СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН Российский патент 1995 года по МПК F04B51/00 F15B19/00 

Изобретение относится к диагностированию объемных гидроприводов и может быть использовано для определения коэффициентов полезного действия объемных гидромашин.

Известен способ определения КПД объемных гидромашин посредством термодинамических измерений, включающий измерение температур рабочей жидкости (РЖ) на входе гидромашины, на выходе, измерение повышения температуры РЖ при дросселировании под действием рабочего давления, и расчет общего КПД на основании этих значений [1].

Основным техническим недостатком указанного способа является то, что необходимо поступление потока утечек непосредственно на вход насоса (или выход гидромотора) и прохождение полной подачи насоса через нагрузочный дроссель под действием рабочего давления.

Известен также способ диагностики объемных гидромашин, при котором измеряют перепад давления в линиях высокого и низкого давления гидромашины, утечки которой восполняются рабочим потоком нерегулируемого подпиточного насоса, избыточный поток которого поступает на слив, измеряют разность температур рабочей жидкости между потоком утечек и потоком в линии низкого давления гидромашины, определяют величину расхода в одном из потоков, который объединяют с потоком утечек и контролируют температуру до и после объединения для вычисления величины расхода утечек, а также общего и объемного КПД гидромашины [2].

Техническим недостатком данного способа является ограниченность диапазона применения, поскольку его нельзя использовать для диагностики гидромашины в составе замкнутых гидроприводов, так как давление на входе насоса (выходе гидромотора) превышает давление в потоке утечек (в корпусе гидромашины).

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание способа диагностики объемных гидромашин с широким диапазоном применения, в том числе и для диагностики гидромашин, работающих в составе замкнутых гидроприводов.

Для решения данной технической задачи в способе диагностики объемных гидромашин, при котором измеряют перепад давления в линиях высокого и низкого давления гидромашины, утечки которой восполняются рабочим потоком нерегулируемого подпиточного насоса, избыточный поток которого поступает на слив, измеряют разность температур рабочей жидкости между потоком утечек и потоком в линии низкого давления гидромашины, определяют величину расхода в одном из потоков, который объединяют с потоком утечек и контролируют температуру до и после объединения для вычисления величины расхода утечек, а также общего и объемного КПД гидромашины, величину расхода определяют в избыточном потоке подпиточного насоса, который объединяют с потоком утечек, а величину расхода последнего вычисляют из условия теплового баланса потока, поступающего к гидромашине, и потока, поступающего на слив после объединения с потоком утечек.

На фиг. 1 и 2 изображена схема гидропривода, реализующего предлагаемый способ.

Гидропривод содержит диагностируемые гидромашины - основной насос 1 и гидромотор 2, а также подпиточный насос 3, переливной гидроклапан 4 и гидробак 5. Насос 3 с подачей Q_пн подает рабочую жидкость (РЖ) в линию 6 низкого давления.

Способ диагностики гидромашин реализуется следующим образом.

Подача подпиточного насоса 3 пропорциональна теоретической подаче Q_o основного насоса 1
θ_пн= θ_o · = K · θ_o , где ω_н и ω_пн - угловые скорости вращения валов основного и подпиточного насосов 1,3 соответственно;
q_н, q_пн - объемные постоянные основного и подпиточного насосов 1,3.

Избыток жидкости с расходом Q_и и температурой Т_и через переливной гидроклапан 4 поступает на слив в гидробак 5. Расход Q_и равен
Q_и = Q_пн - Q_ут^н - Q_ут^гм, где Q_ут - расходы утечек.

Верхние индексы н и гм обозначают параметры утечек, соответственно, насоса 1 и гидромотора 2. В узле А происходит слияние потока утечек насоса 1 с температурой Т_ут^н с потоком, создаваемым подпиточным насосом 3 (расход равен Q_и, температура - Т_и). Уравнение баланса расходов и температур для узла А имеет следующий вид
(A) (Q_пн - Q_ут^н - Q_ут^гм)Т_и + Q_ут^гм Т_ут^гм =(Q_пн - Q_ут^н)Т_А
Аналогично для узла Б
(Б) (Q_пн - Q_ут^н)Т_А + Q_ут^нТ_ут^н = Q_пнТ_Б.

Из уравнений баланса расходов и температур для узлов А и В определяются расходы утечек насоса 1 и гидромотора 2, с учетом того, что Q_пн = К˙ Q_o
Qну

_т = Q_пн·
или
Qну_т = K · Q_o· .

Аналогично для гидромотора 2
Qгмут

= K · Q_o· , где Т_А и Т_Б - температуры РЖ в узлах А и Б соответственно.

Тогда общий КПД η_o определится следующими формулами для насоса общий КПД:
ηнo

= , где N_пол^н = (Р₁ - Р₀)(Q_o - Q_ут),
N_ут^н = Q_ут^н(Т_ут^н - Т_о) ρc,
тогда
ηнo= .

Подставляя значение для Q_ут^н, выраженное через перепады температур и расход основного насоса 1, после упрощения получаем
ηнo

= ,
для гидромотора общий КПД
ηгo^м= , где N_пол^гм = (Р₁ - Р₀) ˙(Q_о - Q_ут^н) - Q_ут^гм (Т_ут^гм - Т_о^гм) ρc,
N_ут^гм = Q_ут^гм (Т_ут^гм - Т_о^гм) ρc.

Тогда
η^гмo

= .

