СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ ПНЕВМОГИДРОСОПРОТИВЛЕНИЙ Российский патент 2004 года по МПК F15B19/00 

Предлагаемое изобретение относится к области гидравлических испытаний агрегатов двигателя.

Известен способ определения эффективного проходного сечения при нестационарной продувке (Авт. свидетельство СССР №330263, М. кл. F 15 b 19/00. Бюл. изобретений №8, 1972 г.), заключающийся в подаче на эталонное устройство с известным эффективным проходным сечением газа из емкости ограниченного объема через трубопровод с технологическим клапаном, установленным после испытываемого устройства, измерении давления перед устройством, открытии клапана, измерении давления в точке первого перегиба кривой на осциллограмме давления, вычислении разности измеренных давлений, подключении к трубопроводу устройства с неизвестным эффективным проходным сечением, однотипным с эталонным, измерении давления до открытия клапана, открытии клапана, измерении давления в точке первого перегиба кривой на осциллограмме давления аналогично эталонному устройству и вычислении эффективного проходного сечения по выражению

где S_k, S_kЭ - критическое эффективное проходное сечение испытываемого и эталонного устройств;

- Р₀, Р_0Э - давление перед устройством до открытия клапана;

- Р_А, Р_АЭ ~ давление перед устройством в точке первого перегиба кривой на осциллограмме давления.

Недостатками этого способа являются:

- необходимость в эталонном устройстве с известным эффективным проходным сечением;

- необходимость проведения предварительной продувки на эталонном устройстве.

Ближайшим аналогом к предлагаемому является способ определения эффективного проходного сечения пневмогидравлических сопротивлений с использованием кратковременной нестационарной продувки (Авт. свидетельство СССР №222078, Кл. 47 f 1/01. Бюл. изобретений №22, 1968 г.), заключающийся в подаче на испытываемое устройство газа из емкости ограниченного объема через трубопровод с технологическим клапаном, установленным после испытываемого устройства, измерении давления газа в трубопроводе, открытии клапана, измерении давления перед устройством в момент перехода течения газа в квазистационарный режим, закрытии клапана и определении эффективного проходного сечения.

Недостатком этого способа является низкая точность определения момента перехода течения газа в квазистационарный режим, уменьшающаяся при увеличении эффективного проходного сечения и, как следствие, невысокая точность определения эффективного проходного сечения.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение точности определения эффективного проходного сечения.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе определения эффективного проходного сечения пневмогидроустройств с использованием кратковременной нестационарной продувки, заключающемся в подаче на испытываемое устройство газа из емкости ограниченного объема через трубопровод известной длины и внутреннего диаметра с технологическим клапаном, установленным после испытываемого устройства, измерении давления газа в трубопроводе, открытии клапана, новым является то, что до открытия клапана также измеряют температуру газа, вычисляют время прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод, измеряют давление у испытываемого устройства в момент τ₁ прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод и в момент τ₂ возврата переднего фронта волны давления к испытываемому устройству, причем длину трубопровода выбирают таким образом, чтобы время открытия эффективного проходного сечения было меньше времени пробега переднего фронта волны давления до стыка емкость-трубопровод, а эффективное проходное сечение S_Э вычисляют по системе уравнений:

где Р(τ₁), Р(τ₂) - давление у исследуемого устройства в моменты времени τ₁ и τ₂;

Р_н - давление в трубопроводе до момента открытия клапана;

А - нормированная средняя скорость звука в трубопроводе после открытия клапана;

М₁=W₁/а_н - нормированная скорость газа у испытываемого устройства после окончания открытия клапана;

W₁ - скорость газа у испытываемого устройства после окончания открытия клапана;

а_н - скорость звука в неподвижном газе до момента открытия клапана;

k - показатель адиабаты;

S_Э - эффективное проходное сечение испытываемого устройства;

S_T, L_Т - проходное сечение и длина трубопровода;

β=Р_k/Р_T - критическое отношение давлений;

Р_k, P_T - давление в критическом сечении и у исследуемого устройства;

R - газовая постоянная;

Т - температура газа в момент открытия клапана.

Способ основан на учете зависимости падения давления в системе емкость-трубопровод-испытываемое устройство-клапан в месте установки испытываемого устройства от площади эффективного проходного сечения, скорости его раскрытия, длины трубопровода, разности давлений перед испытываемым устройством и за клапаном. Если соотношение давлений перед устройством и после клапана превышает 2, то изменение скорости газа в предкритическом сечении в процессе открытия клапана для адиабатических процессов может быть описано уравнением

в котором S_Э и β изменяются во времени, связь между S_Э и β определяется уравнением (5), зависимость между скоростью и давлением устанавливается выражением

и χ=V_k/S_TR_T - константа, характерная для конкретного устройства и равная отношению объема полости V_k между критическим сечением и точкой установки датчика давления к площади сечения трубопровода S_T и радиусу R_T трубопровода.

