Symulacja oddziaływań między cieczą a struktura nowej konstrukcji wysokociśnieniowej hydraulicznej pompy tłokowej osiowej

Abstract

A novel type of an axial, piston-driven high pressure hydraulic pump with variable capacity marks a significant improvement in the area of the hydraulic machinery design. Total discharge from hydrostatic forces eliminates a need for a servomechanism, thus simplifying operation, reducing weight and introducing the possibility of the pump displacement control by computer. PWK-type pumps, invented in the Gdansk University of Technology, offer high efficiency for pressure levels up to 55 MPa, ability to work self sucking even at high speed. However, the heart of the new invention, the commutation unit, creates harmful pressure peaks. Those peaks can be mitigated by the introduction of a compensation chamber with elastic walls. Owing to the dynamic character of events taking place in the pump, a need for computer simulation arouse in order to understand phenomena leading to the occurrence of pressure peaks and choose compensation chamber parameters accordingly. A CFD package alone would not be sufficient to reliably represent the interaction between the compensation chamber wall and the working fluid. This paper presents Fluid Structure Interaction approach comparing 3 different models: 2 simplified models of the pump and a full pump model.Nowa odmiana wysokociśnieniowej pompy tłokowej osiowej o zmiennej wydajności stanowi znaczący postęp w projektowaniu systemów napędu hydraulicznego. Całkowite odciążenie od sił hydrostatycznych pozwala wyeliminować serwomechanizm sterujący, upraszczając konstrukcje pompy, zmniejszając jej ciężar i pozwalając na komputerowe sterowanie wydajnością. Pompy typu PWK, wynalezione na Politechnice Gdańskiej, osiągają wysoką sprawność przy ciśnieniu sięgającym 55 MPa i są samossawne nawet przy wysokiej prędkości obrotowej. Mechanizm rozrządu krzywkowego, będący podstawa wynalazku, generuje jednak szkodliwe piki ciśnienia. W celu ich zredukowania zaproponowano zastosowanie komory kompensującej z elastycznymi ścianami. Ze względu na dynamiczny charakter zjawisk zachodzących podczas pracy pompy w celu przeanalizowania genezy pików ciśnienia i doboru właściwych parametrów konstrukcyjnych komory kompensacyjnej konieczne było przeprowadzenie symulacji komputerowej. Dostępne pakiety CFD nie były jednak w stanie odwzorować złożonych zależności między ściana komory kompensacyjnej a cieczą roboczą. Zaprezentowane w artykule podejście ukazuje oddziaływania miedzy cieczą a struktura pompy na przykładzie 3 różnych modeli: dwóch uproszczonych i pełnego modelu pompy