Pracę poświęcono analizie porównawczej dwóch odmian mechanizmu rozrządu spotykanych w pompach i silnikach wielotłoczkowych osiowych: stosowanego powszechnie rozrządu czołowego i wynalezionego niedawno rozrządu sterowanego krzywką. Analizie poddano następujące zjawiska:
- kinematyka elementów tworzących rozrząd,
- przebiegi procesów otwierania/zamykania okien rozrządu (zmian chwilowej powierzchni otwartej części okna),
- przebiegi zmian chwilowej prędkości przepływu cieczy roboczej w otwierającym się oknie,
- straty ciśnienia generowane przez poszczególne mechanizmy rozrządu,
- optymalizacja kształtów okien i kinematyki współpracujących elementów w celu zmniejszenia prędkości przepływu i strat ciśnienia w oknie,
- zjawiska szkodliwe (straty energetyczne wywołane przestrzenią martwą, nierównomierność przepływu) oraz sposoby ich minimalizacji w poszczególnych mechanizmach rozrządu,
- możliwości sterowania wydajnością maszyn wyposażonych w rozmaite mechanizmy rozrządu, wpływ procesu sterowania na zjawiska niepożądane i uzyskiwane charakterystyki procesu sterowania,
- przewidywane własności maszyn wyposażonych w rozrząd krzywkowy i ich porównanie z współcześnie produkowanymi pompami i silnikami z rozrządem czołowym.
Zagadnienia powyższe analizowano metodami numerycznymi lub analitycznymi. W toku analiz uwzględniono wpływ szeregu parametrów konstrukcyjnych takich jak: wielkość pompy (silnika), kształt okien rozrządu, ilość tłoczków. Potwierdzeniem rezultatów są wyniki laboratoryjnych pomiarów sprawności pomp wyposażonych w oba typy rozrządu. Wyniki analiz pozwoliły wytyczyć najbardziej obiecujące kierunki planowanych prac rozwojowych nad maszynami z rozrządem krzywkowym i potencjalne obszary ich praktycznego zastosowania.
Spis treści:
Wykaz ważniejszych oznaczeń stosowanych w pracy
Sposób tworzenia oznaczeń analizowanej wersji mechanizmu rozrządu
1. WSTĘP
1.1. Maszyny wielotloczkowe osiowe z rozrządem czołowym
1.1.1. Straty energetyczne generowane przez rozrząd czołowy
1.2. Koncepcja jednostki wielotłoczkowej z odciążonym rozrządem sterowanym
1.2.1. Konstrukcja pompy wielotłoczkowej osiowej z rozrządem krzywkowym
1.3. Cel i zakres pracy
1.3.1. Aktualny stan wiedzy
1.3.2. Przewidywany zakres prac
1.3.3. Metodyka badań
1.3.4. Weryfikacja doświadczalna
2. BUDOWA I KINEMATYKA MECHANIZMÓW ROZRZĄDU
2.1. Rozrząd czołowy
2.1.1. Kinematyka elementów roboczych jednostki z rozrządem czołowym
2.2. Rozrząd sterowany krzywką
2.2.1. Kinematyka elementów roboczych jednostki z rozrządem krzywkowym
2.2.1.1. Kryteria oceny zarysu krzywki sterującej
2.2.1.2. Zarys wykładniczy
2.2.1.3. Zarys kombinowany
2.2.1.4. Zarys hiperboliczny
2.2.1.5. Wybór najkorzystniejszego zarysu krzywki sterującej
3. PRZEBIEG PROCESU OTWIERANIA (ZAMYKANIA) OKIEN ROZRZĄDU
3.1. Założenia wstępne
3.2. Rozrząd czołowy
3.2.1. Zmiany funkcji otwarcia okna w podstawowej wersji rozrządu czołowego
3.2.2. Zmiany funkcji otwarcia dla rozrządu czołowego z oknami okrągłymi
3.2.3. Wpływ kąta zaślepienia komory na proces otwierania/zamykania okna
3.3. Rozrząd sterowany krzywką
