дежност!- в!д вх!дноготиску в насос 1 тиску нап<!тан-ня, степей! насичення робочо! р!дини розчиненим 1 не-розчиненим пов 1трям, температуря масла АМГ-Ю.

Головним фактором, обумовлюючим розвиток кав!та-ц!йних коливанье вх!дний тиск (рис. 3,4). Досл!дження ' залежност! кав!тац!йних пульсац!й в!д вх!дного тиску, при його поступовому эиеныенн!, дозволило вид!лити чо-тири.фази в розвитку кав!тац!йного процесу акс!ально-пороневого насоса з золотниковим роэпод!лом. Для по-чаткового втапу характёрн! коливання тиску з пост!ййим Зб!льыенням розмаху ! збереженням гармон!йно1 форми. Кав!тац!я мае м!сце лике в такт! всмоктування 1 утво-рюеться внасл!док миттевого в!дриву р!дини в!д порш-н1в в ход! Хх перем!»ення. Хнструментальн! 1 в!зуальн! спостереження показали, цо нерозчинене пов!тря у вх!д-ному трубопровод! насоса в!дсутне.

Другий етап розвитку кав!тац!Х в а*с!ально-порвневому насос! характеризуеться порушенням гар-^он!йноХ форми кав!тац!йних коливань тиску .1 незначним вид!ленням нерозчиненого пов!тря у вх!дн!й маг!страл!. Порушення гармон!йно! форми кав!тац!йних пульсац!й тиску обумовлено накладенням вйсо&очастотних коливань, як! породжуються в тахт! нагн!тання

струминною кав!тац!ес. Вона утвороеться в результат! велико! швидкоет! зворотних ток!в р!дини !э ма-г!страл! нагн!тання в недозаповнен! камери блока цил!ндр!в. Нерозчинене пов!тря на цьому етап! впливо-в<Йч> значения по в!дноп1ешш до розвитку коливань тиску не мае. Незначна його к!яьк!сть е лиае катал!зат>ором в процес! розвитку кав!тац!Х в такт! нагн!тання та. вскоктування.

АР. мпа

20 ЛЭ 12 6 к

1 1

.,.., иД,

^1

ч

• V ■ ■

<*%

5 Ч 3 2 I

Рис. 3 Залв«н1сть розилху кав!?ац!Йних коливань тиску в!д «иску на вход! в насос НП-43И1 при тиску 9 магХстра 1 на-гн!токня р„»8МПа 1 р,»15 МЛа'(крив! 2, 3 в1дпоа1дко) > температур! ЛИГ-10 Т»2вЗ®К , тиску а г!дробац! р4=р1шн , -частот! обер?!в п*2000 об/ха; 1 - эале*н1сть нероэчиненого пов1тря а потом! робочо! р1днии в!д вх!дного тиску в насос.

а,%

№■

Лр,

МПа

М5

ДО

15

ч

и

ч Г*

•

/г

50

70

90 I }0р%с,№

Рис. 4 денпфуввяня каа1тац1йяих пульсаций тиску при робот! насоса■ НП-43Н яа двофаэнШ роБоч1й р!дин! АМГ-10 при! 1 -тискунйгн1т«ннл р„*1 МПа, надм1рноцу тиску наддуву г1дробака

рт^*0.22 НП#, температур! р!дики Т»283°К , частот! оберт!в

П»2000 об/хв; 2 - эалехп!егь к1лькост! нерозчиненого пов1тря у робоч!й р!дин! в!д вХ!дного тиску в насос;

' Для третьего _ етапу розвитку кав1тац11 характерна р!эке зростання. величини розмаху кав1тац!йних колйвань ткску в насл!док П!двшцено! к!дькост1 нерозчиненого пов!тря у ,вх£дн1й маг!страл1 насоса. Критичне значения к1лькост1 нерозчиненого пов1тря, при якому. розпочи-наёться р1зке зростання кав1тац1йних Коливань, визна-чаеться тиском в напорн1й маг!страл1.

