Способ испытаний конструкций на ударное воздействие потоком двухфазных сред и стенд для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01M7/00 G01M9/00 

Изобретение относится к испытательной технике и касается способов и устройств для испытания конструкций на ударное воздействие двухфазных сред, включающих газ и твердые частицы.

Цель изобретения - увеличение экспериментальных возможностей за счет расширения диапазона реализуемых режимов испытаний.

На фиг. 1 показан график зависимости давления Рг во Фронте ударной волны от скорости частиц V« для прототипа; на фиг.2 - график зависимости давления торможения Роо газа (при отсутствии диафрагмы) от V для прототипа; на фиг.З -стенд испытаний конструкций на ударное воздействие двухфазных сред; на фиг.4 - заглушка; на фиг.5 - узел I на фиг.4; на фиг.6 - стакан с юбкой; на фиг.7 - вариант выполнения сменной юбки; на фиг.8- магистраль с обратным клапаном; на фиг.9 - магистраль с обратным клапаном в открытом положении; на фиг. 10 - сечение А-А на фипЗ; на фиг.11 -стенд с изображениями стакана с юбкой и задвижкой перед работой и в момент начала свободного движения частиц; на фиг. 12 - расчетные давления РБ в трубе и скорости VCT стакана для заявляемого стенда с одним дополнительным генератором (кривые 1 и 2) и для прототипа (кривые 3 и 4); на фиг. 13 - то же, что на фиг. 1.2, но с двумя дополни31820265 4

.. - . - . . ..: . . .

