Устройство для измерения силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью объекта Советский патент 1983 года по МПК G01L1/26 

vj Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения силы вэаимодествия потока жидкости или газа с по верхностью объекта, например для измерения силы поверхностного трени трубы, помещенной в поток жидкости или газа. Известны устройства для исследований силы взаимодействия потока .жидкости или газа с поверхностью об екта,содержащие плавайщие элементы различного типа, установленные с зазором относительно кдрпуса испыту мого тела и взвешиваемые с помощьш измерительных элементов, Закрепленных на корпусе и взаимодействующих с плавающими элементами i Указанные устройства в силу кон структивных особенностей плавающих элементов имеют. огра иченные )аозможности в области применения: не позволяют исследовать влияние на пр цесс взаимодействия таких факторов как тепломассообмен, температура среды и т.п. Этому препятствуют малая чувствительность устройств, невозможность подвода к плавающим элементам жидкости или газа с требуемыми параметрами. Кроме того, такие устройства имеют большую погрешность измерений из-за влияния давления в зазоре и возможных перекосов плавающих элементов.. Наиболееблизким к предлагаемому по технической сущности является устройство для исследования поверхностного трения, содержащее соединенный с державкой цилиндрический корпус, меж;йу частями которого с зазором относительно них на державк с помощью упругих мембран установле кольцевой отсек, а также индуктивный преобразователь перемещения отсека в электрический сигнал, элемен ты которого размещены на державке и кольцевом отсеке 23. Однако известное устройство не позволяет исследовать влияние тепло массообмена на величину поверхностного трения, поскольку не обеспечен подвод газа или жидкости заданных параметров. Кроме того оно имеет низкую точность Измерений, так как в силу перепада давления вдоль поверхности взвешиваемого кольцевого отсека в зазорах между ним и частям корпуса реализуются различные силы давления на торцы этого отсека. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности его работ Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерений силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью объекта, со держащем соединеннный с держанной цилиндрический корпус, между частям которого с зазором относительно них на державке установлен силовоспринимаккций кольцевой отсек, а также преобразователь перемещения отсека в электрический сигнал, в зоне каждого зазора размещены три соосных сильфона, два из которых находятся в полости корпуса, а третий - в полости кольцевого отсека, при этом сильфоны, размещенные в полости корпуса, герметично соединены своими основаниями Ю одной стороны с кольцевой крышкой, а с другой стороны первый - с фланцем корпуса, второй - ,с державкой, а сильфов, размещенный в полости кольцевого отсека, герметично связан своими основаниями с фланцем кольцевого отсека и с фланцем державки, причем указанная кольцевая крышка посредством герметизированных регулировочных винтов, проходящих с зазором через отверстия во фланце корпуса, соединена с фланцем кольцевого отсека, а полости корпуса и кольцевого отсека через отверстия в державке сообщены между собой и с источником жидкости или газа заданных параметров, при этом площадь указанной кольцевой крышки, ограниченная средними сечениями связанных с ней сильфонов, выбрана равной площади фланца кольцевого отсека, ограниченной с одной стороны его наружной поверхностью, а с другой - средним сечением сильфона, размещенного в полости кольцевого отсека. На чертеже схематично представлена предлагаемое устройство. Устройство содержит неподвижный корпус 1 объекта испытаний, установленный на державке 2, на которой с помощью упругих элементов 3 (например, выполненных в виде диафрагм, сплошных круговыэс или крестообразных в плане) закреплен кольцевой отсек 4, расположенный с зазором 5 относительно частей корпуса 1. Упругие элементы 3 снабжены преобразователями 6 их деформации (переещения кольцевого отсека 4), выполненными, например, в виде тензорезисторов. В державке 2 выполнен канал 7 для сообщения полостей корпуса и кольцевого отсека 4 с источником идкости или заданных параметров /на чертеже не показан). Установка частей корпуса 1 на державке 2 осуществлена с помощью фланцев 8, фиксируемых на державке. Но обе стороны от каждого зазора 5 установлены сильфоны 9 - 11, соосные с осью ержавки 2. Два из сильфонов (9 и 10) размещены в полости корпуса 1, а один (11) - в полости кольцевого отсека 4. Сильфоны 9 и 10 j::вoими основаниями герметично соединены (например, при-i паяны)с одной стороны с кольцевой рышкой 12, а с другой стороны соответственно сильфон 9 соединен с фланцем 8 корпуса, а сильфон 10 - с державкой 2 (через фланец 13), Силь фон 11, размещенный в полости кольцевого отсека 4, герметично соединен СВОИМИ основаниями с фланцем 14 кольцевого отсека и фланцем 15 державки. Кольцевая крьпика 12 посредством микрометрических регулировочных винтов 16, проходшяих с зазором через отверстия 17 во фланце 8 корпуса, соединена с фланцем 14 кольцевого отсека 4. Сопряжение винтов 16 -fc крышкой 12 загерметизировано. На корпусе 1 и кольцевом отсеке 4 поверху установлены сменные