Четвертий етап розвитку кав!тац!1 розглядався пиша при малих значениях тиску нагнетания (до 4МЦа ) I. значно! степень двофазностД у вх!дн!й маг!страл1, яка перевищуе 1 % (рис. 4).На цьому етап1 мае м1сце по-ступове подавления кав!тацН кульками нерозчиненого по1 ..тря. Функц1я подавления пульсзц1й тиску нерозчине-= Ким пов1трям носить ступ1нчатий характер з д!лянками стаб1Л-1зоввного р1вня тиску 1 р!зким пад!нням до бхльа кизьких р1вн1в йог© значень. Максимальней розмах кав1тац!йних коливань тиску, як! мали м!сце перед початком подавления, приблизно складае 4 - 6 ном1нальних значень тиску магьеграл! нагч1тання. > Роавйтку кав!тац!йних коливань тиску такой сприя.е зб!лынення уи'ск! в маг!страл! нагнетания, а такок извинения тиску насичення робочо! р^дини пов1трям.. В (.Л.ох вйпадках зале»н!сть носить л!и1йний*характер. Р<?-зультати випробувань показали, 190 зб!льш.ення вх!дного абсолютного тиску в г!дробац! в!я, 0,1 МПа до 0,2.2 МП$ веде приблизно до тр.ьохкраткого росту ггульсуючого тиску.

Якщо на ста.цхонарних рркима}; роботи насасд пАдви-дення температура тягне за соро® зюшения пцпьсац1й тиску , то $ умовах кав!тац!1 1 а§р§ц!1 иавпаки. Згначне зб1льшёння кав!тац!йних копив.арь спрстер!гастьея п!-сля дооягнення робочо» родиною криричцодо значения температуря. Воно встановлюе такое прчаток активного вид!лення нерозчиненого пов1"фя. Кожному значению вх!дного тиску в1дпов!дае конкретк« значения критично! температуря.

Досл1дкенкя иасос!в на несТ«и!онарних режимах ро-брти при переход! з м!н1мально! Подач! на максима льну л сказали, щонасосиэклппаннйм розпод!яом в менш1Я

м

,м-1р! чутлив! до'знижёних тискав на вход!, н!ж насосй з золотниковим розподхлом.

Досл!дження. коливань тиску об'емними насосами зм1ннЬ1 подач! в умовах. роботи! на р!д;*.нх, яка мае т!льки нёрозчинёне пов!тря без наявност1; кав!.тац!£ показали- (рис.5), ¡до газова фаза в процесг ¿1 эростання можв! не впливати на коливаиня: тиску при малих II к!лькостяхг викликати у них нестале знйження значены п!двищувати коливання тиску. Процес п1двицення визна-чаеться крйтичним значениям газово! фазй. Воно залечить в1д тиску нагн1тання.

В ц!й глав! також представлено математичну модель, як.а описуе зб!льшення коливань тиску за насосом в за-лежност! в!д х!лъкост! нерозчиненого пов!тря ,в р!дши. Вона побудована на баз! р!вмянь| як1 описують, нестар. ц!онарнйй рух р!дини в трубопровод! ! двоф^зний стан р!дини. ' V:

Спектральний аная!з коливань тиску показав, що приеутн1сть нарозч-йненого пов1тря у вх!дному. трубопровод! без присутност! кав!тацИ не зменшуе ! не зб!ль-шуе частотних кордон!в пульсуючого тиску на сторон! нагн!тання, а лише носилюе потужнасть кожно! !з гар-|40н!к. Частота коливань тиску на стацшнарних режимах роботи насоса досягае б кГц. Вони масть полггйрмон.гй-ний характер. ДГапаэан кав1тац!йних коливань сягае в!д б до 24' кГц ! зм!нюеться в залежност! в!д вх1дПого тиску (рис.б) . Гармон!ки б!льи високого порядку В' спектр! кав!тац!йних . коливань . тиску. характеризуються малими значениями енерг!!. Але, в целому, кав!тац!йн1 пудьеац!! дають б!лыв! значений ампп1туд' в' гарнон1кахУ.' н1ж на стац1онарних режимах. Однак, кав!тац!йн! посту-паються значениям ампл!туд в гармон!х4х коливань э не-розчиненим повх-врям.

