Vpliv tlačnih na segrevanje hidravličnega

(1)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Vpliv tlačnih pulziranj na segrevanje hidravličnega olja

Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo - Razvojno raziskovalni program

Martin Stražiščar

(2)

(3)

UNIVERZA V LJUBLJANI Fakulteta za strojništvo

Vpliv tlačnih pulziranj na segrevanje hidravličnega olja

Zaključna naloga Univerzitetnega študijskega programa I. stopnje Strojništvo - Razvojno raziskovalni program

Martin Stražiščar

Mentor: doc. dr. Franc Majdič

(4)

(5)

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Francu Majdiču ter somentorju doc. dr. Andreju Bombaču za strokovno pomoč pri izdelavi diplomske naloge.

Zahvaljujem se samostojnemu strokovnem delavcu Roku Jelovčanu dipl. inž. str. za pomoč pri pripravi eksperimenta ter opravljanju meritev.

Zahvaljujem se tudi svojim najbližjim za podporo skozi moj celoten študij na Fakulteti za strojništvo.

(6)

Spodaj podpisani/a Martin Stražiščar študent/ka Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani, z vpisno številko 23170245, avtor/ica pisnega zaključnega dela študija z naslovom: Vpliv tlačnih pulziranj na segrevanje hidravličnega olja,

IZJAVLJAM,

1. *a) da je pisno zaključno delo študija rezultat mojega samostojnega dela;

b) da je pisno zaključno delo študija rezultat lastnega dela več kandidatov in izpolnjuje pogoje, ki jih Statut UL določa za skupna zaključna dela študija ter je v zahtevanem deležu rezultat mojega samostojnega dela;

2. da je tiskana oblika pisnega zaključnega dela študija istovetna elektronski obliki pisnega zaključnega dela študija;

3. da sem pridobil/a vsa potrebna dovoljenja za uporabo podatkov in avtorskih del v pisnem zaključnem delu študija in jih v pisnem zaključnem delu študija jasno označil/a;

4. da sem pri pripravi pisnega zaključnega dela študija ravnal/a v skladu z etičnimi načeli in, kjer je to potrebno, za raziskavo pridobil/a soglasje etične komisije;

5. da soglašam z uporabo elektronske oblike pisnega zaključnega dela študija za preverjanje podobnosti vsebine z drugimi deli s programsko opremo za preverjanje podobnosti vsebine, ki je povezana s študijskim informacijskim sistemom članice;

6. da na UL neodplačno, neizključno, prostorsko in časovno neomejeno prenašam pravico shranitve avtorskega dela v elektronski obliki, pravico reproduciranja ter pravico dajanja pisnega zaključnega dela študija na voljo javnosti na svetovnem spletu preko Repozitorija UL;

7. da dovoljujem objavo svojih osebnih podatkov, ki so navedeni v pisnem zaključnem delu študija in tej izjavi, skupaj z objavo pisnega zaključnega dela študija;

8. da dovoljujem uporabo mojega rojstnega datuma v zapisu COBISS

V Ljubljani, 30. 8. 2021 Podpis avtorja/ice:

*Obkrožite varianto a) ali b).

(7)

Izvleček

UDK 532.58:621.22:661.177(043.2) Tek. štev.: UN I/1574

Vpliv tlačnih pulziranj na segrevanje hidravličnega olja

Martin Stražiščar

Ključne besede: hidravlično olje tlačni udari sistemski tlak frekvenca udarov segrevanje olja

Raziskovali smo kako tlačni udari vplivajo na segrevanje hidravličnega olja. To smo preizkusili z eksperimentom, kjer smo v cevi, ki je bila na koncu zaprta nihajoče spreminjali tlak s frekvencami od 0,5 do 40 Hz pri sistemskih tlakih 100, 200 in 300 bar. Te meritve so bile opravljene na ceveh dolžine 2 m in 3 m.