рубашки 18 и 19, позволяющие изменять свойства их поверхности (например, степень шероховатости или степень проницаемости) . Площадь кольцевой крышки 12, ограниченная средними сечени ми связанных с нею сильфонов 9 и 10 (площадь S ), выбрана равной площади фланца 14, ограниченной с одно стороны наружной поверхностью рубаш ки 19, а с другой - средним сечением сильфона (площадь Si ) . Площадь фланца 14, ограниченную поверхность внутренней стенки кольцевого отсека 4и средним сечением сильфона 10, обозначим как Sj. Между фланцем 14 и державкой 2 выполнен кольцевой зазор 20i Устройство работает следующим об разом.. , Предварительно с помсвдью регулировочных винтов 16 обеспечивают жесткость измерительной системы, со ответствующую ожидаемым величинам силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью отсека 4. Устанавливают рубашку 18 и 19 с требуемыми свойствами поверхности, приэтом с помощью рубашек 18 обеспечивают требуемую величину зазора 5(в пределах ожидаемых осевых пере мещений кольцевого отсека 4) . Устройство вводят в поток жидкос или газа. При этЪм под действием силы, приложенной к поверхности отсека 4 (силы взаимодействия потока с поверхностью) , этот отсек смещает ся, вызывая упругие деформации, про порциональные силе, в упругих элементах 3 и соответствующий выходной электрический сигнал в преобразователе 6, который регистрируют. В полости корпуса 1 и кольцевого отсека 4 во время измерений реализиру тся заданное давление (Р,) подаваемой внутрь корпуса жидкое и ил гаэа (при отсутствии подачи Жййкост ;или газа в этих полостях реализ етсядавление, близкое по величине к давлению в следе за корпусом обтекаемого потоком объекта). в то же . время в левом и правом зазорах устанавливаются давления Р и Р . Суммарная сила давления, действующая на кольцевой отсек, равна нулю независимо от величины давления в зазорах n и , а также в полости корпуса Рц, т.е. компенсация этих сил происходит автоматически. В процессе испытаний можно изменять характеристики обтекакядего объекта потока (числа M,Re, его температуру и т.п.), а также характеристики поверхности, изменяя, например, параметры проникающей через поверхность корпуса или кольцевого отсека (в случае выполнения их перформрованнымИ) жидкости или газа (их давления Р , температруры Тц) . Заменвйь рубашек 18 и 19 может быть обеспечена соответствующая требуемая геометрия или проницаемость поверхности. С помощью этих же рубашек можно также изменять величин зазоров 5. За счет обеспечения компенсации сил давления в зазорах обеспечивается существенное повышение точности. Известно, например, что из-за разности давлений в зазорах (Р, Р ) возникающая сила давления может составлять 20-30% от измеряемой силы взаимодействия потока с поверхностью кольцевого отсека (т.е. силы поверхностного трения) . Таким образом, исл пользование предлагаемого устройсгва Обеспечивает повышение.точности на 20-30%. Кроме топо, герметизация зазоров с помощью сильфонов позволяет подавать через перфорированную поверхность корпуса или отсека (или одновременно через их поверхности) рабочее тело для моделирования тепломассообмена или изменить температурный фактор частей поверхности (когда они не являются проницаемыми). За счет изменения жесткости сильфонкых узлов в зазорах (с помощью регулировочных винтов 16) обеспечивается возможность значительного изменения чувствительности динамометрической системы, т.е. возможность точных измерений при значительном изменении диапазона измеряемых сил поверхностного трения. Все это позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства, обеспечивающие исследования сил поврехностного трюния при широком изменении определяющих параметров (степень шероховатости, температурный, фактор,- наличие тепломассообмена, числа М и Re потока и т.п.).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ОБЪЕКТА, содержащее соединенный с державкой цилиндрический корпус, между частями которого с зазором относительно иих на державке установлен силовоспринимаюший кольцевой отсек, а также преобразователь перемещения отсека в электрический сигнал, о т л и ч .аю н е е с я тем,что7с целью повьше ния точности и расширения функциональный возможностей, в нем в зоне каждого зазора размещены РРИ соосньис сильфона, два изкоторых находятся в полости корпуса, а третий - в полости кольцевого отсека, при этом сильфоны, размещенные в полости корпуса, герметично соединены своими основаниями с одной стороны с кольцевой крышкой, а с другой сторону первый - с фланцем корпуса, второй - с державкой, а сильфон, размещенный в полости кольцевого отсека, герметично связан своими основаниями с фланцем кольцевого отсека и с фланцем державки, причем указанная кольцевая крышка посредством герметизированных регулировочных винтов, проходящих с зазором через отверстия во фланце корпуса, соединена с фланцем кольцевого отсека, а полости корпуса и кольцевого отсека через отверстия в д-ержавке сообщены между собой и с источником жидкости (Л или газа заданных параметров, при этом площадь указанной крышки, ограч ниченная средними сечениями с ней сильфонов, выбрана равной плошади фланца кольцевого отсека, ограниченной с одной стороны его наружной поверхностью, а с другой - средним сечением сильфона, размещенного в полости кольцевого отсека.