Refined model of passive branch damper of pressure fluctuations

This paper presents an analysis of the influence of the kind of a friction model on the dimensioning of a branch pressure fluctuation damper. The mathematical model of the branch damper is defined by determining the damper input impedance and finding its minimum corresponding to the maximum effectiveness in reducing pressure fluctuations. Three kinds of friction for the oscillatory flow in the damper, i.e. a lossless line, steady friction and a nonstationary friction model, are considered. Experimental studies confirmed that the use of the nonstationary friction model in the calculation of branch damper length ensures the highest effectiveness in reducing the amplitude of pressure fluctuations characterized by a given frequency

Symulacja przepływów przejściowych w układzie hydraulicznym z hydrauliczną linią długą

The paper presents the problem of modelling and simulation of transients phenomena in hydraulic systems with long liquid lines. The unsteady resistance model is used to describe the unsteady liquid pipe flow. The wall shear stress at the pipe wall is expressed by means of the convolution of acceleration and a weighting function which depends on the (laminar or turbulent) character of the flow. The results of numerical simulation are presented for the waterhammer effect, which is caused by a sudden shift of the hydraulic directional control valve. The following cases of the system supply are considered: the first, with a constant delivery rate of the pump and the second, which additionally considers pulsation of the delivery of the pump. Computer simulations are compared with results of experiments. They are found to be very consistent in the case with the variable rate of the pump delivery taken into accent.Artykuł przedstawia zagadnienie modelowania i symulacji zjawisk przejściowych w układach hydraulicznych z hydrauliczną linią długą. Wykorzystano model tarcia niestacjonarnego do opisu niestacjonarnego przepływu w przewodzie. Naprężenia ścinające na ściankach przewodów są określone za pomocą przyspieszenia i finkcji wagi, która zależy od charakteru przepływu (uwarstwiony, turbulentny). Rezultaty symulacji numerycznych są prezentowane dla uderzenia hydraulicznego, które spowodowane jest poprzez nagłe przesterowanie rozdzielacza. Rozpatrywane są dwa przypadki: pierwszy - gdy układ zasilający podaje stałą wartość natężenia przepływu, drugi uwzględniający pulsację wydajności pompy wyporowej. Symulacje komputerowe są porównane z wynikami badań eksperymentalnych. Wykazano dużą zgodność symulacji komputerowych uwzględniających pulsację wydajności pompy z wynikami eksperymentu

Microhydraulics and hydrotronics development areas of fluid drives

W artykule przedstawiono wybrane przykłady zminiaturyzowanych elementów hydraulicznych. Zaprezentowano wyniki prac własnych dotyczących przepływów w mikroelementach hydraulicznych (mikrozaworze wzniosowym, mikroprzewodzie hydraulicznym) oraz wydzielenia obszaru pracy stabilnej mikrozaworu hydraulicznego. Zwrócono uwagę na hałaśliwość pracy układów mikrohydraulicznych, poddając, jako przykład, analizie mikrozasilacz hydrauliczny.In the paper some selected examples of miniaturized hydraulic components were presented. Some results of tests of flow in hydraulic microcomponents (lift microvalve, hydraulic micropipe) and creating of stable work of hydraulic microvalve were discussed. Special attention was focused on noise problem of microhydraulic systems. This problem was considered in example of microhydraulic power unit

The Study of Cavitation Effect in Positive Displacement Pumps

W artykule omówiono zjawisko kawitacji w pompach wyporowych. Podano warunki i miejsce powstawania zjawiska. Badania własne autorów oraz studia literaturowe obrazują wizualizację zjawiska kawitacji. Dokonano identyfikacji efektu akustycznego towarzyszącego procesowi rozwoju kawitacji w pompach – wielotłoczkowej i zębatej.In the paper main attention was focused on cavitation effect in positive displacement pumps. Cavitation conditions and areas of its arising were defined. Author’s own studies and literature review were helpful for cavitation visualization. An acoustic effect accompanied with cavitation development in pumps (multipiston pump, gear pump) was identified

