GÉPIPARI AUTOMATIZÁLÁS II.

4. előadás HIDRAULIKA 1

Hidraulika előnye, hátránya

 Előnyök:     Kis méretű elemekkel nagy erők Megbízható pozicionálás Terhelésfüggetlen mozgás ( a folyadékok csak kis mértékben nyomhatók össze) Sebességek egyszerűen beállíthatók  Kedvező a hőelvezetés  Hátrányok:     Zárt rendszer szükséges (az olajfolyás környezetszennyező, tűz és balesetveszélyes) Szennyeződésre érzékeny Hőmérsékletérzékeny (viszkozitás) Kedvezőtlen hatásfok (csősúrlódás) 2

Hidrosztatika összefüggései

 Hidrosztatikus nyomás:  Pascal törvénye:  Hidraulikus erőáttétel:  Hidraulikus elmozdulás áttétel: p s =  * g * h p  F A

p



F A

1 1 

F A

2 2  áll.



F F

2 1 

A

1

A

2

V



s

1 *

A

1 

s

2 *

A

2  áll.



s s

2 1 

A

2

A

1  Nyomásáttétel:

F



p

1 *

A

1 

p

2 *

A

2  áll.



p p

2 1 

A

2

A

1 3

Hidrodinamika összefüggései

 Térfogatáram (időegység alatt átáramló folyadékmennyiség): Q  V t  Térfogatáram a csőkeresztmetszet és az áramlási sebesség függvényében:  Kontinuitás tétele: Q  A * v

Q



A

1 *

v

1 

A

2 *

v

2 

A

3 *

v

3  ....



áll

.

4

Áramlásfajták

Lamináris - A folyadékrészecskék rendezett (hengeres) rétegben mozognak Turbulens - A részecskék nem rendezetten mozognak.

5

Áramlásfajták

Reynolds-féle szám: Re  v * 

d

Re: Reynolds szám v: a folyadék áramlási sebessége [m/s] d: ν : a cső belső átmérője [m] kinematikai viszkozitás [m 2 /s] Egyenes cső esetén: az áramlás lamináris, ha Re < 2300 az áramlás turbulens, ha Re > 2300 Kritikus áramlási sebesség: v

kritikus

 Re

krit

* 

d

 egyenes cső esetén : v

kritikus

 2300 * 

d

6

Reynolds szám meghatározása nem kör keresztmetszetű cső esetén

 Hidraulikus átmérő: d h  4 A K   A: a vezeték keresztmetszete [mm 2 ] K: a keresztmetszet kerülete [mm]  Így a Reynolds szám: Re  v * d h   v * 4 * A  * K 7

Hidraulikus rendszerek áramlási sebességei

 Szívóvezeték: 1-1,5 m/s 0,7-1 m/s ha a cső eső ha a cső emelkedő  Nyomóvezeték: 2,5-3 m/s 3,5-4 m/s 4,5-5 m/s 5-6 m/s 6 m/s  Visszafolyó vezeték: 2 m/s 25 bar üzemi nyomásig 50 bar üzemi nyomásig 100 bar üzemi nyomásig 200 bar üzemi nyomásig 200 bar üzemi nyomás felett 8

Energia megmaradás törvénye Bernoulli egyenlet

A folyadékáram összes energiája változatlan marad, ha nem visznek be kívülről, vagy nem vezetnek el kifelé energiát.

A csővezetékben áramló folyadék energiafajtái ( „V” térfogategységre): - mozgási energia  változik, ha a folyadék áramlási sebessége változik W v =1/2 * m * v 2 = 1/2 * ρ - nyomási energia  * V * v 2 m = ρ * V változik, ha a folyadék nyomása megváltozik W p = V * p - helyzeti energia  változik, ha a folyadék magassági helyzete változik W h =m * g * h = ρ * V * g * h 9

Energia megmaradás törvénye

 A folyadékáram összes energiája felírható a Bernoulli egyenlettel: Nyomási e.+ Helyzeti e. + Mozgási e. = állandó W p + W h + W keresztmetszete között: v = állandó Egységnyi térfogat energiaváltozása a rendszer bármely két

p

2 

p

1   *

g

* (

h

2 

h

1 )  1 2 *  *  ( v 2 ) 2  ( v 1 ) 2  

állandó

10

Hidraulikus munka, teljesítmény

 Munka: W=F*s=p*A*s= p*V  Teljesítmény: Teljesítmény növelés: P=W/t=p*V/t= p*Q - Q növelése  nő a méret - p növelése 11

Hidraulikus rendszer hatásfoka

     Volumetrikus hatásfok  résveszteségek η v Hidraulikus hatásfok  η h Mechanikus hatásfok  folyadék súrlódás mechanikus súrlódás η m Hidraulikus-mechanikus hatásfok: η hm = η h * η m Hidraulikus rendszer összhatásfoka:

η ö = η v * η hm

12

Áramlási veszteségek

 Áramló folyadékban a súrlódás miatt hő keletkezik (hőenergia), ez a nyomási energia csökkenését okozza. Δ p=p 1 -p 2  A súrlódás függ: - a vezeték hosszától - a csőhajlatok számától - a vezeték keresztmetszetének alakjától - a cső belső falának érdességétől - az áramlás sebességétől 13

Áramlási veszteségek

A nyomáscsökkenés meghatározható az áramlási sebesség függvényében:  p   *  * v 2 2 ξ : idomellenállás ρ : a folyadék sűrűsége v: a folyadék áramlási sebessége 14

