Simulation of fluid structure interaction in a novel design of high pressure axial piston hydraulic pump

• Autorzy: Osiecki L. , Patrosz P. , Landvogt B , Piechna J. , Zawistowski T. , Zylinski B

Warianty tytułu

PL

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

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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.

PL

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.

Słowa kluczowe

EN

variable displacement axial hydraulic pumps; Fluid Structure Interaction; computer simulation

PL

pompy hydrauliczne; symulacje komputerowe

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. LX, nr 4
• Strony: 509--529
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Osiecki L.

• Gdansk University of Technology, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdansk, Poland

autor

Patrosz P.

• Gdansk University of Technology, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdansk, Poland

autor

Landvogt B

• Fraunhofer Institute for Algorithms and Scientific Computing SCAI, Schloss Birlinghoven, 53754 Sankt Augustin, Germany

autor

Piechna J.

• Warsaw University of Technology, Institute of Aeronautics and Applied Mechanics, Nowowiejska 24 , 00-665 Warszawa, Poland

autor

Zawistowski T.

• Space Research Center of the Polish Academy of Sciences, ul. Bartycka 18a, 00-716 Warszawa, Poland

autor

Zylinski B

• Rolls Royce Marine, Norway

Bibliografia

• [1] Osiecki A.: Hydrostatyczny napęd maszyn; WNT; Warszawa 2004.
• [2] Ivantysyn J., Ivantysyn M.: HydrostatischePumpen und Motoren. Konstruktion und Berechnung. Vogel Buchverlag 1993.
• [3] Osiecki L., Patrosz P.: Analiza zjawisk dynamicznych w komorze cylindrowej pompy PWK o zmiennej wydajności. Rozdział w monografii „Badanie, konstrukcja wytwarzanie i eksploatacja układów hydraulicznych”, KOMAG, Gliwice 2010.
• [4] Osiecki L.: Maszyna hydrostatyczna wielotłoczkowa osiowa. Zgłoszenie patentowe nr P 393421.
• [5] Osiecki L., Sliwinski P.: Przekładnia planetarna. Patent PAT 214522.
• [6] Zawistowski T., Osiecki L., Patrosz P., Landvogt B., Piechna J., Zylinski B.: Numerical Simulation of Fluid-Structure Interaction in the Design Process of a Novel Axial Hydraulic Pump. Nafems European Conference: Multiphysics Simulation, 16-17 October 2012.
• [7] Landvogt B., Osiecki L., Zawistowski T., Zylinski B.: Numerical Simulation of Fluid-structure Interaction in the Design Process for a New Axial Hydraulic Pump. 3DS Simulia Community Conference, 15-17 May 2012, Providence.
• [8] Landvogt B., Osiecki L., Zawistowski T., Zylinski B.: Numerical Simulation of Fluid-Structure Interaction in the Design Process for a New Hydraulic Axial Pump. Automotive Simulation World Congress, 30-31 October, Detroit.
• [9] Landvogt B., Osiecki L., Zawistowski T., Zylinski B.: Interaction in Hydraulic Pump Design. Nasa Tech Briefs (October 2012); (http://www.techbriefs.com/component/content/article/14887)
• [10] Osiecki L., Piechna J., Zawistowski T., Zylinski B.: Mutlidisciplinary Approach to the Component Design of a New Axial Hydraulic Pump. The International Journal of MultiphysicsI, ISBN-978-1-907132-36-0, Special Edition: Multiphysics Simulations - Advanced Methods for Industrial Engineering.
• [11] Osiecki L., Patrosz P., Zawistowski T., Landvogt B., Piechna J., Zylinski B.: Compensation of pressure peaks in PWK-type hydraulic pumps. Key Engineering Materials Vol. 490 (2012) pp 33-44.