Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления трактов и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК G01L27/00 

316

Изо6 /етение относится к технике определения гидра-влнческого сопротивления трактов различных энергетических установок.

Цель изобретения - повьпиение точности „

На фиг с 1 представлено устройство для реализаи;ии предложенного способа общий вид; на фиг. 2 - схема устройства, вьшолненного по рычажной схеме; на фиг о 3 - результаты измерения коэффип;иента гидравлического сопротивления конического диффузора с поперечным оребрением в виде колец, пш1у 1енныё на устройстве по фиг о 1; на фиг, 4- схема конического диффузора с поперечным оребрением в виде-колец.

Устройство по фиг. 1 содержит камеру 1 с отверстиями входа 2 и вы- хода 3, установленный в отверстие входа камеры испытуемый тракт 4, весовое устройство с подвижным коромыслом 5,. держатель 6 испытуемого тракта, основные 7 и дополнительные 8 упругие элементы с регулировочными винтами 9, 10, датчик 11 перемещения коромтзюла, тариро вочное приспособление в виде гибкой связи 12, прикрепляемой к держателю испытуемого тракта, блока 13 и чашки 14 с устанавливаемыми на ней грузиками 15„ Кроме того, устройство со- держз т симметрично расположенное с отверстием входа 2 отверстие входа 16, эталонный тракт 17 с держателем 18 для крепления на коромысле весового устройства о В отверстиях входа в камеру 2 и 16 размещены одинаковые лабиринтные уплотнения 19о В центре камеры установлен направляющий аппа- .рат 20 для устранения взаимодействий потоков, поступающих в камеру через выходные сечения испытуемого и эталонного трактов о Сетка 21 установлена для вьфавнивания статического давления внутри камерыс

Так же, как и держателю 6 исследуемого тракта 4, к держателю 18 эталонного тракта 17 в схеме предлагаемого устройства предусмотрено под соединение на гибкой связи.второго тарировочного приспособления с элементами 12-15. Отверстия 22 в щеках коромысла 5 служат для выравнивания давления на них„ Камера 1 неподвижно прикреплена с .помо11Ц ю стоек 23 к основанию устройства 24..Подвеска коромысла 5 на основных упругих элементах (шюских пружинах) .позволяет

0

5

0

5

0

5

0

5

0

коромыслу вместе с установленными в отверстиях его щек испытуемым и эталонным трактами перемещаться на небольшую величину в горизонтальном направле}1ии в обе стороны от положения равновесия. Величина перемещения контролируется путем измерения выходного сигнала (напряжения U), датчика перемещения 11 , пропори онального зазору О „ создания перепада давления на испытываемом и эталонном трактах ДР Р| используется внешний источник перепада давления, например центробежный вентилятор, подключаемый к выходному отверстию камеры и coздaюшJ й разрежение в ней (вентилятор на схеме фиг. 1 не показан) о

Тарировка устройства производится без расхода воздуха через тракты (при выю1юченном источнике перепада давления, й,Р OJ путем определения зависимости R R(U), где U - напряжение на вьсходе датчика перемещения 11, зависящего от величины зазора о ; R mg; m - масса грузиков 15, устанавливаемых на чашки 14 тарировоч- ных приспособлений, подсоединенных через гибкие связи 12 к держателям испытуемого и эталонного трактов; g 9,81 м/с - ускорение земного притяжения Тарировка проводится раздельно для отклонения, коромысла 5 (в левую и в правую сторону с помощью соответственно левого и правого тари- ровочных приспособлений. Помимо основного назначения оба тарировочные приспособления (элементы 12-15) могут использоваться для во.звращ€шия коромысла весов в процессе работы устройства в исходное положение равновесия и количественного определения при этом разности сил аэродинамических сопротивлений испытуемого и эталонного трактов d R.

Измерение перепада давлензш производится дифференциальным датчиком 25 давления, закрепленным на стенке камеры 1 о Юстировка устройс:тва произ- водится с помощью уровнемера 26, закрепленного на станине 24.

Устройство, показанное на фиг о 1, выполнено по дифференциальной схеме с расположением исследуемот о и эталонного трактов по одной oci.