Подставляя значение для Q_ут^гм, выраженное через перепады температур и расход основного насоса 1, после упрощения получаем
ηгo

^м= 1 - , где Р₁ и Р₀ - давление в линии высокого и низкого давления соответственно;
N_пол и N_ут - полезная мощность и мощность потерь соответственно;
Т_о^н - температура на входе насоса 1;
Т_о^гм - температура на выходе гидромотора 2.

Объемный КПД η_об определяется следующими формулами:
насос
ηно

_б= .

Подставляя значение для Q_ут^н, выраженное через перепады температур и расход основного насоса 1, после упрощения получаем:
ηно

_б = 1 - K · ,
гидромотор
ηгмоб = .

Подставляя значения для Q_ут^гм и Q_ут^н, выраженные через перепады температур и расход насоса 1, после упрощения получаем
ηгмоб

= 1 - K · .

Механический КПД η_мех определяется из очевидных выражений
насос
ηнм

_ех= ,
гидромотор
ηнм_ех= .

Экспериментальная проверка предложенного способа диагностики объемных гидромашин проводилась при стендовых испытаниях гидропривода ГСТ-90 на примере определения КПД насоса. Измерялись момент М и обороты N на валу насоса, давление в гидролиниях высокого Р₁ и низкого Р_одавления, расход РЖ Q₁ в гидролинии высокого давления, температур РЖ на всасывании подпиточного насоса Т_о, в корпусе насоса Т_ут^н, температура потока прокачки Т_и, создаваемой подпиточным (вспомогательным) насосом до объединения с потоком утечек насоса и температуру Т₁ потока, идущего на слив в бак после объединения с потоком утечек насоса.

Приведем численный пример расчета КПД насоса с использованием предложенного способа. Средние за этап испытания значения измеряемых параметров составляли: давление в гидролинии высокого давления Р₁ - 15:5 МПа давление в гидролинии низкого давления Р_о - 1,1 МПа момент на валу насоса М - 218,7 н˙м обороты вала насоса N - 25,4 об/сек расход рабочей жидкос- ти в гидролинии высоко- го давления Q₁ - 2˙19˙10^-3 м³/с температура на вса- сывании Т_о - 322˙45 К температура утечек насоса Т_ут^н - 360˙65 К температура прокачки Т_и - 327˙15 К температура на сливе Т₁ - 330˙65 К.

Плотность рабочей жидкости (МГЕ-25Т) составила 870 кг/м³, теплоемкость - 1920 Дж/кг˙ град. Отношение подачи на оборот подпиточного насоса к подаче основного насоса составило К = 0,224. Объемная постоянная насоса q = 89,2 ˙10^-6 м³/об.

Используя предложенный способ, КПД насоса определяется из следующих выражений:
объемный
ηно

_б= 1-0,224· = 0,976,
общий
ηно = ,
А = (15,48-1,08) ˙10⁶ [360,65-327,15- -0,224˙ (330,65-327,15)] = 4,711˙ 10⁸,
B = 0,224˙ (360,65-322,45˙) (330,65--322,45) ˙870 ˙1920 = 1,172 10⁸,
ηно= = 0,904,
механический
ηнм_ех= = 0,926.

Для сравнения КПД определялся также традиционным способом (прототип) по следующим формулам:
ηно

= ,
ηно = = 0,903 ,
ηно_б= ,
ηно_б= = 0,967,
ηнм_ех = ,
ηнм_ех= = 0,935 .

Значения КПД, полученные традиционным и предложенным способом, близки между собой, различие не превышает погрешности измерений.

Предложенный способ позволяет определять коэффициенты полезного действия объемных гидромашин в составе гидроприводов с замкнутым потоком. При этом отсутствуют дополнительные непроизводитель- ные потери энергии, особенно нежелательные для ОГП в составе подвижной наземной техники с теплообменниками ограниченной мощности. Следует отметить, что при определении КПД гидромашин описанным способом делается ненужным измерение температуры в гидролиниях высокого давления, что снижает требования к датчикам температуры и повышает надежность системы измерения в целом.

Сущность изобретения: измеряют перепад давления в линиях высокого и низкого давления. Утечки восполняют рабочим потоком нерегулируемого подпиточного насоса, избыточный поток которого поступает на слив. Измеряют разность температур рабочей жидкости между потоком утечек и потоком в линии низкого давления. Определяют величину расхода в одном из потоков, который объединяют с потоком утечек, и контролируют температуру до и после объединения для вычисления величины расхода утечек и общего и объемного КПД гидромашины. Величину расхода определяют в избыточном потоке подпиточного насоса, который объединяют с потоком утечек, величину расхода которого вычисляют из условия теплового баланса потока, поступающего к гидромашине, и потока, поступающего на слив после объединения с потоком утечек. 2 ил.

СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ОБЪЕМНЫХ ГИДРОМАШИН, при котором измеряют перепад давления в линиях высокого и низкого давления гидромашины, утечки которой восполняются рабочим потоком нерегулируемого подпиточного насоса, избыточный поток которого поступает на слив, измеряют разность температур рабочей жидкости между потоком утечек и потоком в линии низкого давления гидромашины, определяют величину расхода в одном из потоков, который объединяют с потоком утечек, и контролируют температуру до и после объединения для вычисления величины расхода утечек, а также общего и объемного КПД гидромашины, отличающийся тем, что величину расхода определяют в избыточном потоке подпиточного насоса, который объединяют с потоком утечек, а величину расхода последнего вычисляют из условия теплового баланса потока, поступающего к гидромашине, и потока, поступающего на слив после объединения с потоком утечек.