Для зменшення кав!тац1йних коливань тиску за об'емними насосами зм!ннв! подач1 проведена апробац!я способу, який передбачае короткочасне пгдвищення тиску на вход! в насос на нестац!онарних режимах Його роботи , шляхом' встановлення г!дроакумулятора. Цей спосьб показав високу ефективн!сть при Перевод!, насоса з.нульрво! подач! на п!дпицену. При цьому даофазн!сть робочо!

¿Pumo

J

-

j-Á- 1 yí УГ4! 1

0,25 (¡JS

0.75

I. t*,%

-2?n.e?HÍCTb крливаяь теску за иасосои НЯ-4ЭН в!д 5 í Т нероэчиненого пов!тря, як* надходить э потоком во-вочо! р1дини 1з Пдробака у oxiwty п 1нТь при« I - тиску ид-гн1тання р„»3 МЯа, тиску a rijspoCanipj.p^, температур!

р1дини АМГ-10 Г-2?8°К, 2 - р„«10 КЦа, P#»P-» . Г-278°1С» 3-роэрахункова крива.

jT.Ar«

Рис. € Залехи1сть частот» каа1тац1йких яульсац1йтмску '»1д V *иску на вход1 а насос НП-43М: нег»1тання p„»3 Hija, тиск

у гХдробац! Ре »Рай, , текпвратура р£дкик АКГ-10 Г-*50ЯК, число • рбвртХв « 2000 об/х».

р!дини эменшилась з1д 8% до 1% i роэмах кав1тагДйних коливань тиску в!д 19 Ша до 4 2 МПа. .

основах висиовки з ровоти

1. Досл1джено механ1зм генерування кав1тац1йних коливань тиску за аксиально-поршневими насосами. Умов-но видЛлено чбтири фази 1х розвитку.

Для початково! фази характерн! коливання :шпуль-с!в, розмах яких поступово эб1льшуються при збереженн1 Гармон1йно1 форми.

Друга фаза розвитку характеризуеться порушенням гармон!йно! форми коливань на фон! вйд1лення нерозчиненого повДтря у вх1дн1й маПстралЗ. (до о,1%). Поручения гармйн1йних пульсац1й обумовлено накладеннян ви-сокочастотних коливань, якх породжуються струминною кав1тац!ею. . .-•"

Для третьо! фази характерна р!зке зростання вели-чими кав!тац1йних коливань тиску Гэ-за п!двиденого вм1сту нерозчиненого п6в1тря (до. .1%) у робоч1й р1дин1. Значна його х1льк1сТЬ дом1нуюче впливае на процес генерування коливань, Крйтичне значения к1лькост! по-в1тря, при яксму розпочинаеться р1зке эростаннй Кав1тац1йнйх коливань, залечить и!д значения тиску в ^аПстрал1 нагн1тання.

Для четвертой фази характерна можпив!сть демпфу-вання кав!тац1йних коливань тиску кульками нерозчине-ного пов1тря, але при малих значениях тиску напитання (до 4 МПа) 1.значно! Х1ЛЬкост1 нерозчиненого пов!тря (б1льше 1-2%). Функц1я подавления пульсац1й тиску га-зоэорскладовоо Носить ступ1нчатйй характер. Макси-мальний розмах кав!тац1йних коливань перед початком демпфування приблизно в п'ять раз!в перёвииуе тиск по-дач1. ■'

2. При безкав1тац!йному реиим! робота об'емиого насоса на двофазтй р1дин!, яка подаеться !з г1дробака з р1знох> к!льк1стк> нерозчиненого пов1тря, частотний д!апазон генерованих коливань не зм1нюеться, зб!ль-шуеться тхльки 1х розмах, величина якого залежить в1д

Степан! двофазност! потока у вх!дн1й маг!страл!. Кояи-вання мають полiгармоН!йний характер. , Встановлено, до при кав!тац!! в об*емкому насос! максимальна частота в спектр! пульсуючого тиску моке досягти 24 кГц. Процес эростання гармон!к 6int>m висо-кого порядку визначаеться зм1ноо тиску при вход! в насос . Вони характеризуються зниженим енергетичним р!й-г нем, " ' Г • ' : '',■■' ;