На фиг с 2 показана схема устройства, также реализующего предлагае- М111Й способе В данном случае: весовое устройство вьпюлнено в виде: рычажных

5 весов с нссоосной, параллельной подвеской испытуемого и эталонного трактов на концах коромысла. В данном случае роль датчика 11 перемещения выполняет стрелка коромысла совмест но со шкалой весового устройства, отградуированной с помощью тариро- вочного приспособления в единицах силы ДКс

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Испытуемый и эталонный тракты

закрепляют с помощью держателей в щ ках коромысла устройства, как пока- зано на фиг„ 1„ Для определенности допускают, что испытуемый тракт находится слева по схеме, а этапопльй справа Предварительно станина устройства должна быть с помощью уров- немера строго установлена в горизонтальной плоскости. При этом исходно положение равновесия коромысла вместе с закрепленными на них трактами соответствует исходному значению за зора о j Ofl, Включается ве1 тилятор и под действием создаваемого вентилятором разрежения - пере11ада давления А Р Pj - Р 1 из окружа ощей среды через тракты в камеру засасывается воз дух с Под действием разности аэродинамических сил, возникаю1цих при течении газа через испытуемый R и эта- лонньй 11 тракты Л R R.-, коромы2-О-2- 2. о J

ело отклоняется на величину Д О в ту или иную сторону от своего исходного положения равновесия, о Оо, до. тех пор, пока сила основных и дополиштел ных (если они включены) упругих элементов устройства не уравновесит велчину /VR - Используя предварительно полученную с помоп ью тарировочных приспособлений зависимость AR /VR2-(U) , где 1 - выходной электрический сигнал датчика перемещетш, определяют величину силы U Г., а по выходному сигналу датчика перепада давления определяют перепад статического давления на трактах АР Р

Зная коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта Г определяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта по формуле:

1 + П . ,,

1

1-П

где

П По +ЛП ;

.(1) (2)

Biillill-)ll (

п F/F

мин

о FO /FO ;

АП

(3) (4) (5) (6)

F,

площади выходных сечеш1й испытуемого л эталонного трактов:

F

0 мин

З- ЬI

в

лжч

площади минимальньсх: проход- ньгх сечений трактов; коэф(Ьициенты гидравлз-гчесш-гх сопротивлений держателей испытуемого и эталонного трактов о

частном случае, когда f Ч « .0 fo 5 что может быть до стигну специальной профилировкой входных контуров держателей, соотношения (1) и (3) упрощаются 1

п Т-П

П

I n К

П

т

(7)

лжч .г 20 25 Q

JJ - Г

5

5

0

5

0

В рассмотренном слуггае нахождения кoэффиц ieнтa исследуемого тракта предлагаемым способом использована предварительно определенная тариро- вочная зaвиcи ocть (U) (режим прямого измерения) , в . этом случае из-за смещеьшя весового устройства от своего исходного положения равновесия лабир 1нтные уплотнения во входных отверстиях камеры работают в несколько различных условиях, и паразитная сила Дг г - li- от перетекания газа в лабиринтных уплотнениях во входных отверстиях камеры может оказаться отличной от нуля, что снгокает точность определения гидравлического сопротивления

Указанньш недостаток можно устранить, если в процессе продувки трактов весовое устройство вновь установить в исходное положение равновесия

ij , например, с помощью имеющихся

тарировочных приспособлений о При этом масса грузиков Дт, соответствующих значению й OQ , позволяет одновременно определять и разность аэродинамических сил &R Amg, действующих на испытуемый и эталонньй тракты.

Найдя величину ДК AR, по формулам (1)-(6), вычисляют искомое значение коэффициента ги/дравлического сопротивлеиил 9 исследуемого тракта, зная коэффициент У эталонного тракта

В отдельных случаях встает задача аэродинамического совершенствования трактов сложной формы Коэффициент гидравлического сопротивления эталонного (исходного) тракта при этом, как правило, заранее не извес- теНо

В такой ситуации предлагается приближение дополнительно определить величину 0 эталонного (исходного) тракта путем измерения помимо пере- пада давления на трактах ДР и разности аэродинамических сил UR величины перепада давления на входе и в ми1шмальиом проходном сечении.эталонного тракта

н 0 мин

Измерение йР может производиться не обязательно в процессе измерения Д11,; а в дополнительном опыте при зафиксированном относительно станины устройства коромысле Лри этом только важно сохранить перепад давления на трактах .Р, при котором производилось измерение A.R (фиксатор ко- ромысла и датчик измерения Д Рд на схеме фиг с 1 не показаны).