Ugotovili smo, da se olje najbolj segreva pri višjih frekvencah ter višjih tlakih. Poleg tega pa smo opazili, da se cev in olje najbolj segrevata na sredini.

(8)

Abstract

UDC 532.58:621.22:661.177(043.2) No.: UN I/1574

Influence of pressure oscillations on hydraulic oil heating

Martin Stražiščar

Key words: hydraulic oil

pressure oscillations system pressure oscillations frequency oil heating

We investigated the influence of pressure oscillations on the heating of hydraulic oil. The investigation was carried out by means of experiment in which we sent pressure oscillations into a pipe closed at one end. The frequencies of the oscillations were between 0.5 and 40 Hz, at system pressures of 100, 200 and 300 bar. These measurements were performed on a pipe of 2 and 3 m lenght.

We found that the heating of the oil was most pronounced at higher frequencies and pressures. We also found that the pipe and the oil heated up the most in the middle of the pipe.

(9)

Kazalo

Kazalo slik………x

Kazalo preglednic………xi

Seznam uporabljenih simbolov………...……...……xii

1 Uvod... 1

1.1 Ozadje problema ...1

1.2 Cilji ...1

2 Teoretične osnove in pregled literature ... 2

2.1 Hidravlični udar ...2

2.2 Meritve temperature ...4

3 Metodologija raziskave ... 7

3.1 Preizkuševališče ...7

3.2 Opis eksperimenta ... 10

4 Rezultati ... 12

4.1 Cev dolžine 3 m ... 12

4.2 Cev dolžine 2 m ... 16

5 Diskusija ... 20

(10)

Kazalo slik

Slika 2.1: Primer časovne odvisnosti normaliziranega tlaka v cevi ob zaprtju ventila v cevovodu ...3

Slika 2.2: Zgradba termopara ...5

Slika 3.1: Shema hidravličnega preizkuševališča ...8

Slika 3.2: Sestav T-spoja, cevi in čepa ...8

Slika 3.3: Sestav termopara ter čepa ...9

Slika 3.4: Namestitev proporcionalnega potnega ventila in priključki na priklopno ploščo na začetku cevi ...9

Slika 3.5: Poenostavljena shema preizkuševališča za drugi del meritev ... 10

Slika 4.1: Izmerjena sprememba temperature hidravličnega olja v odvisnosti od frekvence pulziranja pri 100 bar sistemskega tlaka ... 12

Slika 4.4: Izmerjena sprememba temperature hidravličnega olja v odvisnosti od sistemskega tlaka pri frekvenci pulziranja 10 Hz ... 14

Slika 5.1: Puščanje hidravličnega olja skozi čepe ... 21

Slika 5.2: Izmerjeni tlak na začetku cevi pri 100 bar sistemskega tlaka in frekvenci 20 Hz ... 21

Slika 5.3: Izmerjeni tlak na začetku cevi 300 bar sistemskega tlaka in frekvenci 30 Hz ... 22

(11)

Kazalo preglednic

Preglednica 3.1: Parametri zajema podatkov na 3 m cevi ... 10 Preglednica 3.2: Parametri zajema podatkov na 2 m cevi ... 11

(12)

Seznam uporabljenih simbolov

Oznaka Enota Pomen

A c D e E f F K l n m p P q t

m² m/s m m MPa Hz N MPa m vrt/min kg Pa, bar W cm³/vrt s

presek/površina hitrost valovanja notranji premer debelina stene modul elastičnosti frekvenca

sila

modul stisljivosti dolžina

obrati masa tlak moč izstisnina čas

T °C temperatura

V φ ρ

m³ mm kg/m³

prostornina premer gostota

(13)

1 Uvod

1.1 Ozadje problema

Danes je vse več sistemov v industriji avtomatiziranih, pri tem se pogosto uporablja hidravlika. Uporabljena je, ker lahko prenaša veliko gostoto energije, ima lastno dušenje, da ne pride do preobremenitev, poleg tega pa lahko hidravlične sisteme z modernimi ventili krmilimo z zelo visokimi frekvencami. Ker obratujejo pod visokimi, več kot 300 bar, lahko pride pri odprtju in zaprtju ventilov do močnih tlačnih sunkov, ki imajo lahko velik vpliv na komponente hidravličnega sistema, kot so cevi, aktuatorji, akumulatorji, ventili, itd. Tlačni udari lahko nastanejo tudi kot posledica pospeševanja in zaviranja velikih mas, ki so del hidravličnega sistema. Porast tlaka lahko povzroči veliko nihanje sistema ter posledično poškodbe le tega.