тельными генераторами; на фиг. 14 - то же,На стенде (фиг.З) полость Е непосредствен- что и на фиг, 13, но при других начальныхно сообщается с камерой ДГ. значениях Род и POAI в камерах генераторовСтенд снабжен обоймой, выполненной и другом расположении их вдоль трубы; наиз наружного 29 и внутреннего 30 профили- фиг.15 - расчетные давления РБ на конеч-5 рованных колец, установленных друг в дру- ном участке тру бы для перекрытых и откры-re с образованием газового тракта тых перепускных.отверстиях для прототипакольцевого сопла и соединенных стержня- (кривые агб и агв соответственно) и для за-ми 31 (ем.фиг.Ю). Обойма установлена на являемого стенда (кривые жинти и жинтс), анаружной поверхности второго конца трута кже расчетные давления Рв в полости на-W ы. Газовый тракт кольцевого сопла заглу- садка для прототипа (кривая лкдв) и заявля-шен диафрагмой 32, изготовленной, емого стенда (кривые лкм, лкес, л кеде),например, из ацетата целлюлозы и предназ- Предлагаемый стенд (фиг.З) содержитначеннрй для формирования ударной вол- основной {с полостью А) и дополнительныены. Стенд снабжен стаканом с боковыми (с полостями AI для разгона частиц, с поло-15 стенками 33. глухим дном 34 и цилиндриче- стями Ауд для формирования ударной вол-ской сменной юбкой 35, скрепленной с ним ны) генераторы сжатого газа, каждый изпо резьбе (фиг.З, 6 и 7). В стенках стакана на которых включает камеру I с выходным от-расстоянии от их торца naKOje-O.TJh уста- оерстием 2 во фланце 3. В камерах установ-новлены штифты 36, подпружиненные упру- лены электронагреватели 4 и обратные20 гими элементами. В плоскости установки клапана 5 для заполнения камер газом, на-штифтов 36 выполнена кольцевая проточка пример воздухом, азотом. К фланцу 3 каме-;38 с шириной диаметра штифта. Сменные ры основного генератора первым концомюбки отличаются длиной и конфигурацией присоединена труба б, имеющая упоры 7 насвободного торца. В стенке юбки со сторо- втором конце. Дополнительные генераторы25 ны свободного торца выполнена канавке 39 (ДГ), предназначенные для разгона частиц. с размерами hs.ne, под концевую часть ско- (с полостями AI), соединяются с трубой че-бы 40 заглушки 41 (фиг.4). В противополож- рез магистрали с обратными клапанами 8,ной стенке юбки, в ее свободном торце, которые пристыковываются к фланцам 9параллельноосиуетановленштырь42сдли- трубы, в которых выполнены отверстия 10.30 ной выступающей части лвНт,).luiT, Камера ДГ с полостью-AN ( Mepest за-вшЪAHaMefjp1Шт«ря/Заглу1йка41- свсторо-- - движку 11, трубопровод 12, перепускнойнами 43 и дном 44 имеет раскрывающийся клапан 13 и патрубки 14 и 15 соединяется сзамок в виде пружинной скобы 40, скреп- полостью Б трубы и полостью В насадка сленной с дном 44 и размещенной в канавке открытым торцом, выпояненного в виде36 45. В торце противоположной стенки за- обечайки 16 и дна 17. На втором конце тру-глушки 41 выполнено отверстие 46 под вы- бы б выполнен пояс перепускных отверстий ступающую часть 8 штыря 42 юбки 35. В 18, охватываемый насадком. На трубе 6 в-боковой стенке заглушки 41 со стороны на- сечении с отверстиями 18 подвижно уста-ружной ее поверхности и дна 44 выполнена новлено дренированное кольцо 19, которое40 канавка 47 с размерами канавки 39. В про- в фиксируемых положениях полностью или тивоположной стенке заглушки, в ее торце, частично может перекрывать отверстия 18.. на расстоянии от оси, что и отверстие 46, Для поворота кольца 19 а обечайке 16 вы-параллельно оси заглушки, установлен полнен люк с крышкой 20. ДГ для формиро- штырь 48 с размерами под отверстие 46 вания ударной волны |с полостью Ауд) через45 другой заглушки. В стенках заглушки магистраль с-обратным клапаном приетыко-41 на расстоянии от торца стенок 43 вывается к фланцу 21i.c отверстием 22: вНтКО.З-О.бу.Ьэ установлен штифт 49, подстенке обечайки 16. Магистраль с обратнымпружиненный упругим элементом 50. В дне клапаном 8 (фиг.3,8 и 9) содержит корпус 23,44 встроен запорный клапан, состоящий из полость которого разделена перфорирован-ВО сердечника в виде малого 51 и большого 52 ной перегородкой 24 на две: Д и Е, сердеч-дисков, соединенных осью 53. ось 53 с пру- : ник в виде штока 25 с тарёлями 26 и 27жиной 54 пропущена через ступенчатое от- разного диаметра. Шток 25 подвижно про-верстие 55 дна 44, Клапан включает пущен через перфорацию перегородки 24.: сквозные каналы 56 в дне 44, свободных от Меньшая та рель 27 контактирует с перего-55 перекрытия малым диском 51 и полностью родкой 24 и перекрывает оставшиеся пер-перекрываемых большим диском 52, кото- форации. Большая тзрель 26 перекрываетрый под действием пружины 54 плотно при- поверхностью Ж вход в полость Д. С боко-легает к внутренней поверхности дна 44. вой поверхностью меньшей тарели 27 взаи-Стакан с юбкой и присоединенная к ним модействует подпружиненный фиксатор 28.посредством раскрывающегося замка за