По измеренному значению йРд f приближенно определяют коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта

iP 1.„v

;YO (8J

i P

1 UPfiMMu n

0 МИИ

Величина f в данном случае делена по параметрам потока в Mnnji- малыюм проходном сечении эталонного тракта в предположении постоянства пло тности рабочей среды р const о Определив указанным образом значение . д по соотношениям () и экспери- ментально измеренным величинам URg- и ДР, при известных значениях п/и п определяют коэффициент гидравлического сопротивления исследуемого тракта с внесенными в него конст:рук тивными элементами.

Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить точность и разрешающую способность (при измерении, гидравлического сопротивления трак- тов). что особенно ценно для экспериментальной проверки эффективности конструктивных изменений, вносимых в тракты в процессе их аэродинамичес

0

5 о

5

0 45 50

55

кого совершенствования, например, при доводке и форсировании различных энергетических установок При этом возможно сравнение гидравлических со- противлегшй трактов с проточной частью сколь угодно сложной формы при наличии областей обратных токов и существенно неравномерного распределения скоростей потока в поперечном сечении тракта Известными способами определение ri-щравлического сопротивления таких трактов весьма затруднительно, а получаемые результаты малодостоверны. По сравнению со способом-прототипом благодаря переходу ка дифферен- циальную схему можно повысить точность определения гидравлического сопротивления более чем в 2 раза, I

В качестве подтверждения высокой чувствительности предлагаемых способа и устройства для его осуществления на фиг. 3 приведены результаты исследования влияния поперечного оребреиия конического диффузора с углом раскрытия 2 30° с Схема конического . диффузора приведена на фиг о 4 о Поперечное ореб)ение проводилось с помощью колец, изготавливаемых из прутка р 2,5 ммо Испытанные варианты диффузоров отличались числом и местом расположения колец (п°,кольца)о В данном случае держатель исследуемого тракта (оребренно- го конического диффузора) изготавливался заодно с самим трактом Испытания 12 вариантов оребрения, условно показанных, на диаграмме , проводились на опытном образце предлагаемого устройства, реализованного по схеме фиг. 1, с диаметром сферической камеры 430 мм на режиме с па.раметрами: Р„ 10 Па, АР 0, Па Рабочее тело - воздух при температуре Т 288 К, число Рейнольда К Из данных, приведенных на диаграмме фиг 3, следует, что с помощью поперечного ореб- рения можно существенно снизить коэффициент гидравлического сопротивления короткого конического диффузора. Так при постановке пяти колец, -5, с номерами п 1-5 величина упала со значения 0,31 (исходньй вариант диффузора № 12 без оребрения) до значения f 0,22 (вариант № 1), т.е гидравлические потери снизились примерно на 29%.

Ф.ормула изобретения

1 о Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления трактов, заключающийся в том, что продувают испытуемый тракт, измеряют перепад давления на его входе и выходе, измеряют площади минимального и выходного сечений тракта, а также изме- .,, ряют величину аэродинамического усилия с помощью весового устройства, действующего на испытуемый тракт, и вычисляют значение коэффициента гидравлического сопротивления тракта, j отличающийся тем, что, с целью повышения точности, одновременно с испытуемым трактом продувают установленный с ним на одном весовом устройстве эталонный тракт с известным коэффициентом гидравлического сопротивления, измеряют разность аэродинамических усилий, действующих на испыт уемый и эталонный тракты.