Ideja za to zaključno nalogo je prišla iz seminarske naloge Dinamični odziv cevovoda, kjer so s tlačnimi udari poskušali vzbujati cev z njeno lastno frekvenco, da bi začela nihati. Poleg nihanja pa so opazili, da se je cev/hidravlično olje tudi zelo segrela. Opravili so tudi nekaj meritev temperature na odprti in zaprti cevi ter na cevi, ki je imela na koncu zaslonko.

Najvišje temperature so dosegli pri zaprti cevi, temperaturo pa so merili na sredini cevi.

1.2 Cilji

V zaključni nalogi bomo ugotoviti, kako tlačni udari vplivajo na segrevanje hidravličnega olja v zaprti cevi.

Cilj je ugotoviti kako različni parametri, kot so dolžina cevi, sistemski tlak in frekvenca tlačnega nihanja vpliva na segrevanje. Preizkuse bomo opravili na cevi dimenzij φ12x1,5 mm dolžine 2 m in 3 m, pri tlakih 100, 200 in 300 bar, s frekvencami od 0,5 do 40 Hz.

Meritve bomo izvajali na več mestih vzdolž cevi, da ugotovimo, kje se olje najbolj segreva.

(14)

2 Teoretične osnove in pregled literature

2.1 Hidravlični udar

Hidravlični udar je nenaden porast tlaka v sistemih napolnjenih s kapljevino. Do hidravličnega udara pride, ko je kapljevina v gibanju prisiljena, da se ustavi oziroma hitro spremeni smer gibanja. Do pojava pogosto pride ob hitrem zapiranju ali odpiranju ventilov, ki povzroči širjenje tlačnih valov po cevi.

Tlačni valovi lahko povzročijo velike probleme, od hrupa, vibracij, pa do poškodb in uničenja cevi. Učinke tlačnih udarov je mogoče umiliti z uporabo hidravličnih akumulatorjev, elastičnih gibkih cevi in tlačnih omejilnih ventilov. Izognemo pa se jim lahko tudi, če poskrbimo, da se ventili ne odpirajo in zapirajo prehitro, kjer je to mogoče.

Magnituda udara

Hidravlični udar se da analizirati z dvema različnima pristopoma. Prvi je je s teorijo togega stolpa, kjer se stisljivost tekočine in elastičnost sten zanemari, drugi pa je bolj popolna analiza, kjer se stisljivost ter elastičnost upošteva. Ko je čas zapiranja ventila dolg v primerjavi s časom širjenja tlačnega vala čez celotno dolžino cevi je uporaba togostne teorije primerna. V nasprotnem primeru pa je potrebno upoštevati tudi elastičnost [1].Primer tlačnega vala (slika 2.1) prikazuje tipično širjenje vala ob zaprtju ventila v cevovodu.

(15)

Teoretične osnove in pregled literature

Slika 2.1: Primer časovne odvisnosti normaliziranega tlaka v cevi ob zaprtju ventila v cevovodu V nadaljevanju sta prikazana dva matematična modela za najvišji porast tlaka v cevi. Prvi upošteva elastičnost vendar predpostavlja, da se ventil zapre v neskončno kratkem času.

Drugi model pa zanemari elastičnost ampak upošteva končni čas zapiranja ventila.

Neskončno hitro zapiranje ventila, stisljiva tekočina

Tlačni profil pulza tlačnega udara se izračuna z Joukowski enačbo (2.1).