Reduction of infrasounds in machines with hydrostatic drive

Some hazards posed by the operation of hydraulic systems, connected with low-frequency vibrations and noise are presented. Special attention is focused on infrasounds. The sources of low-frequency vibrations and noise and ways of reducing them are indicated. An original solution ensuring the effective reduction of vibrations and noise in a wide frequency range, i.e., a wide-band damper of pressure fluctuations, also performing the function of an acoustic filter, is proposed. The effectiveness of the damper was confirmed by the results of laboratory tests and tests carried out on engineering machines working in real conditions

Uniwersalna funkcja wagi w modelowaniu niestacjonarnych przepływów z kawitacją występujących w przewodach ciśnieniowych

This work concerns modeling of time-varying resistance during transient cavitating liquid pipe flow. The wall shear stress is presented in the way introduced by Zielke as the integral convolution of liquid local velocity changes and a weighting function. A new procedure for determination, so-called, a universal laminar-turbulent weighting function, which combines functions of Zielke and Vardy and Brown or Zielke and Zarzycki, is presented. Based on these weighting functions, the method of simulation transients in the pressure lines in a wide range of Reynolds numbers is presented. It eliminates numerical problems associated with the change of laminar flow into turbulent and vice versa. An example application of this method for simulation of water hammer is presented. The calculation results are compared against experiments presented by Bergant and Simpson, and good agreement is found.Praca dotyczy modelowania zmiennych w czasie oporów podczas nieustalonego przepływu cieczy w przewodach ciśnieniowych. Naprężenie styczne na ściance przewodu przedstawione zostało w klasyczny sposób (wg. Zielke) jako całka splotowa z przyśpieszenia cieczy i pewnej funkcji wagowej. Przedstawiono procedury wyznaczania dwóch uniwersalnych funkcji wagowych laminarnoturbulentnych (wg. Zielke i Vardy-Browna oraz wg. Zielke i Zarzyckiego).W oparciu o te funkcje przedstawiono metodę modelowania (symulacji) przebiegów przejściowych w przewodach ciśnieniowych w szerokim zakresie liczb Reynoldsa. Eliminuje on problemy natury numerycznej związane z przechodzeniem min. z przepływu laminarnego w turbulentny i odwrotnie. Podano przykład zastosowania opracowanej metody do symulacji uderzenia hydraulicznego. Wyniki obliczeń porównano z wynikami eksperymentalnymi wg. Berganta i Simpsona, otrzymując dobrą zgodność

Low-frequency pressure fluctuation damper based on hydropneumatic spring with constant stiffness

A wide spectrum of pressure fluctuation frequencies occurs in hydraulic systems. Particularly hazardous and difficult to eliminate are pressure fluctuations in the range up to 50 Hz, resulting in the generation of infrasounds by machines equipped with a hydrostatic drive. The best protection against the harmful effect of ultrasounds is to suppress them at the very source, i.e. to eliminate the causes of the generation of this noise. This paper presents a concept of reducing pressure fluctuation in the range of low excitation frequencies by means of a low-frequency damper of special design. The basis for designing pressure fluctuation dampers effective in reducing pressure fluctuation amplitudes in the range of low frequencies (< 50 Hz), which also function as acoustic filters of the generated infrasounds, is provided. The effectiveness of the low-frequency damper in reducing pressure fluctuation amplitudes has been experimentally tested. The damper was found to be most effective when its eigenfrequency coincided with the excitation frequency to be reduced

Improved method for simulating frictional losses in laminar transient liquid pipe flow

