VJEŽBA V29 · MODUL 5 · OSNOVE HIDRAULIKE I DOBIVANJE HIDRAULIČKE ENERGIJE
Vježba V29 · 2 sata
Karakteristika hidrauličke crpke
Na ispitnom krugu snima se karakteristika zupčaste crpke: protok u ovisnosti o tlaku, od gotovo neopterećenog rada do 160 bar. Iz izmjerenih vrijednosti izračunavaju se volumetrijski stupanj djelovanja, propuštanje i ukupni stupanj djelovanja agregata.
- spojiti ispitni krug crpke s prigušnim ventilom kao teretom, manometrom, protokomjerom i termometrom
- izmjeriti protok, broj okretaja i električnu snagu pri tlakovima od 5 do 160 bar
- nacrtati karakteristiku Q–p i usporediti je s teorijskim protokom
- izračunati volumetrijski stupanj djelovanja, propuštanje i ukupni stupanj djelovanja
- procijeniti stanje crpke i utjecaj temperature ulja na rezultate
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 5.4 Zupčaste i lamelaste crpke.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Zupčasta crpka preše HP-1 ima istisninu 16 cm³/okr i pogoni je asinkroni motor nazivnog broja okretaja 1450 min⁻¹. Prema proračunu stvarni protok pri 160 bar treba biti oko 22,0 l/min (ηv = 0,95). Nakon generalnog popravka agregata treba provjeriti odgovara li crpka tim vrijednostima.
Na izlaz crpke spaja se ispitni krug: prigušni ventil služi kao podesivi teret, manometar mjeri tlak, protokomjer protok, a termometar temperaturu ulja. Zaštitni sigurnosni ventil namješten je na 175 bar, iznad najvišeg ispitnog tlaka. Broj okretaja mjeri se optičkim tahometrom, a električna snaga motora mjeračem snage u priključku. Postupnim pritvaranjem prigušnog ventila tlak se diže u koracima od 5 do 160 bar, a pri svakom koraku zapisuju se sve veličine. Ulje HLP 46 mora prije mjerenja postići radnu temperaturu od oko 40 °C.
Oprema i pribor
- hidraulički agregat sa zupčastom crpkom, elektromotorom i spremnikom;
- zaštitni sigurnosni ventil (namješten na 175 bar) i podesivi prigušni ventil za tlakove do najmanje 200 bar;
- manometar 0–250 bar (razred točnosti 1,0 ili bolji), protokomjer 0–40 l/min, termometar ulja;
- optički ili kontaktni tahometar, mjerač električne snage (trofazni);
- za kontrolu protokomjera: mjerna posuda s oznakom 10 l i zaporni sat;
- crijeva s brzim spojnicama, posuda za kapajuće ulje, krpe.
Fotografija ispitnog kruga: agregat, prigušni ventil, manometar i protokomjer na ploči; vidljiv tahometar usmjeren na spojku motora i crpke.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Prije pokretanja provjerite da je zaštitni sigurnosni ventil ugrađen između crpke i prigušnog ventila i namješten — potpuno zatvoren prigušni ventil bez sigurnosnog ventila razara crpku ili crijevo u djeliću sekunde. Prigušni ventil nikad ne zatvarajte naglo. Ne stojte u smjeru brzih spojnica i crijeva pod tlakom. Spojka motora i crpke mora imati zaštitni poklopac; tahometar koristite kroz otvor poklopca. Pri višim tlakovima ulje se brzo grije — ne dirajte vodove i prigušni ventil golom rukom.
Shema
Teorijski protok crpke je Qt = V · n i ovisi samo o broju okretaja. Stvarni protok manji je za propuštanje QL kroz zazore između zupčanika, kućišta i bočnih ploča, koje raste približno proporcionalno tlaku i obrnuto proporcionalno viskoznosti ulja. Volumetrijski stupanj djelovanja je ηv = Q / Qt, a za točan rezultat Qt se računa s izmjerenim, a ne nazivnim brojem okretaja: asinkroni motor pri malom opterećenju vrti se brže od nazivnih 1450 min⁻¹.
Postupak
- Spojite ispitni krug prema slici V29.1. Prigušni ventil potpuno otvorite, zaštitni sigurnosni ventil provjerite ili namjestite na 175 bar (pri potpuno zatvorenom prigušnom ventilu, kratkotrajno).
- Pokrenite agregat s otvorenim prigušnim ventilom i pustite ga da radi dok ulje ne dosegne oko 40 °C.
- Kontrola protokomjera: pri najnižem tlaku preusmjerite povratni vod u mjernu posudu i izmjerite vrijeme punjenja 10 l. Usporedite izračunati protok s očitanjem protokomjera.