𝝏𝒑

𝝏𝒕 = 𝝆 ∙ 𝒄 ∙𝝏𝒗

𝝏𝒕 (2.1)

Za hipno zaprtje ventila se maksimalna magnituda pulza tlačnega udara izračuna po enačbi (2.2)[2].

∆𝒑 = 𝝆 ∙ 𝒄_𝟎∙ ∆𝒗 (2.2)

Kjer je ∆p magnituda tlačnega vala (Pa), ρ je gostota kapljevine (kg/m³), c0 hitrost zvoka v kapljevini (m/s) in ∆v sprememba hitrosti gibanja kapljevine (m/s). Do pulza pride zaradi Newtonovih zakonov gibanja in kontinuitetne enačbe uporabljene na zavirujočem elementu kapljevine.

Enačba za hitrost vala

(16)

Je najvišji porast tlaka odvisen od stisljivosti kapljevine, če je ventil hipoma zaprt, kjer je [3].

o ρ … gostota kapljevine

o K… modul stisljivosti kapljevine o E… elastični modul cevi

o D … notranji premer cevi o e …debelina stene cevi

Počasno zapiranje ventila, nestisljiva kapljevina

Ko se ventil zapre počasi v primerjavi s časom, ki ga val potrebuje, da prepotuje dolžino cevi, lahko elastičnost zanemarimo in pojav opišemo s teorija togega stolpca po enačbi (2.4).

𝑭 = 𝒎 ∙ 𝒂 = 𝒑 ∙ 𝑨 = 𝝆 ∙ 𝒍 ∙𝒅𝒗

𝒅𝒕 (2.4)

Če predpostavimo konstantno zaviranje stolpca kapljevine (dv/dt=v/t) dobimo (2.5):

𝒑 = 𝝆 ∙ 𝒍 ∙𝒗

𝒕 (2.5)

Kjer je :

o F … sila, N

o m … masa vodnega stolpca, kg o a … pospešek, m/s²

o p … tlak, Pa

o A … premer cevi, m²

o ρ … gostota kapljevine, kg/m³ o l … dolžina cevi, m

o v … hitrost toka kapljevine, m/s o t … čas zapiranja ventila, s

Iz tega je razvidno, da je magnituda tlačnega udara odvisna predvsem od časa zapiranja ventila, elastičnosti cevi in kapljevine.

2.2 Meritve temperature

Temperature bomo merili s termočleni. Termočleni oziroma termopari so preproste, pogosto uporabljene komponente za merjenje temperature.

Termopar (slika 2.1) je zgrajen iz dveh žic iz različnih kovin, ki sta spojeni na enem koncu,

(17)

Slika 2.2: Zgradba termopara

Ustvarjena napetost na referenčnem spoju je odvisna tako od temperature na merilnem spoju, kot na referenčnem spoju. Ker je termopar diferencialna naprava ne pa merilec absolutne temperature, je potrebno poznati temperaturo na referenčnem spoju, da dobimo natančno meritev absolutne temperature. Ta proces je znan kot kompenzacija referenčnega spoja.

Termočleni so postali standardna ugodna metoda za merjenje temperature v industriji. Imajo široko merilno območje, z zadovoljivo natančnostjo. Uporabljeni so v mnogih aplikacijah do temperature +2500 °C v bojlerjih, vodnih grelcih, pečicah, letalskih motorjih, itd. Najbolj priljubljen termopar je tipa K narejen iz Chromel® in Alumel®, ki ima merilno območje od -200 °C do 1250 °C.

Prednosti termoparov:

• Veliko merilno območje: najbolj praktična merilna območja, ki sežejo od kriogenih temperatur do temperature izpuha reaktivnega motorja lahko merimo s termočleni.

• Robustnost: termočleni so robustne naprave, ki niso občutljive šoke in vibracije ter so primerne za uporabo v nevarnih okoljih.

