Porównanie uzyskanych wyników z innymi konstrukcjami pomp

Celem porównania pomp PWK z innymi pompami wielotłoczkowymi przebadano sze-reg pomp o typowej konstrukcji i wielkości zbliżonej do pompy PWK-27 wyprodukowa-nych przez czołowe firmy światowe. Badania przeprowadzono na tym samym stanowisku, co badania pomp PWK, z użyciem tej samej aparatury pomiarowej, ich wyniki mogą być traktowane jako w pełni porównywalne. Badaniom poddano następujące pompy:

 pompę z wychylnym korpusem A7V0 28 (28 cm³/obrót), wyprodukowaną przez firmę Manesmann-Rexroth, oznaczoną dalej jako pompa A,

 pompę z wychylną tarczą 090L30 (30 cm³/obrót) firmy Sauer-Danfoss – pompa B,

 pompę z wychylną tarczą PV-23 (23 cm³/obrót) firmy Parker-Hannifin – pompa C.

Porównanie przebiegów sprawności objętościowej (rys. 8.11) potwierdza odmienną zależność pomiędzy ciśnieniem a przeciekami w porównywanych pompach. W obszarze niskich ciśnień pompy A i B górują nad pompą PWK. Wynika to przede wszystkim z mniejszej liczby tłoczków (i dodatkowo z braku hydrostatycznych podpór tłoczków w pompie A z wychylnym korpusem). W miarę wzrostu ciśnienia, daje się zauważyć wzrost wysokości szczeliny w mechanizmie rozrządu czołowego pomp A, B i C. Świadczy o tym zakrzywienie charakterystyk _v = f(p). Tymczasem wysokość szczeliny między ele-mentami rozrządu pompy PWK zależy głównie od wymiarów współpracujących elemen-tów, czemu zawdzięcza ona dokładnie prostoliniowy kształt charakterystyki i możliwość pracy przy ciśnieniu przekraczającym 50 MPa.

0,92

Rys. 8.11. Sprawność objętościowa osiągana przez pompy PWK i pompy z rozrządem czołowym.

Prędkość 1500 obr./min, lepkość oleju 55 cSt

Kolejny rysunek 8.12 przedstawia przebiegi sprawności mechaniczno-ciśnieniowej osiąganej przez te same pompy w tych samych warunkach. Zdecydowanie najlepsze rezul-taty, i to w całym obszarze zmian ciśnienia, osiągała pompa PWK. Potwierdza to opisane powyżej zalety rozrządu krzywkowego w porównaniu z rozrządem czołowym (mniejszy moment tarcia i spadek ciśnienia w tym mechanizmie). Pompy A i B osiągnęły praktycznie te same rezultaty, natomiast zdecydowanie najgorszą jednostką okazała się pompa C.

8.2. Pompy o stałej wydajności 191

0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,00

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Ciśnienie tłoczenia [bar]

Pompa A Pompa B Pompa C Pompa PWK

Rys. 8.12. Sprawność mechaniczno-ciśnieniowa osiągana przez pompy PWK i pompy z rozrządem czołowym. Prędkość 1500 obr./min, lepkość oleju 55 cSt

Znając przebiegi zmian sprawności mechaniczno-ciśnieniowej, można na podstawie jej definicji wyznaczyć przebiegi zmian sumarycznego momentu strat dla poszczególnych pomp. Pokazano je na rys. 8.13. Jak wspomniano wyżej, niezbędne w pompach z rozrzą-dem czołowym hydrostatyczne niezrównoważenie tego mechanizmu musi prowadzić do wzrostu momentu tarcia w funkcji ciśnienia pracy. Stopień tego niezrównoważenia, a więc kąt nachylenia wykresu M = f(p), zależy jednak od konstruktora pompy i powinien się on mieścić w pewnym optymalnym przedziale. Dla pomp A i B kąt nachylenia wykresu

M = f(p) jest zbliżony do postulowanego optimum. Tymczasem pompa C charakteryzuje się znacznie gwałtowniejszym przyrostem momentu strat w funkcji ciśnienia, co oznacza zbyt duży stopień niezrównoważenia jej rozrządu. W efekcie jej sprawność w całym obsza-rze ciśnień jest zaniżona o ok. 5%.

