Hydraulisen paineakun hyötysuhteen parantaminen lämmönsiirtimen avulla

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kajaste, Jyrki
dc.contributor.author Autiosalo, Juuso
dc.date.accessioned 2017-07-04T06:31:12Z
dc.date.available 2017-07-04T06:31:12Z
dc.date.issued 2017-06-12
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/27078
dc.description.abstract Koneiden hyötysuhteisiin kiinnitetään yhä enemmän huomiota myös hydrauliikan alalla. Energiaa talteen ottavien järjestelmien yleistymisen myötä myös paineakun hyötysuhde on kasvanut merkittäväksi tekijäksi. Paineakkujen huono hyötysuhde johtuu pääosin lämpövuodoista. Paineakun eristämistä ja lämmön regenerointia on tutkittu monissa aiemmissa tutkimuksissa. Useissa hydraulijärjestelmissä olisi kuitenkin esimerkiksi polttomoottorien tuottamaa hukkalämpöä reilusti saatavilla, ja paineakkuun liitetyn lämmönsiirtimen avulla tätä lämpöä voitaisiin käyttää lämpövuotojen kompensoinnissa. Tutkimusongelma tässä diplomityössä on kaksiosainen. Ensin tulee todistaa, että paineakun hyötysuhteen parantaminen on mahdollista lisälämmön avulla. Toiseksi tulee selvittää, voidaanko paineakusta tehdä lämpövoimakone, joka palauttaa hydraulijärjestelmään enemmän energiaa kuin sen lataamiseen on käytetty. Tutkimusongelman ratkaisemiseksi rakennettiin paineakkujärjestelmä, jonka kaasun lämpötilaan voidaan vaikuttaa lämmönsiirtimen avulla. Järjestelmälle suoritettiin koesarja hyötysuhteiden toteamiseksi yhden työkierron aikana. Koesarjassa mitattiin järjestelmän toimintaa syöttämällä paineakkuun hydraulinestettä eri tilavuusvirroilla 3-50 litraa minuutissa. Järjestelmän toiminta mitattiin myös kahdessa referenssimittauksessa, joissa syötettiin lämmönsiirtimeen vakiolämpötilaista kylmää ja kuumaa vettä. Tuloksina koesarjoista saatiin, että hyötysuhdetta voidaan parantaa, kun käytetään lisälämmön lisäksi myös kylmää vettä luomassa lämpövoimakoneen toiminnallisuutta. Paineakusta saatiin myös energiaa hydraulijärjestelmään tuottava komponentti 103 % energianpalautussuhteella. Koko järjestelmän hyötysuhde rajattiin työn ulkopuolelle, mutta sen voidaan olettaa olevan hyvin matala. Järjestelmän hyötysuhteella ei kuitenkaan ole käytännössä merkitystä, kun hyödynnetään hukkalämpöä. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että hukkalämmön hyödyntämiselle paineakun hyötysuhteen parantamisessa on olemassa hyvät edellytykset. Jatkossa tulisi kehittää järjestelmän teknisiä valmiuksia, varmistaa järjestelmän sopivuus todellisiin käyttökohteisiin sekä selvittää järjestelmän kysyntä markkinoilla. fi
dc.description.abstract Efficiency of machines is becoming increasingly important also in the hydraulics sector. As energy recovery systems have become more common, efficiency of hydraulic accumulators has also grown to be a major factor. The poor efficiency of hydraulic accumulator is mainly caused by heat loss. Isolation and heat regeneration of hydraulic accumulators have been investigated in many previous studies. However, in many hydraulic systems, waste heat generated by combustion engines is widely available and a heat exchanger connected to the hydraulic accumulator could be used to compensate for heat loss. The research problem in this thesis is twofold. First, it must be proven that efficiency of a hydraulic accumulator can be improved with additional heat. Secondly, it will be determined whether the hydraulic accumulator can be transformed to a heat engine that returns more energy to the hydraulic system than was used for loading it. To solve the research problem, a hydraulic accumulator system was built, whose gas temperature can be influenced by a heat exchanger. A set of tests was performed for the system to measure efficiency during one use cycle. In the test set, performance of the system was measured while feeding hydraulic fluid to the hydraulic accumulator at different flow rates of 3-50 liters per minute. The operation of the system was also measured in two reference measurements, in which constant temperature cold and hot water was fed to the heat exchanger. Results from the test series prove that it is possible to improve the efficiency by using not only additional heat but also cold water to create the heat engine functionality. The hydraulic accumulator was also transformed into a component that provides additional energy to the hydraulic system with a 103% energy return ratio. Efficiency of the entire system was left out of scope of the research, but it is expected to be very low. However, the efficiency of the system is essentially irrelevant while utilizing waste heat. As a conclusion, the results show that waste heat can be used to increase the efficiency of the hydraulic accumulator. In the future, technical capability of the system should be enhanced, suitability to real applications must be ensured, and market demand for the system should be explored. en
dc.format.extent 58
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso fi en
dc.title Hydraulisen paineakun hyötysuhteen parantaminen lämmönsiirtimen avulla fi
dc.title Enhancing efficiency of hydraulic accumulator with a heat exchanger en
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword paineakku fi
dc.subject.keyword lämmönsiirrin fi
dc.subject.keyword hyötysuhde fi
dc.subject.keyword kokeellinen tutkimus fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201707045975
dc.programme.major Koneensuunnittelu fi
dc.programme.mcode K3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Pietola, Matti
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi
dc.ethesisid Aalto 9493
dc.location P1


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account