• Hiter odziv: ker so majhni in imajo majhno toplotno kapaciteto, se zelo hitro odzovejo na temperaturne spremembe, še posebej če merilni spoj ni izoliran. Na hitre temperaturne spremembe se lahko odzovejo v nekaj 100 ms.

• Se ne grejejo: ker termočleni ne potrebujejo napajalne napetosti, se ne segrevajo in

(18)

• Občutljivost na korozijo: ker je termopar sestavljen iz dveh različnih kovin, lahko pride v nekaterih okoljih do korozije, ki lahko čez čas vpliva na natančnost meritev.

• Občutljivost na šum: ko se meritve izvajajo na nivoju μV, je lahko hrup okoliških električnih in magnetnih polj problematičen. Če žici termorara zvijemo med sabo lahko zmanjšamo vpliv magnetnih polj. Z izolacijo žic pa zmanjšamo vpliv električnih polj. Merilna naprava pa naj bi poskrbela za filtriranje signalov s strojno oziroma programsko opremo [4].

(19)

Metodologija raziskave

3 Metodologija raziskave

Raziskava je bila osnovana na eksperimentu. V tem poglavju bo predstavljeno preizkuševališče ter potek eksperimenta.

3.1 Preizkuševališče

Vpliv tlačnih udarov na segrevanje hidravličnega olja smo merili (slika 3.1) znotraj slepe cevi dolge 3 m. Cev (7) dimenzij Φ12x1,5 je sestavljena iz treh merskih segmetov cevi ter štirih T-spojev (10) z oznako T12L, v katere je vstavljen in z epoksi lepilom zalepljen termopar (8) (slika 3.2) v čep (9) z oznako I19 (slika 3.3) . Na začetku cevi je bilo vgrajeno tlačno zaznavalo (11), na koncu pa zapirni krogelni ventil (13). Za tlačno regulacijo v sistemu je skrbel nastavljiv varnostni ventil (3). Frekvenco tlačnih udarov pa smo regulirali s 4/3 proporcionalnim potnim ventilom (5) vgrajenim na za začetku cevi (slika 3.4). Dodan je bil še hidravlični akumulator (4) zagotavljanja dovolj velike količine hidravličnega olja pod tlakom ob odpiranju ventila. Po prvem delu meritev smo odstranili T-spoj in prvo cev in naredili se drugi del meritev (slika 3.5).

(20)

Slika 3.1: Shema hidravličnega preizkuševališča

(21)

Slika 3.3: Sestav termopara ter čepa

(22)

Slika 3.5: Poenostavljena shema preizkuševališča za drugi del meritev

3.2 Opis eksperimenta

Opazovali smo spremembe temperature olja vzdolž cevi ob spreminjajočih parametrih tlaka, frekvence odpiranja ventila ter dolžine cevi.

Potek meritev:

1. zagon elektromotorja za črpalko,

2. odprtje krogelnega ventila, da se cev napolni s svežim oljem , 3. nastavitev sistemskega tlaka na varnostnem ventilu,

4. nastavitev frekvence odpiranja proporcionalnega potnega ventila, 5. zaprtje krogelnega ventila,

6. zajemanje podatkov 120 s,

7. odprtje proporcionalnega potnega ventila, 8. vrnitev v točko 2.

Po opravljenih meritvah pri vseh izbranih parametrih na 3 m cevi (preglednica 3.1), smo meritve ponovili še na 2 m cevi (preglednica 3.2)

Preglednica 3.1: Parametri zajema podatkov na 3 m cevi

Frekvenca f, Hz/ sistemski tlak p, bar 100 200 300

0.5 5 10 20

(23)

Preglednica 3.2: Parametri zajema podatkov na 2 m cevi

Frekvenca f, Hz/ sistemski tlak p, bar 100 200 300

10 20 30

(24)

4 Rezultati

V tem poglavju so prikazani rezultati opravljenih meritev. Prikazane so spremembe temperature v odvisnosti od sistemskega tlaka ter frekvence pulziranja. V predlogi A pa so prikazani še grafi, ki prikazujejo časovni potek temperature na merilnih mestih pri različnih obratovalnih parametrih.