слушка 41 подвижно установлены в трубе у стакан с юбкой 35 и заглушкой 41 (рассмат- первого ее конца. Во внутренней полости риваем стенд с одним ДГ) в соединенном стакана посредством легкоразрушаемого состоянии помещают в трубу бис помощью материала (например, целлюлозы) закреп- технологической штанги перемещают к ее лены твердые частицы 57, предназначен- 5 первому концу, пока поверхность юбки не ные для ударного нагружения конструкций окажется напротив отверстия под пробку 58, закрепленной на основании 59 стенда. 71. Далее в это отверстие вставляют щуп и Высота стакана ti(0,,6).H (см. фиг.З и 6). перемещают стакан дальше до попадания Длина юбки и стакана и+К(0,55-1,2);Н. б щупа в кольцевую проточку 38. С этого мр- трубе на расстоянии Из от упоров выполнен 10 мента с помощью технологической штанги сквозной паз 60, который в осевом направ- начинают вращать стакан с юбкой и заглуш- лении в 1,5-2 раза, а в окружном в 10-15 раз кой до попадания штифта 6 во гверстие 66. превышает диаметр штифта 36. С наружной После этого устанавливаются пробка 71, стороны трубы, напротив паза 60, подвижно упоры 7, а также крышке 20 и пробки 62,64 установлен щиток 61, перекрывающий паз 15 если Они были сняты. Через обратные кла- 60 и плотно прилегающий к поверхности паны 5 основного и дополнительных генерз- трубы. В стрнке обечайки 16 насадка, на- торов полия« т газом полости А, А}, Ауд до против паза SQ, имеется отверстие с дна- давлении Рнам, , Рнач уда при Тнач. м вклю- метром, равным длине паза и закрытое чают электронагреватели 4. После достиже- пробкой 62. В сечений трубы 6 на рассто- ЙО имя температур и давлений в полостях A, AI, янииhto4l-.1)-h7 от переАней {если счи- Ауд значений ТОА. ,ТоАуд и Род, PQAI, лгать по ходу Движения стакана) кромки - Родуд стенд готов к работе, отверстия 10 выполнен сквозной пазбЗ кр- 1 Р

торый в осевом направлении в 1,5-2,0 раза/ ; Иагружежде конструкций: а) ударной а «г окружном в 10-15 раз превышает диа- 25 волной совместно с летящими частицами с Метр 4$. С наружной

паз 63 закрыт пробкой 64. Напротив паза 63 занных факторов (стенд оснащен диафраг- на внут|ренней повёрхиоети трубы а4Лояне г :г мб1|4 $2)j 61 йотоком газа ёовместно с на глухая проточка 65 с глубиной he (фиг.З и воздейстаивм частиы (диафрагма 32 отсутст- 4). Координаты и размеры проточки 65 при 30 вует);в) одним из перечисленных факторов: n7(,4)hai равна ,5.h9--fi7; или ударной волной (частицы отсутствуют) hu 6.;Z5;h9; hi h®-HT -l,S.n& В стенке у 1«яи первого конца трубы; 6 выполнено отвер лeaj э нв :l ov№в : -.; ;;: ;:;: :;:.; /. - стйвбб, в котором установлен толкатель 67. Для реализации режимов работы стен- В полостях A, A i, Ауд генераторов устаков- 35 да с различной рчер адностыо йоздейетвйя . лены датчики давления 58. Датчик давления частиц ударной волны и газового потока на 69 основного генератора электрически свят испытуёмук) конструкцию используется со- зан с йспоянйтёльным механизмом 63, кои- отношение

торый ceflaakс тртгкателём 67. В полостях ; :- .,, . ;: . . генераторов установлены датчики темпера- 40 triyW--i Qs У4 тури 70. Для установки стакана в начале АЛ Cs трубы, tii ее(стенке, в одной плоскости с ;

тйерстиемббвыполнёноотверстйедлящу- где Ajt- время от момента удара стакана с па, закрываемое при работе пробкой 71. частицами об, упоры до момента разрыва Скорость частиц достигается в процессе 45 диафрагмы; L - расстояние, проходимое разгона стакана при последовательном ис- ударной волной (твердыми частицами); GS - пользовании энергии сжатого газа основно- скорость ударной волны; ДТ - временной го и дополнительных генераторов. :интервал между воздействиями на констПодготовка стенда к работе.рукцию ударной волны и твердых частиц.