Áramlási veszteségek

 Lamináris áramlás esetén      * 64 Re l d ;  64 *  v * d Q   p  v * A ;  v  Q A 32 *  *  * l * Q ;  d 2 * A  p  R L * Q λ : csősúrlódási tényező l: cső hossza d: a cső hidraulikus átmérője R L : hidraulikus ellenállás lamináris áramlás esetén [Ns/m 2 ] Hidrauliku s OHM törvény : R L   p Q 15

Áramlási veszteségek

 Turbulens áramlás esetén  p   *  2 * v 2 v  p  Q  A  *  2 * Q 2 A 2  R T * Q 2 λ : idomellenállás (táblázatból) R T : hidraulikus ellenállás turbulens áramlás esetén [Ns 2 /m 8 ] 16

Energiaátalakulás hidraulikus berendezésekben

17

Hidraulikus berendezés felépítése

 Vezérlőrész  Jelbevitel  Jelfeldolgozás  Teljesítményrész  Energiaellátó rész   Energiavezérlő rész Végrehajtórész 18

Egyszerű hidraulikus rendszer

 1 - szivattyú 2 - tartály 3 - visszacsapó szelep 4 - nyomáshatároló 5 - munkahenger 6 - útváltó 7 - fojtószelep 19

Egyszerű elektrohidraulikus körfolyam elemei

20

Hidraulikus berendezés teljesítmény része

 Energia ellátó rész  Energiaátalakítás  eszközei: Villanymotor vagy belsőégésű motor     Tengelykapcsoló Szivattyú Nyomásjelző Védőberendezések  Munkaközeg előkészítés eszközei    Szűrő Hűtő Fűtő 21

Hidraulikus tápegység

22



Nyomásmérők

 1 - rugóelem 2 - vonórúd 3 - mutató szerkezet 4 - mutató skála  Csőrugós torlónyomás-manométer Csőrugós torlónyomás-manométer felépítése  1 - laprugó 2 - nyomókamra 3 - nyomótér 5 - tolórúd Laprugós torlónyomás-manométer Laprugós torlónyomás-manométer felépítése 23

Hidraulikus berendezés teljesítmény része

 Energia vezérlő rész  Útszelepek  Áramlásirányító elemek  Nyomásirányító elemek  Zárószelepek  Végrehajtó rész  Munkahengerek  Motorok 24

Hidraulikus munkaközeg

 Hidraulikus munkafolyadék  Feladata:  Energiaátvitel a hajtó és hajtott oldal (energiaellátó és végrehajtó rész) között     Mozgófelületek kenése A keletkezett hő elvezetése Korrózióvédelem Levált anyagrészek eltávolítása 25

Munkafolyadék

OLAJ Tűzálló folyadék Ásványi olaj Szintetikus olaj Víztartalmú Hidraulikus munkaközeg  Hidraulika Olaj Vízmentes 26

Hidraulikus energia átalakítók

Mechanikus  Hidraulikus

SZIVATTYÚ

Hidraulikus Rotációs

HIDROMOTOR

 Mechanikus Transzlációs

HIDRAULIKUS MUNKAHENGER

Térfogat kiszorítás elvén működik 27

Szivattyúkat-motorokat jellemző névleges adatok

  Munkatérfogat vagy nyelési térfogat (V) Egy fordulat alatt szállított vagy elnyelt folyadékmennyiség.

Térfogatáram (Q) Időegység alatt szállított vagy elnyelt folyadékmennyiség.

Q=n*V  Hatásfok ( η ) Q a térfogatáram n: a szivattyú vagy a motor fordulatszáma V: munka vagy elnyelési térfogat 28

Szivattyúk és motorok csoportosítása

 Szállított folyadékmennyiség alapján:  Állandó térfogatáramúak  Változtatható térfogatáramúak  Állítható  Önszabályozó  Szerkezeti kialakítás szerint 29

Szivattyúk csoportosítása szerkezeti kialakítás szerint

30

Motorok csoportosítása szerkezeti kialakítás szerint

31

Fogaskerékszivattyúk

külső fogazású fogaskerékszivattyú belső fogazású fogaskerékszivattyú fogasgyűrűs szivattyú 32

Külső fogazású fogaskerék-szivattyú és motor

33

Fogaskerékszivattyúk

34

Belső fogazású fogaskerék-szivattyú és motor

35

Fogazott gyűrűs szivattyú és motor

36



Szivattyú típusok

  csavarorsós szivattyú lapátos szivattyú radiáldugattyús szivattyú (forgó vezérlőpályás, külső beömlésű) 37

Csavarorsós szivattyú

38

Egylöketű szárnylapátos szivattyú és motor

39

Duplalöketű szárnylapátos szivattyú

40



Dugattyús szivattyúk

  radiáldugattyús szivattyú (álló vezérlőpályás, külső beömlésű) axiáldugattyús szivattyú (ferdetengelyes kivitel) axiáldugattyús szivattyú (ferdetárcsás kivitel) 41

Radiáldugatttyús szivattyú és motor

42

Axiáldugattyús szivattyú és motor

43

Axiáldugattyús szivattyú

44

Hidraulikus szivattyúk és motorok rajzjelei

Állandó Változtatható munkatérfogatú 45

Köszönöm a figyelmet!

46

47

48

49