- Pritvarajte prigušni ventil tako da tlak redom bude 5, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140 i 160 bar. Pri svakom tlaku pričekajte da se očitanja smire (oko 10 s) i zapišite p, n, Q, Pel i ϑ.
- Ponovite mjerenje pri 160 bar i pri 80 bar na kraju serije te zapišite i temperaturu ulja.
- Otvorite prigušni ventil, isključite agregat i pričekajte da manometar pokaže 0 bar.
- Izračunajte Qt, ηv, QL, hidrauličku snagu i ukupni stupanj djelovanja za svaku točku i nacrtajte dijagram Q–p s teorijskim i stvarnim protokom.
Mjerni zapis (primjer)
Vrijednosti su primjer mjerenja na ispravnoj crpki pri temperaturi ulja 40–42 °C. Vaši rezultati upisuju se u istu tablicu.
| p / bar | n / min⁻¹ | Q / (l/min) | Pel / kW | ϑ / °C |
|---|---|---|---|---|
| 5 | 1489 | 23,8 | 1,02 | 40 |
| 20 | 1485 | 23,6 | 1,68 | 40 |
| 40 | 1480 | 23,4 | 2,54 | 40 |
| 60 | 1475 | 23,1 | 3,37 | 41 |
| 80 | 1470 | 22,9 | 4,20 | 41 |
| 100 | 1465 | 22,7 | 5,01 | 41 |
| 120 | 1460 | 22,5 | 5,81 | 41 |
| 140 | 1455 | 22,3 | 6,60 | 42 |
| 160 | 1450 | 22,0 | 7,34 | 42 |
Kontrola protokomjera pri 5 bar: mjerna posuda od 10 l napunila se za 25,3 s.
Pitanja i zadaci
1. Računski zadatak: iz primjera mjernog zapisa izračunajte teorijski protok, volumetrijski stupanj djelovanja i propuštanje pri 160 bar i pri 80 bar.
Prikaži rješenje
160 bar: Qt = 16 cm³ · 1450 min⁻¹ = 23 200 cm³/min = 23,20 l/min; ηv = 22,0 / 23,20 = 0,948; QL = 23,20 − 22,0 = 1,20 l/min.
80 bar: Qt = 16 · 1470 / 1000 = 23,52 l/min; ηv = 22,9 / 23,52 = 0,974; QL = 0,62 l/min. Propuštanje se pri dvostrukom tlaku približno udvostručilo, što odgovara pretpostavci da raste proporcionalno tlaku.
2. Računski zadatak: provjerite očitanje protokomjera pomoću mjerne posude. Koliko je odstupanje?
Prikaži rješenje
Q = 10 l / 25,3 s = 0,395 l/s = 23,7 l/min. Protokomjer je pokazao 23,8 l/min; odstupanje je 0,1 l/min ≈ 0,4 %, što je u granicama točnosti očitanja zapornog sata i protokomjera.
3. Zašto se teorijski protok ne računa s nazivnih 1450 min⁻¹ za sve točke? Kolika bi pogreška nastala pri 5 bar?
Prikaži rješenje
Asinkroni motor ima klizanje koje raste s opterećenjem; pri malom tlaku vrti se gotovo sinkrono (ovdje 1489 min⁻¹). S nazivnim brojem okretaja Qt bi pri 5 bar bio 23,20 l/min, manji od izmjerenog Q = 23,8 l/min, pa bi ispao ηv = 1,026 > 1 — fizikalno nemoguće. S izmjerenim n: Qt = 23,82 l/min i ηv = 0,999.
4. Računski zadatak: izračunajte hidrauličku snagu i ukupni stupanj djelovanja agregata pri 160 bar. Uz stupanj djelovanja motora 0,88 procijenite hidrauličko-mehanički stupanj djelovanja crpke.
Prikaži rješenje
Ph = p · Q / 600 = 160 · 22,0 / 600 = 5,87 kW. ηuk = 5,87 / 7,34 = 0,80. Ukupni stupanj djelovanja je umnožak ηmot · ηv · ηhm, pa je ηhm ≈ 0,80 / (0,88 · 0,948) ≈ 0,96. Rezultat je procjena jer stupanj djelovanja motora nije izmjeren.
5. Dopunite dijagram na slici V29.2: ucrtajte krivulju ηv–p za točke 5, 80 i 160 bar na zasebnom dijagramu. Kakav je oblik krivulje i zašto se ne crta na istom dijagramu s protokom?
Prikaži rješenje
Točke: 5 bar → 0,999; 80 bar → 0,974; 160 bar → 0,948. Krivulja je približno pravac koji pada s tlakom. Crta se na zasebnom dijagramu jer ima drugu jedinicu i drugi raspon; dvije osi y na istom dijagramu otežavaju čitanje i navode na krive usporedbe.