На дне стакана закрепляют частицы 57 50 При ДТ 0 реализуется режим работы и устанавливают юбку 35. К юбке пристыко- стенда, когда на конструкцию сначала воз- вывается первая заглушка 41, для чего кон- действуют тверды частицы, а затем ударная цееая часть скобы 40 устанавливается в волна. При ДТЧ) ударная волна и твердые канавке 39 юбки, а выступающая часть ha . частицы воздействуют на конструкцию од- штыря 42 вставляется в отверстие 46 за- 55 повременно. При на конструкцию глушки. Вторая заглушка аналогично при- сначала воздействует ударная волна, а за- етыковывается к первой. Число темтвердые частицы, состыкованных заглушек равно числу ДГ,

предназначенных для разгона частиц. ПриРабота стенда. снятых упорах 7 и вывернутой пробке 71

ассмотрим работу стенда с одним ДГ для азгона частиц. Пусть ДГ с полостью Ауд ключается газом из трубы б, поступающим полость В через патрубки 14 и 15 и клапан 13, Задвижка 11 закрыта, отверстия 18 и паз 0 перекрыты кольцом 19 и щитком 61, cor тветствен ко. При давлении Род в полости в полостях заглушки к и юбки И .устанем вится давление : :Роки РоА{Роси : ; )-

Рпруж /Рбд, где ; Рос - площадь оси сердечника 53; Ij. площадь канало8;56; дна. аглушки; Рпруж - сила от пружйнй 54; Ёбд ; площадь круга диска 52. При достижении в полостях A.Ai и Ауд Давлений Ррд, PijAt и РоАуд, от датчика 68 давлений родаете.я нал-на исполнительный механизм 69, который через толкатель:67утапл вает штйфт 36 в стенку 33 стакана. После этого стакан с частицами,,юбкрй:и заглушкой поддействи ; ем силы давления устремляетсй вдоль трубы. При достижении : п|)отО кй:;б : срабатывает рас рыва щ|лйсяаа|1 10кг1сон-, цевая часть скобы 40 под.действием упругих сил выходит из канавки 39; освобождая npijдолжающих двигаться хггаканd фбкоШ В;

следующий момент штифт; 49, заглушки йо падает в паз 63 трубы и заглушка орта1-, навлйваетСя, Отсекая участок канале i трубе с давле/ймем: раелййрйяного газа РБ(, 1ХРтр/РБ Рн.: где $Чг #;M2/2i при М $ т /К ( М f; Рт{х :сила; трения между трубой и срстьжрван Иымиза тушкой, юбкой и стаканом РБ - пЛощадь проходного сечения трубц; Рн--давлениена. выходе изтрубы / ;(1И}-газ:оди |амйческаа Функция - коэффй ие число tVlaxa (см,фигЛЛ), Газш полостей К и 1/1 через отверстие 1-0 проникает к табели 26 сердечника магистрали и смещает сердечник. В рбразойавшийся зазор та- релью 2f И перегородкой ;24 входит фиксатор 28, обеспечиваяI свободный прбг ток сжатого газа из по огстй Al ДГ в трубу,; которы и п родолжает разгон етакана с частицами до скорости Уд. При оролете стакана мимо гтётрубка из полосш Б трубы; через патрубок 14, кл1апан 13 и патрубок 15 поступает в полость В насадка и отжимает тарель 26 магистрали. После срабатывания фиксатора 28 с катый газ из Пблости Ауд поступает впояость В насадка. Давление Ре .в полости В возрастает; и при нормированном его значении происходит разрыв диафрагмы с образованием ударной волны. В конце трубы 6 стакан ударяется об упоры 7, останавливается, а твердые частицы 57 по инерции продолжают двигаться со скоростью V4 к испытуемой конструкции 58. Штифт 36 стакана, оказавшись напротив

сквозного паза 60, входит в него, чем предотвращается отскок стакана. При отсутствии диафрагмы ударная волна не образуется и испытуемая конструкция подвергается воздействию высокоскоростного газовбгб потока (с частицами или без частиц). Количество труб 6 в стейде может быть лИабымуОно определяется условиями нагру- жения испытуемой конётрукции.

:;;:г;: . .-V :: ; :.