3,0 5,0 7,0 9,0 11,0 13,0 15,0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 Ciśnienie tłoczenia [bar]

[Nm] Pompa PWK Pompa B Pompa C Pompa A

Rys. 8.13. Zmiany wartości sumarycznego momentu strat dla poszczególnych pomp

Całkowite hydrostatyczne odciążenie kolektora w pompach z rozrządem czołowym jest niemożliwe, gdyż groziłoby to wzrostem wysokości szczeliny oddzielającej kolektor od czoła bębna cylindrowego. W wyniku tego przecieki rosłyby proporcjonalnie do trzeciej potęgi wysokości szczeliny, a sprawność objętościowa spadłaby gwałtownie. Dlatego też konieczne jest pozostawienie, częściowo tylko zrównoważonej, siły dociskającej te dwa elementy do siebie. Siła ta rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia zwiększając moment tarcia między bębnem a kolektorem, co widać wyraźnie we wszystkich trzech przypadkach A, B i C. Ważna jest też optymalizacja wielkości tej siły, tak aby ograniczyć maksymalnie prze-cieki, nie pogarszając jednocześnie zbytnio charakterystyki mechaniczno-ciśnieniowej. Jak można wywnioskować z zamieszczonych rezultatów, warunek ten został spełniony w pom-pach A i B, podczas gdy pompa C charakteryzuje się nadmiernie szybkim przyrostem siły dociskającej kolektor do bębna. Inną przyczyną nadmiernego wzrostu strat mechanicznych w tej pompie może być nieprawidłowe zwymiarowanie hydrostatycznych podpór tłoczków w stopkach ślizgających się po tarczy oporowej i wywołany tym wzrost współczynnika tarcia pomiędzy nimi.

Całkowicie odmienny obraz widać w przypadku pompy PWK. Odciążenie jej rozrządu od sił hydrostatycznych powoduje praktycznie stałą wartość momentu strat w przedziale ciśnień 040 MPa, wynoszącą w przybliżeniu 4 Nm. Wartość ta jest mniejsza od momentu strat, występującego we wszystkich pozostałych jednostkach pracujących bez obciążenia.

Wzrost momentu strat w pompie PWK można zaobserwować dopiero po przekroczeniu 40 MPa. Przyczyną tego wzrostu są rosnące odkształcenia silnie obciążonych elementów pompy. Straty te są jednak w całym przedziale zmian ciśnienia zdecydowanie mniejsze od strat charakteryzujących pompy z rozrządem czołowym.

0,55

Rys. 8.14. Sprawność całkowita osiągana przez pompy PWK i pompy z rozrządem czołowym.

Prędkość 1500 obr./min, lepkość oleju 55 cSt

Ostatecznym efektem opisanych powyżej zjawisk są pokazane na rys. 8.14 przebiegi sprawności całkowitej. W obszarze niskich ciśnień do 20 MPa pompy A, B i PWK można uznać za równorzędne. Powyżej tej granicy coraz wyraźniejsza staje się przewaga pompy PWK, co zawdzięcza ona hydrostatycznie odciążonemu rozrządowi. Pozwala jej on na pracę przy ciśnieniu sięgającym 55 MPa. Pozostałe pompy badano do ciśnienia określanego przez ich producentów jako maksymalne. Jedynie dla pompy A kształt charakterystyki

8.2. Pompy o stałej wydajności 193 sugeruje możliwość kontynuowania badań powyżej 40 MPa. Podsumowując powyższe rezultaty, należy jeszcze raz podkreślić zasadnicze różnice w technologii użytej do wyko-nania prototypowych pomp PWK i pomp produkowanych przez światowe koncerny, dys-ponujące wyspecjalizowanym parkiem maszynowym i znacznie większym potencjałem finansowym. Jeżeli dodać do tego fakt, że zarówno pompy z wychylną tarczą, jak i z wychyl-nym korpusem, były doskonalone od dziesięcioleci, a pompa PWK znajduje się wciąż we wstępnej fazie rozwoju, wyniki uzyskane przez nią należy uznać za co najmniej obiecujące.