В соответствии с уравнениями (5), (8), (9) для определения S_Э достаточно измерить значение давления после завершения переходного процесса, когда производная скорости равна 0, вычислить скорость с помощью выражения (9) и решить систему уравнений (4), (5). Но выражение (9) не учитывает потери давления газа на трение и оно в достаточной мере справедливо только для интервала времени открытия клапана. Чтобы учесть падение давления после открытия клапана из-за потерь на трение, измерение давления необходимо выполнить как минимум в двух точках. Вычисление скорости газа M₁ после окончания открытия клапана по измеренным давлениям выполняется в соответствии с уравнением (2).

Выбор точек измерения определился требованиями обеспечения максимальной точности. В качестве этих точек приняты τ₁ и τ₂. Значение τ₁ определяется расчетным путем по формулам (6), (7); точка τ₂ соответствует моменту изменения знака производной давления. Этот момент фиксируется по изменению давления гораздо точнее момента окончания открытия клапана или перехода движения газа в квазистационарный режим. Наиболее полно это проявляется для больших значений S_Э, когда производные скорости и давления даже после окончания открытия клапана продолжают иметь большие значения, а график давления плавно изменяется до момента τ₂.

Способ осуществляется следующим образом: в системе, состоящей из емкости ограниченного объема, трубопровода определенной длины, соединяющего емкость с испытываемым устройством, испытываемого устройства, технологического клапана, установленного на конце трубопровода после испытываемого устройства, датчиков давления и температуры, установленных в трубопроводе перед испытываемым устройством, измеряют давление и температуру газа, вычисляют время τ₁ прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод, открывают клапан, измеряют давление у испытываемого устройства в момент τ₁ прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод и в момент τ₂ возврата переднего фронта волны давления к испытываемому устройству, закрывают кран и вычисляют эффективное проходное сечение по системе уравнений (2)-(7).

Способ предназначен для определения эффективного проходного сечения пневмогидросопротивлений. Способ заключается в подаче на испытываемое устройство газа из емкости ограниченного объема через трубопровод известной длины и внутреннего диаметра с технологическим клапаном, установленным после испытываемого устройства, измерении давления газа в трубопроводе, открытии клапана. Новым является то, что до открытия клапана измеряют температуру газа, вычисляют время прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод, измеряют давление у испытываемого устройства в момент τ₁ прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость-трубопровод и в момент τ₂ возврата переднего фронта волны давления к испытываемому устройству, причем длину трубопровода выбирают таким образом, чтобы время открытия эффективного проходного сечения было меньше времени пробега переднего фронта волны давления до стыка емкость-трубопровод, а эффективное проходное сечение S_Э вычисляют по системе уравнений:

τ₁=L_Т/а_н; где Р(τ₁), Р(τ₂) – давление у исследуемого устройства в моменты времени τ₁ и τ₂; Р_н – давление в трубопроводе до момента открытия клапана; А – нормированная средняя скорость звука в трубопроводе после открытия клапана; М₁=W₁/а_н – нормированная скорость газа у испытываемого устройства после окончания открытия клапана; W₁ – скорость газа у испытываемого устройства после окончания открытия клапана; а_н – скорость звука в неподвижном газе до момента открытия клапана; k – показатель адиабаты; S_Э – эффективное проходное сечение испытываемого устройства; S_Т, L_Т – проходное сечение и длина трубопровода; β=Р_k/Р_Т – критическое отношение давлений; Р_k, Р_Т – давление в критическом сечении и у исследуемого устройства; R – газовая постоянная; Т – температура газа в момент открытия клапана. Технический результат – повышение точности определения эффективного проходного сечения пневмогидросопротивлений.

Способ определения эффективного проходного сечения пневмогидроустройств с использованием кратковременной нестационарной продувки, заключающийся в подаче на испытуемое устройство газа из емкости ограниченного объема через трубопровод известной длины и внутреннего диаметра с технологическим клапаном, установленным после испытуемого устройства, измерении давления газа в трубопроводе, открытии клапана, отличающийся тем, что до открытия клапана также измеряют температуру газа, вычисляют время прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость - трубопровод, измеряют давление у испытуемого устройства в момент τ₁ прихода переднего фронта волны давления к стыку емкость - трубопровод и в момент τ₂ возврата переднего фронта волны давления к испытуемому устройству, причем длину трубопровода выбирают таким образом, чтобы время открытия эффективного проходного сечения было меньше времени пробега переднего фронта волны давления до стыка емкость-трубопровод, а эффективное проходное сечение S_Э вычисляют по системе уравнений

τ₁=L_Т/а_н;

где Р(τ₁), Р(τ₂) – давление у исследуемого устройства в моменты времени τ₁ и τ₂;

Р_н – давление в трубопроводе до момента открытия клапана;

А – нормированная средняя скорость звука в трубопроводе после открытия клапана;

М₁=W₁/а_н – нормированная скорость газа у испытуемого устройства после окончания открытия клапана;

W₁ – скорость газа у испытуемого устройства после окончания открытия клапана;

а_н – скорость звука в неподвижном газе до момента открытия клапана;

k – показатель адиабаты;

S_Э – эффективное проходное сечение испытуемого устройства;

S_Т, L_Т – проходное сечение и длина трубопровода;

β=Р_k/Р_Т – критическое отношение давлений;

Р_k, Р_Т – давление в критическом сечении и у исследуемого устройства.

R – газовая постоянная;

Т – температура газа в момент открытия клапана.