3. Одн!ею 1з радикальних м!р попередхення кав!та-ц!йних пульсац!й ё п!двицення тиску у всмоктуюч!й ма-г!страл! насоса. . Виходячи э цього, було опробовано спс :!б короткочасного зб!льшення тиску на вход! в насос на неста«!оыарних режимах роботи за рахунокжив-лення г!дроакумулятора. Цей спос!б, в одному !з екс-• перимёнт!в» показав високу ефёктивн1сть при перевод! Насоса з м!н!мально! подач! на п!двииену. При цьо-му к!льк!сть Нерозчиненого пов!тря знизилаея в!д 8% до 1%, а розмах коливаиь тиску в!д i9 МПа до 4,2 МПа.

4 v Результат;' . узагайьмеюде експериментальних р.о-1 сл!д!в кав!тац!йних характеристик дозволили отримати х 1Я ряду ав!ац!йних насосхв допусти»! значения кав!та-ц!йного запасу t НП25-5- б - 6«, ЙЦ-43к - 20 - 22 м, НЛ-89Д - 16-18 и, НП-72МВ -18-20 М* ;

5. Кав!тац-1йний розраиунок вх!дн©£ маг1с^рая! об'емного насоса зм!нно! родач! моке бути проведений по представлен!й в робот! матодиа!, яка; доэволяс виз-начати оптимальн! геокетричн! !" ф!зичк! параметри си-стеми э урахуванням !нерц!йних втр«т енерг!!, частота обезрт!д приводного вала, а також Допустимого значения кав!тац!йного запасу насоса, яюф сяужить критер!ем наявност! кав!тац!1.

6. Для под!бних ре«им!в робот» «даого 1 того ж насоса, а також насос!в а оод!бнчми качаючими вузлами отримано ряд формул, за допомогою яких мота розраху-вати значення вх!дних критичних тиск!в, при яких

розпочинаеться кав1тац!я, а тако& значения допустимих кав1тац!йних запас1в насос!в.

7. Розроблено прияад для визйачення к3.лькойт! не-возчиненого пов1тря у потоках робочо! р!дини,г1дроси-стоми. Диапазон виьирювання лехить у межах в!д 0% до 100% гаэоао! складово!. 3 ц!ею ж метою запропоновано роэрахункову залежн!сть, яка ураховуе часовий фактор в11д1леннЯ'розчинення газовой складово!.

Результати роботи допоа1дались в К1роаоградському АТ*ГЧдросила" / на наухово-техн1чних конферемЦях асо-ц1ацН спец!ал1ст1в промислово! г!дравл1ки 1 пневматит хи, науково-техн!чних конферетЦях КМУЦА, науково-техн!чному сем!нар1 каф. ГГС ПС КМУЦА. бсновн! поло-яення розроблених методик впровадяен! в АТ "Пдросила* (м.К1ровоград), завод! N410 ЦА (м.Ки!в) 1 викориСтову-ються п!д час стендових вйпробувайь 1 доводки г1дроаг-£вгат1в та г1дрообладнання^

Основн! результата дисертацИ опубл1кован1 в на-ступних роботах >

1. - Куринков )3,Н.„Щафаренкр В.Н., Романенко Б.Г. Методика исследования газовыделения по всасывающих линиях о&ъешых насосов // Проектирование, производство и эксплуатация систем гидррпневмопривода, гидропневмоавтоматики, гидропневмомашин и их компонентов. -Тез.докл.-Киев« Знание, 1991, с. 25-26.

2. Романенко В.Г. Методика контроля воздухосодер-жания во входной магистрали объемного насоса // Проектирование, производство и эксплуатация систем гид-ропнвмопривода, гидропневмоатоматики, гигидропневмома-шин. Тез. докл.- Киев: Знание, 1992, с. 29-30.