4.1 Cev dolžine 3 m

Grafi prikazujejo rezultate meritev. Prikazani so maksimalni porasti temperature hidravličnega olja na merilnih mestih vzdolž cevi. Prvi trije grafi prikazujejo spremembo temperature hidravličnega olja v odvisnosti od frekvence pulziranja pri 100 bar (slika 4.1), 200 bar (slika 4.2) ter 300 bar (slika 4.3) sistemskega tlaka.

1 2 3 4 5 6

Temperaturna razlika ΔT, °C

dT0(max) dT1(max) dT2(max) dT3(max)

(25)

Rezultati

Slika 4.2: Izmerjena sprememba temperature hidravličnega olja v odvisnosti od frekvence pulziranja pri 200 bar sistemskega tlaka

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8

0 5 10 15 20 25 30 35

Frekvenca f, Hz

4 6 8 10 12 14

dT1(max) dT2(max) dT3(max)

(26)

Rezultati

Naslednji trije grafi prikazujejo spremembo temperature hidravličnega olja v odvisnosti od sistemskega tlaka pri 10 Hz (slika 4.4), 20 Hz (slika 4.5) in 30 Hz (slika 4.6) frekvenci pulziranja.

Slika 4.4: Izmerjena sprememba temperature hidravličnega olja v odvisnosti od sistemskega tlaka pri frekvenci pulziranja 10 Hz

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

0 50 100 150 200 250 300 350

Sistemski tlak p, bar

(27)

Rezultati

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 50 100 150 200 250 300 350

Sistemski tlak p, bar

4 6 8 10 12 14

aturna razlika ΔT, °C

(28)

Rezultati

4.2 Cev dolžine 2 m

Meritve, ki so bile opravljene na 3 m cevi, so bile opravljene tudi na 2 m cevi. Prvi trije grafi prikazujejo rezultate meritev temperature v odvisnosti od frekvence pulziranja pri sistemskih tlakih 100 bar (slika 4.7), 200 bar (slika 4.8) ter 300 bar (slika 4.9).

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0 5 10 15 20 25 30 35

Frekvenca f, Hz

(29)

Rezultati

0 2 4 6 8 10 12 14

0 5 10 15 20 25 30 35

Frekvenca f, Hz

4 6 8 10 12 14 16

peraturna razlika ΔT, °C

(30)

Rezultati

Naslednji trije grafi prikazujejo spremembo temperature hidravličnega olja v odvisnosti od sistemskega tlaka pri 10 Hz (slika 4.10), 20 Hz (slika 4.11) in 30 Hz (slika 4.12) frekvenci pulziranja.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0

0 50 100 150 200 250 300 350

Sistemski tlak p, bar

(31)

Rezultati

0 2 4 6 8 10 12 14 16

0 50 100 150 200 250 300 350

Sistemski tlak p, bar

4 6 8 10 12 14

eraturna razlika ΔT, °C

(32)

5 Diskusija

Iz grafov, pri katerih smo opazovali spremembo temperature glede na frekvenco pulziranj pri konstantnem sistemskem tlaku, je razvidno, da se je olje najbolj segrevalo pri frekvenci 20 oz. 30 Hz.

Iz grafov pri katerih smo opazovali spremembo temperature glede na sistemski tlak pri konstantni frekvenci pulziranja je razvidno, da se je olje najbolj segrevalo pri sistemskem tlaku 300 bar.

Najbolj očiten rezultat meritev pa je, da se olje najbolj segreva na sredini cevi in najmanj pa na koncu cevi (pri krogelnem ventilu). Še posebej dobro je to razvidno pri 2 m cevi saj smo tam imeli termometer točno na sredini pri razporeditvi 0/2, 1/2, 2/2, dolžine cevi, za razliko od 3 m cevi kjer so bili termometri na pozicijah 0/3, 1/3, 2/3, 3/3 dolžine cevi (slika 3.1, slika 3.4).

