Sprawność pompy PWK-27

Badania przeprowadzono dla kilku egzemplarzy pompy PWK-27, wykonanych na ba-zie tej samej dokumentacji konstrukcyjnej, ale różniących się pasowaniem tłoczków i tule-jek rozrządu w otworach. Kolejne próby doprowadziły do zbudowania egzemplarza pompy charakteryzującego się jednocześnie wysoką sprawnością i ciśnieniem pracy przekraczają-cym 50 MPa. Pomiary sprawności tej pompy przeprowadzono przy prędkości obrotowej 1000, 1500, 2000 i 3000 obr./min.

Na rysunku 8.4 pokazano wyniki uzyskane przy prędkości 1000 obr./min i lepkości oleju 60 cSt. Maksymalna wartość ciśnienia w gałęzi tłocznej osiągnęła 54 MPa, w całym obszarze zmian ciśnienia pompa pracowała prawidłowo. Szczególną uwagę zwracają wy-sokie wartości osiągane przez sprawność mechaniczno-ciśnieniową. Już przy 15 MPa prze-kroczyła ona 95%, sięgając 9898,5% przy ciśnieniu 35 MPa. Tak wysoka sprawność me-chaniczno-ciśnieniowa nie ma odpowiednika wśród pomp z rozrządem czołowym. Po-twierdza to w pełni wyniki analizy teoretycznej zamieszczonej w rozdziale 7. Niewielki spadek tej sprawności przy ciśnieniu przekraczającym 50 MPa najprawdopodobniej powo-dują narastające odkształcenia silnie obciążonych elementów pompy. Zgodnie z oczekiwa-niami, głównym źródłem strat energetycznych były przecieki. Sprawność objętościowa przy ciśnieniu 40 MPa osiągnęła ok. 92,5% co ustępuje nieco wynikom konkurencyjnych pomp. Mimo to przebieg sprawności całkowitej pompy należy uznać za bardzo korzystny.

Maksymalna jej wartość sięga 93,5% przy ciśnieniu 2025 MPa. W przedziale 1048 MPa sprawność ta nie spadała poniżej 90%.

0,60

Rys. 8.4. Sprawność pompy PWK-27 w funkcji ciśnienia. Prędkość 1000 obr./min, lepkość oleju 60 cSt

Kolejny rysunek 8.5 przedstawia wyniki uzyskane przy lepkości oleju 60 cSt i prędko-ści 1500 obr./min. Próbę prowadzono do 55 MPa, uzyskując równie dobre wyniki jak po-przednio. Wzrost sprawności objętościowej (do 94,5% przy 40 MPa) i nieznaczny spadek sprawności mechaniczno-ciśnieniowej są w pełni zgodne z przewidywaniami. Osiągany przez pompę poziom sprawności całkowitej – powyżej 93%  jest praktycznie ten sam, co

w poprzednim przypadku. Zgodnie z teorią zmieniło się natomiast ciśnienie, odpowiadające maksimum sprawności: dla prędkości 1500 obr./min mieści się ono w przedziale 3035 MPa. Uwagę zwraca też płaski przebieg sprawności całkowitej, która w przedziale ciśnień 16÷52 MPa przyjmuje wartości 92÷93,5%. Podkreślić należy fakt, że charakterystyki poka-zane na rys. 8.5 uzyskano, utrzymując stałe podciśnienie – 0,05 MPa w kanale ssawnym.

Świadczy to o możliwości samossawnej pracy pompy PWK-27 (patrz rozdział 8.2.5).

0,60

Rys. 8.5. Sprawność pompy PWK-27 w funkcji ciśnienia. Prędkość 1500 obr./min, lepkość oleju 60 cSt

Analogiczne zjawiska zaobserwowano przy prędkości 2000 obr./min. Dalszej popra-wie sprawności objętościowej (95,5% przy 40 MPa) towarzyszył stopniowy spadek spraw-ności mechaniczno-ciśnieniowej. Pomimo to osiąga ona wartości znacznie przekraczające osiągi wszystkich pozostałych pomp (95% przy 23 MPa, 9898,5% powyżej 42 MPa).