20

ориентируют по одной оси, а продувк испытуемого и эталонного трактов осу ществляют во взаимно противоположны направлениях,

Зо Способ по пп. 1 и 2, отли чающийся тем, что перед продувкой определяют исходное положение равновесия весового устройства с испытуемым и эталонным трактами, а затем в процессе продувки трактов вновь возвращают весовое устройство в исходное положение равновесия и в этом исходном положении равновесия измеряют разницу оси аэродинамического воздействия на испытуемьй и эта лонный трактыо

4о Способ по ппо 1-3, отличающийся тем, что во время продувки трактов дополнительно измеряют перепад давления на входе и в fflшtмaльнoм проходном сечении эталонного тракта, а коэффициент гидрав лического сопротивлеш я испытуемого

и .определяют коэффициент гидравли- 25 тракта вычисляют после предварительческого сопротивления испытуемого тракта иа соотношения

1 + П

Т-ТГ П

- 1

п

ного определе шя коэффиц11ента гидравлического сопротивления эталонного тракта по формуле

где

30

f -4.Е 1

° ДРпомиП2

Л R R - R К , К„ о)

силы аэродинамического воздействия на испытуемьй и эталонный тракты; давления на входе и выходе из трактов; площади выходных сечений испытуемого и эталонного трактов (F FO ); площади минимальных сечений трактов;

- коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта.

2. Способ по п. 1, .отличащийся тем, что перед продувой испытуемьй и эталонный тракты

Н

р ми

К. F. F ОМИН

55

.,, j

0

ориентируют по одной оси, а продувку испытуемого и эталонного трактов осуществляют во взаимно противоположных направлениях,

Зо Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что перед продувкой определяют исходное положение равновесия весового устройства с испытуемым и эталонным трактами, а затем в процессе продувки трактов вновь возвращают весовое устройство в исходное положение равновесия и в этом исходном положении равновесия измеряют разницу оси аэродинамического воздействия на испытуемьй и эталонный трактыо

4о Способ по ппо 1-3, отличающийся тем, что во время продувки трактов дополнительно измеряют перепад давления на входе и в fflшtмaльнoм проходном сечении эталонного тракта, а коэффициент гидравлического сопротивлеш я испытуемого

5 тракта вычисляют после предварительтракта вычисляют после предваритель

ного определе шя коэффиц11ента гидравлического сопротивления эталонного тракта по формуле

30

f -4.Е 1

° ДРпомиП2

35

40

5

гДе4Род,иГ РН - РОЛЯМИ ; РО статическое давление в минимальном проходном сечении эталонного тракта, 5 о Устройство для опредапения гидравлического сопротивления трактов, содержащее камеру с отверстием входа с лабиринтным уплотнением и отверстием выхода, установленный в отверстии камеры испытуемьй тракт, весовое устройство с подвижным коромыслом, держателем испытуемого тракта, упругими элементаш-г с регулировочными винтами, демпфером, датчиком перемещения, источник и датчик- перепада давления на входе и выходе испытуемого тракта и узел настройки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено направляющим аппаратом, вторым лабиринтным уплотнением и эталон11ым трактом, установленным с помощью второго держателя на коромысле весового устройства, а в камере выполнено третье отверстие, в котором размещен эталонньй тракт и установлено второе лабиринтное уплотнение, причем испытуемьй и эталонньй тракты ра.сположены соосно и ориентир она входами в ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ направлениях, а между ними в камере установлен направляющий аппарат.

6с Устройство по По 5, отличающееся тем, что в нем держатели испытуемого и эталонного трактов выполнены одинаковой цгшиндричес- кой формы, а лабиринтные уплотнения выполнены идент г- ньп 1И о

7. Устройство по пПо 5 и 6, о т - л и ч а ю щ е е с ;: тем, что в нем эталонный тракт снабжен измерителем давления, установленным в его минимальном сечении.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению гидравлического сопротивления трактов различных энергетических установок. Целью изобретения является повышение точности. Предлагаемый способ реализуется на устройстве, содержащем камеру 1 с отверстиями входа 2 и выхода 3. В отверстии входа устанавливается испытуемый тракт 6, во второе отверстие входа 16 установлен аналогично эталонный тракт 18. Оба тракта установлены на весовом устройстве с подвижным коромыслом 5, которое снабжено тарировочным приспособлением с элементами 12 - 15. Испытуемый и эталонный тракты закреплены на держателях. При включении вентилятора на выходе камеры 1 в последней создается разрешение и из окружающей среды в тракты засасывается воздух. Под действием разности аэродинамических сил, возникающих на трактах, коромысло отклоняется. По этой разнице, перепаду давлений в камере и вне ее, известному коэффициенту гидравлического сопротивления эталонного тракта определяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

H-JH

IК вентилятору

Щи2.1

25

JLTVФиг.

п кольца