Težave

Pri merjenju smo naleteli na več težav, najbolj opazna je bila puščanje olja na merilnih mestih saj termopari niso bili dobro zatesnjeni v čepe (slika 5.1), zlasti pri višjih tlakih.

Posledično v cevi nismo dosegali željenega tlaka olja (slika 5.2, slika 5.3), pričakovali smo konstantni sistemski tlak v cevi s porasti tlaka pri odprtju ventila. Poleg tega pa se je cev zaradi puščanja med meritvami polnila s svežim oljem, kar je zagotovo vplivalo na temperaturo v cevi. Težave so bile tudi s termoparom na začetku cevi saj je pri sistemskem tlaku 300 bar in frekvencah višjih od 10 Hz nehal delovati. Pri frekvenci 40 Hz in sistemskem tlaku 200 in 300 bar proporcionalni potni ventil ni več dobro deloval.

(33)

Diskusija

Slika 5.1: Puščanje hidravličnega olja skozi čepe

Slika 5.2: Izmerjeni tlak na začetku cevi pri 100 bar sistemskega tlaka in frekvenci 20 Hz

0 20 40 60 80 100 120 140

0 5 9 14 18 23 27 32 36 41 45 50 54 59 63 68 73 77 82 86 91 95 100 104 109 114 118 123 127

Tlak p, bar

Čas t,s

(34)

Diskusija

Slika 5.3: Izmerjeni tlak na začetku cevi 300 bar sistemskega tlaka in frekvenci 30 Hz

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 4 8 12 16 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 63 67 71 75 79 83 87 91 95 99 102 106 110 114 118

Tlak p, bar

Čas t,s

(35)

6 Zaključki

V okviru zaključne naloge smo raziskali vplive tlačnega pulziranja na segrevanje olja v jekleni hidravlični cevi. Izdelali in ugotovili smo sledeče.

1) Na podlagi meritev smo ugotovili, da se hidravlično olje v cevi bolj segreva pri višjih tlakih in frekvencah

2) Najbolj se je olje segrelo pri frekvenci pulziranja 20 Hz .

3) Hidravlično olje v cevi se je najbolj segrevalo pri sistemskem tlaku 200 oziramo 300 bar.

4) Ugotovili smo, da se olje najbolj segreva na sredini cevi, kjer očitno medsebojno trčijo odbiti tlačni valovi z zvočno hitrostjo.

5) Ugotovili smo, da se olje najmanj segreva na začetku in koncu cevi.

6) Najvišji izmerjeni porasti temperature so bili 13,1 °C pri 300 bar sistemskega tlaka in frekvenci 30 Hz na 3 m cevi, 15,4 °C pri 300 bar sistemskega tlaka in frekvenci 20 Hz pri 2 m cevi in 13,7 °C pri 200 bar sistemskega tlaka in frekvenci 30 Hz pri 2 m cevi.

Glavni doprinos te zaključne naloge je boljše razumevanje vpliva tlačnih pulziranj na segrevanje olja v hidravličnih sistemih.

Predlogi za nadaljnje delo

(36)

Literatura

[1] Bruce, S., Larock, E., Jeppson, R. W. in Watters, G. Z. (2000). Hydraulics of PipelineSystems.

[2] Thorley, A. R. D. (2004). Fluid Transients in Pipeline Systems, 2nd Edition.

London: Professional Engineering Publishing.

[3] Nerella, R. in Rathnam, E. (2015). Fluid transients and wave propagation in pressurized conduits due to valve closure [Prehodni pojavi fluida in propagacije valov v sistemu pod pritiskom, zaradi zaprtja ventila].

[4] Duff, M. in Towey, J. (2010). Two Ways to Measure Temperature Using Thermocouples Feature Simplicity, Accuracy, and Flexibility [Načina za merjenje temperature z uporabo termočlenov]. AnalogDialogue, 40.