6. Kako bi se promijenila karakteristika da se mjerenje izvede pri temperaturi ulja 60 °C? Procijenite ηv pri 160 bar ako se viskoznost ulja pri toj temperaturi smanji otprilike na polovicu.
Prikaži rješenje
Propuštanje kroz zazore približno je obrnuto proporcionalno viskoznosti, pa bi se pri upola manjoj viskoznosti otprilike udvostručilo: QL ≈ 2 · 1,20 = 2,4 l/min. Tada Q ≈ 23,2 − 2,4 = 20,8 l/min i ηv ≈ 0,90. To je procjena; zato se karakteristike uvijek snimaju i uspoređuju pri istoj, zapisanoj temperaturi.
7. Nakon nekoliko godina rada ista crpka pri 160 bar i 40 °C daje samo 19,5 l/min pri 1450 min⁻¹. Što to znači i što se događa s radom preše?
Prikaži rješenje
ηv = 19,5 / 23,2 = 0,84, a propuštanje je naraslo na 3,7 l/min, tri puta više nego na novoj crpki. Zazori su se povećali trošenjem (npr. zbog nečistoće u ulju). Brzina izvlačenja pri prešanju pala bi s 73 mm/s na oko 65 mm/s, a propušteno ulje pretvara se u toplinu. Crpku treba zamijeniti ili obnoviti, a uzrok trošenja — filtraciju i stanje ulja — provjeriti.
8. Zašto je zaštitni sigurnosni ventil u ispitnom krugu namješten na 175 bar, a ne na 160 bar?
Prikaži rješenje
Sigurnosni ventil počinje otvarati i ispod namještenog tlaka (vidjeti V30). Kad bi bio na 160 bar, pri ispitnom tlaku od 160 bar dio protoka već bi odlazio kroz njega mimo protokomjera, pa bi izmjereni Q bio premalen i ηv lažno nizak. Namještanjem iznad najvišeg ispitnog tlaka cijeli protok prolazi kroz protokomjer, a crpka je i dalje zaštićena.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Agregat pokrenite 20–30 minuta prije sata da ulje dosegne radnu temperaturu. Provjerite namještenost zaštitnog sigurnosnog ventila i ispravnost manometra. Ako mjerača snage nema, stupac Pel izostavite i zadatak 4 riješite s podacima iz primjera. Ako na vježbenom agregatu nema protokomjera, protok mjerite samo mjernom posudom i zapornim satom u svakoj točki; tada izaberite pet tlakova umjesto devet. Prethodno znanje: jedinica 5.4.
Tijek sata
- Uvod: teorijski i stvarni protok, propuštanje, klizanje motora (10 min).
- Spajanje ispitnog kruga i provjera sigurnosnog ventila (15 min).
- Kontrola protokomjera mjernom posudom (10 min).
- Mjerenje u devet točaka i ponavljanje dviju točaka (25 min).
- Računanje, dijagram Q–p i ηv–p (20 min).
- Rasprava o stanju crpke, rastavljanje i čišćenje (10 min).
Očekivani rezultati
| p / bar | Qt / (l/min) | ηv | QL / (l/min) | Ph / kW | ηuk |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 23,82 | 0,999 | 0,02 | 0,20 | 0,19 |
| 40 | 23,68 | 0,988 | 0,28 | 1,56 | 0,61 |
| 80 | 23,52 | 0,974 | 0,62 | 3,05 | 0,73 |
| 120 | 23,36 | 0,963 | 0,86 | 4,50 | 0,77 |
| 160 | 23,20 | 0,948 | 1,20 | 5,87 | 0,80 |
Na vježbenom agregatu vrijednosti će se razlikovati; ispravna crpka pri najvišem tlaku ima ηv iznad oko 0,90, a karakteristika Q–p je približno pravac. Ukupni stupanj djelovanja pri malom tlaku je malen jer gubici praznog hoda motora prevladavaju.
Česte pogreške
- Qt računan s nazivnim brojem okretaja, pa ηv pri malom tlaku ispada veći od 1.
- Očitavanje prije smirivanja tlaka i protoka nakon promjene prigušenja.
- Mjerenje s hladnim uljem, pa je ηv lažno visok.
- Zaštitni sigurnosni ventil namješten preblizu najvišem ispitnom tlaku, pa dio protoka zaobilazi protokomjer.
- Miješanje l/min i l/s pri kontroli mjernom posudom.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravno spojen i siguran ispitni krug | 4 |
| Potpun mjerni zapis s temperaturom i kontrolom protokomjera | 4 |
| Točni izračuni Qt, ηv, QL, Ph i ηuk | 5 |
| Uredni dijagrami Q–p i ηv–p | 3 |
| Obrazložena procjena stanja crpke | 2 |
| Sigurnost i čistoća radnog mjesta | 2 |
| Ukupno | 20 |