This paper is devoted to the problem of energy dissipation and it concerns unsteady friction modeling of the liquid flow in hydraulic lines. One dimensional (1D) quasi-steady model of energy dissipation is in common use. It means that the loss of energy is estimated by the Darcy-Weisbach formulae. Such an approximation is close to reality only for slow changes of the velocity field in the pipe cross-section. In case of fast changes, like fast transients, e.g. water hammer, it fails. In this work the wall shear stress (defined as an effect of unsteady fluid friction) is presented as a sum of quasi-steady and unsteady components. The unsteady component of the wall shear stress is modeled as an convolution of the local fluid acceleration and a weighting function w(t). The weighting function, in general, makes an allowance for a relation of the historic velocity changes and the unsteady component of the wall shear stress. Primitive weighting functions have usually very complicated structures, and what is more, they make it impossible to perform an efficient simulation of dynamical runs. In this paper, a new weighting function is presented as a sum of exponential components in order to enable efficient calculation of the unsteady component wall shear stress. A few examples of the new effective method of unsteady wall shear stress simulations, in case of the water hammer, are presented. The results of the calculations are compared with experiments known in literature and satisfying results are obtained

Improved method for simulating transients of turbulent pipe flow

The paper presents the problem of modelling and simulation of transients during turbulent fluid flow in hydraulic pipes. The instantaneous wall shear stress on a pipe wall is presented in the form of integral convolution of a weighting function and local acceleration of the liquid. This weighting function depends on the dimensionless time and Reynolds number. Its original, very complicated mathematical structure is approximated to a simpler form which is useful for practical engineering calculations. The paper presents an efficient way to solve the integral convolution based on the method given by Trikha (1975) for laminar flow. An application of an improved method with the use of the Method of Characteristic for the case of unsteady flow (water hammer) is presented. This method is characterised by high efficiency compared to traditional numerical schemes.Artykuł przedstawia zagadnienie modelowania i symulacji przebiegów przejściowych podczas turbulentnego przepływu cieczy w przewodach ciśnieniowych. Chwilowe naprężenie styczne na ściance przewodu przedstawiono w postaci całki splotowej z funkcji wagi i przyspieszenia cieczy. Funkcja wagi dla naprężenia stycznego na ściance przewodu zależy od czasu bezwymiarowego i liczby Reynoldsa. Ma ona zawiłą postać matematyczną, dlatego aproksymowano ją do prostszej postaci, przydatnej do praktycznych obliczeń inżynierskich. Przedstawiono efektywny sposób rozwiązania całki splotowej, opierając się na metodzie podanej przez Trikha (1975) dla przepływu laminarnego. Podano zastosowanie ulepszonej metody symulacji naprężenia stycznego do metody charakterystyk podczas uderzenia hydraulicznego. Charakteryzuje się ona dużą efektywnością w stosunku do metody tradycyjnej

Pumps capacity fluctuations in systems with hydraulic long line

W artykule przedstawiono sposób obliczania charakterystyk częstotliwościowych w układach z hydrauliczną linią długą. Do obliczeń posłużono się metodą macierzową, w której użyto modelu quasi-ustalonych strat tarcia. Taki sposób opisu traktuje przewód jako tzw. czwórnik hydrauliczny. Układ hydrauliczny z zadanym obciążeniem, wyrażonym w postaci impedancji końcowej, przedstawiany jest w postaci tzw. jednowrotnika, który posłużył do wyznaczania transmitancji operatorowych układu. Na bazie tych transmitancji, przy wymuszeniu harmonicznym można sporządzić wykres modułu transmitancji w funkcji długości przewodu zasilającego przy danej częstotliwości wymuszeń, utożsamianej z podstawową harmoniczną pulsacji wydajności pompy wyporowej. W wyniku symulacji numerycznej uzyskuje się długości przewodu, przy których następuje wzmocnienie amplitud pulsacji ciśnienia, utożsamiane z rezonansem hydraulicznym.In the paper a method of calculation of frequency characteristics of systems with hydraulic long line was presented. For calculations a matrix method with quasi-stationary friction losses model was used. Presented method is based on a hydraulic four-terminal network. Hydraulic system with load is presented by hydraulic one-port component which was useful to determine system operational transmittance. On the basis of these transmittances it’s possible to create a diagram of magnitude of system transmittance in function of supplying pipe length for selected frequency of input function (identified with basic harmonic pulsation capacity of positive displacement pump). On the basis of simulations some pipe’s length are determined corresponding to pressure pulsation amplification (identified with hydraulic resonance)