Maksymalna wartość sprawności całkowitej – 93,5% nie uległa zmianie, obszar jej wystę-powania przeniósł się do 3846 MPa. W całym przedziale prędkości 10002000 obr./min, pompa pracowała prawidłowo przy ciśnieniu sięgającym 5455 MPa, przy czym głównym ograniczeniem dalszego wzrostu była wytrzymałość przewodów elastycznych zastosowa-nych na stanowisku prób i parametry zaworu przelewowego użytego do ustalania ciśnienia w gałęzi tłocznej. W chwili obecnej pompy wielotłoczkowe osiowe, mogące pracować przy ciśnieniu przekraczającym 45 MPa, stanowią nieliczne wyjątki na rynku światowym. Uzy-skane wyniki stawiają pompę PWK w rzędzie unikatowych konstrukcji, spotykanych jedy-nie w zastosowaniach specjalnych (np. pompy amerykańskiej firmy Denison, wykorzysty-wane przez armię USA).

Badania pompy przy prędkości 3000 obr./min (rys. 8.6) prowadzono do 44 MPa. Wy-nikało to z konieczności zastosowania w układzie napędowym dodatkowej przekładni pa-sowej, co ograniczyło wartość uzyskiwanego momentu. Kształty charakterystyk sugerują jednak, że pompa pracowałaby prawidłowo również przy wyższym ciśnieniu. Zgodnie z oczekiwaniami, nastąpiła dalsza poprawa sprawności objętościowej  przy ciśnieniu 40 MPa i prędkości 3000 obr./min wynosiła ona 96,5%. Stwierdzono za to dość wyraźny spadek sprawności mechaniczno-ciśnieniowej, spowodowany wzrostem strat ciśnienio-wych w kanałach pompy (przy prędkości 3000 obr./min natężenie przepływu przekraczało 80 dm³/min, a lepkość oleju wynosiła 65 cSt). Pomimo to sprawność ta w obszarze

wyso-8.2. Pompy o stałej wydajności 187 kich ciśnień sięgała 96,597%, na poziomie najlepszych pomp z rozrządem czołowym.

Maksimum sprawności całkowitej wystąpiło powyżej 40 MPa, a jego wartość sięgała 93%.

Rysunek 8.7 przedstawia wpływ prędkości obrotowej na przebiegi sprawności całkowitej.

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

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Przyrost ciśnienia [MPa]

Sprawność objętościowa

Sprawność mechaniczno-ciśnieniowa Sprawność całkowita

Rys. 8.6. Sprawność pompy PWK-27 w funkcji ciśnienia. Prędkość 3000 obr./min, lepkość oleju 65 cSt

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

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

Przyrost ciśnienia [MPa]

1000 obr/min 1500 obr/min 2000 obr/min 3000 obr/min

Rys. 8.7. Wpływ prędkości obrotowej na kształt przebiegów sprawności całkowitej pompy PWK-27

Uzyskane rezultaty wykazują dużą zgodność z teoretycznymi przewidywaniami za-mieszczonymi w rozdziale 7. Przede wszystkim potwierdziła się możliwość znacznego ograniczenia strat mechanicznych i ciśnieniowych oraz dominujący udział przecieków w ogólnych stratach energetycznych. Pompa potwierdziła też możliwość pracy w obszarze ciśnień niedostępnym dla większości jednostek z rozrządem czołowym. W toku dodatko-wych badań stwierdzono, że likwidacja przyjętego w pompie PWK-27 luzu promieniowego między tłoczkami a otworami prowadzącymi następuje przy ciśnieniu 5960 MPa. Próba ta potwierdziła też wysoką wytrzymałość elementów konstrukcyjnych pompy. Jest możliwe,

że zwiększenie luzów o kilka mikrometrów umożliwiłoby poprawną pracę pompy przy jeszcze wyższym ciśnieniu. W chwili obecnej nie ma jednak zapotrzebowania na jednostki o takich parametrach, a prowadzenie badań w tym obszarze ciśnień wiąże się z wieloma trudnościami. Badania prowadzone przy niskich prędkościach obrotowych wykazały, zgodnie z oczekiwaniami, spadek sprawności objętościowej pompy (co wynika z rosnącego udziału przecieków w malejącej wydajności). Przy obrotach niższych od 1000 obr./min jej spadek był na tyle duży, że eksploatacja badanej pompy w tym zakresie staje się niecelowa.

Porównując wyniki symulacji uzyskane przy założonej prędkości 1500 obr./min (rys.

7.4) z rzeczywistymi wynikami badań (rys. 8.5), widzimy, że w rzeczywistości pompa osiągnęła rezultaty lepsze od zakładanych. Dotyczy to zarówno przebiegu sprawności cał-kowitej, obu sprawności cząstkowych, jak też maksymalnego ciśnienia pracy.