3. Ронаненко В.Г. Кавитационные колебания давления за объемными насосами а условиях воздуховыделвния //

Проектирование, производство й эксплуатация систем гидоопневмоприврда, гидропневмоавтоматики, . гидропнев-момашин и их компонентов. Тез. докл. - Киев! Знание, • 1993,с. 32-33. '

4. .Романеко В.Г., Пипипенко С,В Исследования колебаний давления за объемными насосами //Гидроаппаратура и гидроприводы сельхозмашин. г Винница $ ВПИ, • 1993, с. 24-25. ".

5. Романенко В.Г. Работа аксиально-поршневого насоса в условиях кавитации и аэрации // Гидроаппаратура и : здроприводы сельхозмашин. - Винница« ВПИ, 1994, с.

,30-31. .

6. Глазков М.М., Бутько B.C., романенко В.Г. Экпе-риментальное исследование влияния воздухосодераакия во всасывающих линиях объемных насосов переменной подачи на динамические свойства. блоков питания / / Отчетная науч.-техн. конференций КНИГА по госбюдиётной тематике. Тез» докл. ^ Кие»< КИИГА, 1994, с. 23-24.

7. Романенко В.Г. Методика навигационного расчета всасывающих линий объемных насосов переменной подачи // Проектирование, производство к эксплуатация систем гидропривода, гидропневмоавтоматики, гидропневмомашини их компонентов. Тез. Докл. - Киев? Знание, 1994, с.19.

а. Глазков М.М., Романенко В.Г, Влияние кавитации и аэрации во всасывающие линиях обънных насосов переменной подачи на колебания давления в магистраля нагнетания // Науч.-техн. конференция, посвященная Дне Космонавтики (12 апреля). Тез.докл.- Киев: КМУГА, 1996, с.8-9. »

9. Пилипенко C.B., Романенко В.Г. Скорость распространения упругой волны в двухфазной видкой среде // Функциональные и прикладные проблем» космонавтики..-Ktreas КПИ, 1990, с.16-17.

Й

10. Глазков М.М. , Романенко В. Г. * Допускаемый кави-тациоиный запас объемных насосов с подобными качающими узлами П Гидромеханика в инженерной практика. Тез. докп. - Киев« НТУ Украины (КПП), 1996, с,19.

АННОТАЦИЯ

Романенко В,Г. Влияние кавитации и аэрации во входных линиях объемных насосов переменной подачи на колебания давления в магистралях нагнетания. Диссертация на соискание ученой степени кандидата Технических наук по специальности 05.02.03 "Системы приводов", Киевский международный университет гражданской авиации. .• ■;•■.. -

В работе ^рассмотрены вопрЬсы по исследованию Механизма генерирования кав'итационных колебаний давления. Разработана методика кавитационного расчета входных линий объемных насосов переменной подачи. Предложен метод уменьшения кавитационных колебаний давления за объемными насосами переменной подачи на переходных ре-атах работы. • ■ :'"•'-.-

ANNOTATION A

Romanenko V.O. Effekts the cavitation and aeration in the positiue-displacement pump inlet line, cheriging vibration prossüse capasity in the delivery pipe. Dissertation for the Degree of Candidate of Science (Engineering), on Speciality 05.02.03. "System Drive". Kiev International University of civil Aviation.

At work we have , questions on reserch mechanism generation vibration pressure, t^cthods to work out j changing capacity in cavitation computation in the positive-displacement inlet line. Methods were suggested eupppres, cavitation vibration pressure in the ppsitive-dieplacement pump, changing capacity for transient regime work.

Юючов! слова < кав1тац1я, аерац1я, кав1таи1йн1 копивакня тиску, об'емн! насоси эм!нно!подач!.

Шдписано до друку 25.11.96. Формат 60хв*./1£. Пал1р друкарсьхкй. Сфсетний ррук. Ум.«фарбдв1цб.7, Ум. друк.арк.1,ЭЗ. Об*.вил.»рк.1,5. Тираж 100 прим. Замоаяения » 224-1. ЦГна . Bwa. f gyj.

Видашництво КИУЦА. ■ _ >'

2520Б8. Ки1в-58, проспект Космонавта Коиарсв&,1.