3.3.1. Zmiany funkcji otwarcia okna w podstawowej wersji rozrządu krzywkowego
3.3.2. Wpływ funkcji zarysu krzywki sterującej na proces otwierania okna
3.3.3. Wpływ amplitudy zarysu krzywki sterującej na proces otwierania okna
3.3.4. Wpływ kształtu przecięcia w tulei rozrządu na proces otwierania okna
3.3.5. Wpływ kąta zaślepienia komory na proces otwierania / zamykania okna
3.3.6. Wpływ kształtu i położenia tłoczków na przebieg zjawiska otwierania / zamykania okna
3.3.6.1. Wpływ odległości pomiędzy tłoczkami na przebieg zjawiska przesłaniania
3.3.6.2. Wpływ kształtu tłoczka na przebieg zjawiska przesłaniania
3.3.6.3. Wpływ amplitudy zarysu krzywki na wymaganą wielkość podtoczenia
3.3.6.4. Wpływ wzajemnego przesunięcia tłoczków i tulejek rozrządu na zjawisko przesłaniania
3.4. Porównanie przebiegów otwarcia okien rozrządu czołowego i krzywkowego
4. PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU CIECZY ROBOCZEJ PRZEZ OKNA ROZRZĄDU
4.1. Rozrząd czołowy
4.1.1. Chwilowa prędkość przepływu w oknie wersji podstawowej rozrządu czołowego
4.1.2. Chwilowa prędkość przepływu w rozrządzie czołowym z oknami okrągłymi
4.1.3. Wpływ kąta zaślepienia komory cylindrowej na chwilową prędkość przepływu w oknie rozrządu czołowego
4.2. Rozrząd sterowany krzywką
4.2.1. Chwilowa uśredniona prędkość przepływu w oknie wersji podstawowej rozrządu krzywkowego
4.2.2. Wpływ zarysu krzywki i jego amplitudy na prędkość chwilową w oknie
4.2.3. Wpływ kształtu okna na chwilową prędkość przepływu
4.2.4. Wpływ wartości kąta zaślepienia komory na chwilową prędkość przepływu
4.3. Wpływ kształtu i położenia tłoczków na prędkość przepływu cieczy przez mechanizm rozrządu krzywkowego
4.3.1. Zjawisko przesłaniania okna rozrządu przez końce tłoczków
4.3.2. Wpływ kształtu zakończeń tłoczków na chwilową prędkość przepływu
4.4. Porównanie prędkości przepływu w oknach rozrządu czołowego i krzywkowego
4.4.1. Wartość średnia prędkości przepływu
4.5. Wpływ kinematyki elementów rozrządu na prędkość strumienia cieczy
4.5.1. Mechanizm rozrządu czołowego
4.5.2. Mechanizm rozrządu sterowanego krzywką
4.5.3. Wartość średnia prędkości wypadkowej
4.6. Straty ciśnieniowe generowane przez mechanizm rozrządu
5. UBOCZNE ZJAWISKA SZKODLIWE I MOŻLIWOŚĆ ICH MINIMALIZACJI
5.1. Kinematyczna nierównomierność przepływu cieczy roboczej
5.1.1. Jednostki z rozrządem czołowym
5.1.2. Jednostki z rozrządem sterowanym krzywką
5.2. Zjawiska wywołane ściśliwością cieczy roboczej
5.2.1. Przestrzeń martwa w maszynach wyporowych
5.2.1.1. Wartości współczynnika E^ w jednostkach z rozrządem czołowym
5.2.1.2. Wartości współczynnika em w jednostkach z rozrządem krzywkowym
5.2.2. Straty energetyczne wywołane zjawiskiem sprężania cieczy w przestrzeni martwej
5.3. Dynamiczna nierównomierność przepływu cieczy roboczej
6. ZMIANA WYDAJNOŚCI JEDNOSTEK WIELOTŁOCZKOWYCH
6.1. Zmiana liczby czynnych komór roboczych
6.2. Zmiana przebiegów wydajności chwilowej komór roboczych
6.3. Zmiana wydajności w jednostkach z rozrządem czołowym
6.3.1. Zmiana wydajności przez zmianę fizycznego skoku tłoczków