(37)

Priloga A

V predlogi so grafi meritev temperature olje v odvisnosti od časa za sistemske tlake 100, 200 in 300 bar pri frekvencah 10, 20 in 30 Hz za 2 m in 3 m cev.

33 34 35 36 37 38 39 40

0 4 9 13 17 22 26 30 35 39 43 48 52 56 61 65 70 74 78 83 87 92 96 100 105 109 114 118

Temperatura olja T, °C

Čas t, s

3m, 100 bar, 10 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

42 44 46

T,°C

3m, 100 bar, 20 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

(38)

37 38 39 40 41 42 43 44

0 4 9 13 17 22 26 30 35 39 43 48 52 56 61 65 70 74 78 83 87 92 96 100 105 109 114 118 122

Temperatura olja T,°C

Čas t, s

3m, 100 bar, 30 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

39 40 41 42 43 44 45 46 47

0 4 8 13 17 21 25 29 34 38 42 46 51 55 59 63 68 72 76 80 85 89 93 97 102 106 110 114 119

Čas t, s

3m, 200 bar, 10 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

37 38 38 39 39 40 40

atura olja T,°C

3m, 200 bar, 20 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

(39)

36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41

0 4 9 13 17 22 26 30 35 39 44 48 52 57 61 66 70 74 79 83 88 92 96 101 105 110 114 119 123

Čas t, s

3m, 200 bar, 30 Hz

T0 T1 T2 T3

30 32 34 36 38 40 42

0 5 9 14 19 24 28 33 38 43 47 52 57 62 67 71 76 81 86 91 95 100 105 110 114 119 124 129 134 139

Čas t, s

3m, 300 bar, 10 Hz

^T0 ^T1 ^T2 ^T3

40 50 60

olja T,°C

3m, 300 bar, 20 Hz

^T1 ^T2 ^T3

(40)

0 10 20 30 40 50 60 70

0 4 8 12 17 21 25 29 33 38 42 46 50 54 59 63 67 71 76 80 84 89 93 97 101 105 110 114 118

Čas t, s

300 bar, 30 Hz

^T1 ^T2 ^T3

42 43 44 45 46 47 48

0 4 9 13 17 21 26 30 34 39 43 47 52 56 60 65 69 73 78 82 86 91 95 99 104 108 112 117

Čas t,s

2m, 100 bar, 20 Hz

^T1 ^T2 ^T3

42 43 44 45 46 47 48

eratura olja T,°C

2m, 100 bar, 30 Hz

^T1 ^T2 ^T3

(41)

35 36 37 38 39 40 41 42 43

0 4 8 12 17 21 25 29 33 37 42 46 50 54 58 62 67 71 75 79 84 88 92 96 100 105 109 113 117

Čas t,s

2m, 200 bar, 10Hz

^T1 ^T2 ^T3

0 10 20 30 40 50 60

0 4 9 13 18 22 27 31 35 40 44 49 53 58 62 67 71 76 80 85 89 94 98 103 107 112 116

Čas t,s

2m, 200bar, 20 Hz

^T1 ^T2 ^T3

30 40 50 60 70

atura olja T, °C

2m, 200 bar, 30Hz

T1 T2 T3

(42)

40 42 44 46 48 50 52 54 56

0 4 9 13 18 23 27 32 36 41 45 50 54 59 63 68 72 77 81 86 91 95 100 104 109 113 118 123

Čas t,s

2m, 300 bar, 10 Hz

^T1 ^T2 ^T3

0 10 20 30 40 50 60 70

0 5 9 14 18 23 28 32 37 41 46 50 55 60 64 69 74 78 83 88 92 97 102 106 111 116 120 125 130

Čas t, s

2m, 300 bar, 20 Hz

^T2 ^T3

20 30 40 50 60

atura olja T, °C

2m, 300 bar, 20 Hz

^T2 ^T3