Modeling and performance improvements of a pressure compensated axial piston pump
Basınç kompanzasyonlu eksenel pistonlu bir pompanın modellenmesi ve performans iyileştirilmesi
- Tez No: 517406
- Danışmanlar: PROF. DR. RAİF TUNA BALKAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 118
Özet
Basınç kompanzasyonlu eksenel pistonlu bir pompanın iç dinamiklerinin analizi bu pompanın karakteristiği öngörebilmek için öneme sahiptir. Bu misyonu başarmak amacıyla set halinde verilen sistem parametrelerinin uygulandığı pompanın basınç– debi karakteristiğinin benzetimi için Matlab/Simulink ortamında fiziksel bir model geliştirilmiştir. Pompa, basınçlandırma bölümü ve dengeleme bölümü olmak üzere iki ana grup olarak modellenmektedir. Pistonlar, pompanın içinde mil eksenin etrafında silindir bloğu içinde düzenli yuvalanmaktadır. Basınçlandırma bölümü modeli, piston sayısına göre bir faz farkı, 2.pi/N, ile düzenlenmiş birçok piston modelini içermektedir. Model bu pistonlara ait sızıntıları kapsamaktadır. Pistonların üzerindeki kuvvetler, eğim plakasına uygulanan anlık hidrolik torkun modellenmesi için kullanılmaktır. Pistonların hareketine bağlı meydana gelen ait tekil debiler, pompa anlık debi karateristiğini belirlemektedir. Basınç dengeleme bölümü üç yollu valf, değiştirme eyleyicisi, kontrol eyleyicisi ve eğim plakasından meydana gelmektedir. Bu elemanların dinamikleri detaylı bir şekilde incelenmektedir. Dolayısıyla geliştirilen model, farklı sistem parametreleri için pompa dinamiğini elde etmek için kullanışlı bir hesaplama aracını temsil etmektedir. Pompanın çıkış basıncının ve çıkış debisinin ölçümü için bir test düzeneği kurulmuştur. Çalışma basıncının ayarlanması için pompanın çıkış portu, tüm çalışma aralığını ayarlayabilecek bir kısma valfiyle yüklenir. Geliştirilen modelden elde edilen benzetim sonuçlarıyle test sonuçları modeli doğrulamak amacıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca bu model kullanarak farklı konfigürasyonların basınç ve debi salınımları elde edilerek farklılıkların etkileri incelenmiştir. Bu çalışmanın amacı pompanın iç elemanlarını geometrik ölçülendirilerek performans iyileştirmelerinin elde edilmesidir. Fiziksel modele valf plakası üzerindeki kavisli kanal şeklindeki akış alanı açısı ayarlanarak elde edilen üç farklı konfigürasyon uygulanarak bunların pompa dinamiğine, özellikle kaçaklar ve basınç, debi ve tork salınımları, etkileri incelenmiştir. Piston odasındaki daha düzgün basınç geçişleri, orijinal valf plakasının aksine uçtan uca valf plakasında elde edilir. Piston basınç odasında elde edilen bu iyileştirme pistonun basma portu ile aynı eksene geldiği anda oluşan debi tepesini yok etmiştir. Bu gelişmenin bir sonucu olarak, çıkış debisi salınım genliği azalır. Bu iyileştirme ayrıca basınçlandırma hareketi sonucu oluşan eğim plakası üzerinde hidrolik torku düşürür. Hatta, her iki uçtan uca valf plakası ve orijinal valf plakasında kullanılan açılardan daha düşük geçiş açıları uygulanarak daha düşük torklar elde edilir. Dolayısıyla kontrol eyleyici alanları aynı çalışma basıncı için azaltılabilir; bu da pompa için daha düşük paket hacimlerine olanak tanır.
Özet (Çeviri)
Analysis of internal dynamics of a pressure compensated axial piston pump has an importance to predict the pump characteristics. In order to accomplish this mission physical model is developed to simulate pump pressure-flow characteristics for a given set of system parameters in Matlab/Simulink environment. The pump is modeled as two main groups, namely, pumping section, and compensation section. Pistons are orderly nested in cylinder block around shaft axis in the pump. In the pumping section model, multi-piston models arranged with a phase shift according to the piston number, 2.pi/N. The model includes leakages from these pistons. Forces on individual pistons are used to model the instantaneous hydraulic torque acting on the swash plate. Individual flow rates generated by movements of the pistons determine the instantaneous delivery flow of the pump. The pressure compensation section consists of a three-way valve, a bias actuator, a control actuator, and a swash plate. Dynamics of these components are also modeled in detail. Hence, the developed model represents a handy computational tool to get pump dynamics for various system parameters. An experimental setup is built to measure discharge pressure and delivery flow of the pump. In order to adjust discharge pressure of the pump, pump outlet port is loaded with an adjustable needle valve which covers the entire working range. Simulation results obtained by using the developed model are compared with experimental results to verify the model. Using this model, various configurations are further examined to obtain their effects on oscillations of pressure and flow. The aim of this work is to obtain performance improvements related with geometric dimensioning of pump internal parts. Three different configurations obtained by setting the angle of kidney-shaped flow passage area on the valve plate are used in the physical model to investigate their influence on the pump dynamics, especially leakages, and oscillations in pressure, flow, and torque. Smoother pressure transitions in piston chamber are obtained by utilizing line to line porting valve plate as opposed to using the original valve plate. The improvement in piston chamber pressure eliminates flow peaks when the piston aligns with the delivery port. As a result of this improvement, the oscillation amplitude of delivery flow is reduced. This improvement also reduces the hydraulic torque on swash plate due to pumping action. Even, lower torques are obtained by utilizing a smaller trap angle than the angles used in both original valve plate and line to line porting valve plate. Hence, the control actuator areas can be reduced for the same working pressure, resulting in lower package volumes for the pump.
Benzer Tezler
- Çeşitli büyüklüklerdeki alışveriş mekanlarını aydınlatma sistemleri tasarım ilkeleri
Designing principles of lighting systems in store designs of various types
HALE İKİZLER
Yüksek Lisans
Türkçe
1996
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET Ş. KÜÇÜKDOĞU
- Otomatik transmisyon vites değişim tepkilerini objektif olarak değerlendirmeye yönelik model bazlı yaklaşım geliştirilmesi
A model based approach for objective evaluation of automatic transmission shift quality
HİLMİ ERSİN OKTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGEN AKALIN
- Calibration of a plunger valve performance using numerical and experimental methods: A case study on Kepez hydropower plant
Piston vana performansının sayısal ve deneysel yöntemlerle kalibrasyonu: Kepez hidroelektrik santrali örneği
ABDUL RAHMAN SABRA KAAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER BOZKUŞ
- Rüzgar enerjisi dönüşüm sistemlerinin aerodinamik kapsamı ve güç belirlenmesi analizlerinde potansiyel akım yöntemleri
Aerodynamic aspects of wind energy conversion systems and potential flow methods in performance prediction analysis
ALİ ALPER AKYÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. ADİL YÜKSELEN
- Investigation of the effects of alternative fuel use on performance and emissions in a compression ignition (CI) diesel engine
Sıkıştırmalı ateşlemeli bir dizel motorda alternatif yakıt kullanımının performans ve emisyon değerleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
FERHAT EKİN
Doktora
İngilizce
2024
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN AZMİ ÖZSOYSAL
DR. ÖĞR. ÜYESİ HİKMET ARSLAN