6.3.1.1. Obciążenia działające na elementy mechanizmu zmiany wydajności
6.3.1.2. Wpływ kąta wychylenia tarczy na zjawiska niepożądane
6.3.2. Zmiana wydajności przez obrót kolektora czołowego
6.3.2.1. Obciążenia działające na elementy mechanizmu zmiany wydajności
6.3.2.2. Wpływ obrotu kolektora na zjawiska niepożądane
6.4. Zmiana wydajności w jednostkach z rozrządem sterowanym krzywką
6.4.1. Zmiana liczby czynnych komór roboczych
6.4.2. Zmiana przebiegów wydajności chwilowej komór roboczych
6.4.2.1. Zmiana kąta nachylenia tarcz oporowych
6.4.2.2. Obrót tarcz oporowych względem siebie na wale
6.4.2.3. Przesunięcie osiowe krzywki na wale
6.4.2.3.1. Zarys krzywki sterującej
6.4.2.3.2. Przebieg zmian wydajności
6.4.2.3.3. Zjawiska zachodzące podczas zmiany wydajności maszyny
6.4.2.3.4. Przesłanianie okien rozrządu przez końce tłoczków
6.4.2.3.5. Prędkość przepływu w oknach rozrządu
6.4.2.4. Obrót krzywki na wale
6.4.2.4.1. Zarys krzywki sterującej
6.4.2.4.2. Przebieg zmian wydajności
6.4.2.4.3. Zjawiska zachodzące podczas zmiany wydajności maszyny
6.4.2.4.4. Przesłanianie okien rozrządu przez końce tłoczków
6.4.2.5. Złożony ruch krzywki na wale
6.4.2.5.1. Przebieg zmian wydajności
6.4.2.5.2. Zjawiska zachodzące podczas zmiany wydajności
7. WŁASNOŚCI EKSPLOATACYJNE MASZYN Z ROZRZĄDEM KRZYWKOWYM
7.1. Kierunek obrotów wału napędowego
7.2. Sprawność przetwarzania energii
7.2.1. Sprawność objętościowa
7.2.2. Sprawność mechaniczna
7.2.3. Sprawność ciśnieniowa
7.2.4. Sprawność mechaniczno-ciśnieniowa
7.2.5. Sprawność całkowita pompy o stałej wydajności
7.2.6. Sprawność pompy o zmiennej wydajności
7.3. Wydajność energetyczna z jednostki masy i objętości
7.3.1. Wydajność (chłonność) poszczególnych maszyn
7.3.2. Maksymalna prędkość obrotowa
7.3.3. Maksymalne ciśnienie pracy
7.3.4. Gabaryty i masa maszyny
7.3.5. Porównanie rezultatów
7.4. Praca silnikowa
7.4.1. Sprawność objętościowa w pracy silnikowej
7.4.2. Sprawność mechaniczno-ciśnieniowa w pracy silnikowej
7.4.3. Sprawność całkowita w pracy silnikowej
7.4.4. Sprawność jednostek o zmiennej chłonności w pracy silnikowej
7.5. Pozostałe własności eksploatacyjne
8. REZULTATY BADAŃ LABORATORYJNYCH
8.1. Warunki badań
8.2. Pompy o stałej wydajności
8.2.1. Wpływ geometrii elementów roboczych na własności pompy
8.2.1.1. Zespół bloku cylindrowego
8.2.1.2. Zespoły tłoczek-stopka
8.2.1.3. Wirnik pompy
8.2.2. Sprawność pomp typu PWK
8.2.2.1. Metodyka pomiarów sprawności
8.2.2.2. Sprawność pompy PWK-27
8.2.2.3. Sprawność pompy PWK-78
8.2.3. Porównanie uzyskanych wyników z innymi konstrukcjami pomp
8.2.4. Sprawność pomp PWK w pracy silnikowej
8.2.5. Charakterystyka kawitacyjna pomp PWK
8.2.6. Hałaśliwość pompy PWK
8.2.7. Osiągnięty stosunek mocy do masy pompy
8.2.8. Badania trwałościowe
8.3. Pompa o zmiennej wydajności
8.4. Podsumowanie rezultatów badań
9. PODSUMOWANIE
9.1. Potencjalne obszary zastosowania maszyn z rozrządem krzywkowym
9.1.1. Pompy o stałej wydajności
9.1.2. Pompy o zmiennej wydajności
9.1.3. Silniki z rozrządem krzywkowym
Bibliografia
Streszczenie w j. polskim
Streszczenie w j. angielskim