,Ь-;|,

: tlv особ испытаний 6нст| у1кцийн ударное воздействие потоком двухфазных Бред, заключающийся в формировании последовательных ударных воли сжатого газа с твердыми частицами в трубе испытательного стенда и воздействии им на испытуемую конструкцию 0тit и чаю-ф и и с я тей, чтб; с цепью уй1елйчв йй епериментапь

ных б можнбст Йзау ч диапазона реализуемых режимов испытаний,

оо чус атог6 газа осуществляют последол

,т1йрЦ11ям1й;по

;fipfta4ei(i новйх

i )

;ЧЙЙ расШИрейнбК) газа достижении в .

еМ давлени)(|. ;равногр:: ;. ;,,-,; :..;,. ;;;.

З ;;|Р;Б,Щ

;гд&;

Я(Щ

приМ 1;:

1 т|р- латрени по- верхнрстыр труби и боковыми поверхностя- ми заглушек, стакан FB - йлоЩадь проходного сечения тру- 0и; ;.;: ; / .;/. ,.: .: -- .-;.-,,.:-: ;:. . : РН f давленийi«a выхбдё из трубы;

М) ч газодинамическая функция, ха- рактеризующая отношение статического давления в потоке к давлению торможения; «- коэффициентадиабаты; W -число Маха

2. Стенд для испытаний конструкций на ударное воздействие потоком двухфазных сред, содержащий генератор .сжатого газа с выходным отверстием, присоединенную первым концом к выходному отверстию ге- нератора трубу с упорами и с поясом перепускных отверстий на втором конце, соединенные между собой и установленные внутри первого конца трубы с воэможно- стью перемещения вдоль нее юбку и стакан с глухим дном, заполненный твердыми частицами и закрытый легкоразрушаемой пленкой, надетый с возможностью охвата перепускных отверстий на второй конец трубы и жестко скрепленный с ней своим дном насадок с открытым торцом и установленную между насадком и трубой на ее втором конце обойму, отличаю щ и и с я тем, что стенд снабжен системой дополнительных расположенных вдоль трубы и насадка генераторов сжатого газа, сообщенных с полостями трубы и насадка через магистрали

Р

Р2--Рлвв1

Рг-РАВвг /Ж

с обратными клапанами, заглушками, трубопроводами, задвижками и патрубками с перепускными клапанами, принтом заглушки скреплены между собой и соединены с 5 торцом юбки раскрывающимися замками, в стенках заглушек со стороны их наружных боковых поверхностей установлены подпружиненные фиксаторы, под которые в стенках трубы выполнены пазы, а число 0 заглушек соответствует числу дополнитель- ных генераторов.

Изобретение относится к испытательной технике и касается способов и устройств для испытания конструкций на ударное воздействие двухфазных сред, включающий газ и твердые чаСтицы. Цель - увеличение экспериментальных возможно- стей за счет расширения диапазона реализуемых режимов испытаний. Способ испытаний конструкций на ударное воздействие потоком двухфазных сред заключается в формировании последовательных ударных волн сжатого газа с твердыми частицами в трубе испытательного стенда и воздействии им на испытуемую конструкцию, причем подачу сжатого газа осуществляют последовательными порциями по длине трубы с одновременной подачей новых порций и отсечкой предыдущих при достижении в нем давления РБ-О-МК + Рн- ft). Способ осуществляется на стенде, содержащем юбку, дно, стенки, между которыми расположены частицы твердого вещества, насадок и т.д. 2 с.п. ф-лы, 15 ил.

... ;.,(.;

:Фиг.2 ;:/v.;:; /r;;;:

Т f

be JUBlLxLL t /ЩигЗ

vtoifflrtfj VU,(P°A) W

ФигА

5 « то

йИвШш

У

Зфгф

, - . . . - -. , . , , , . . ....-.- .. ,-. .. - .

/:..

1 -., 1 Vi :SHBHauam,, ,

- .. . Т -

ffzottwau/ wgowffw - жой/ямш лм

.. - .

.

SHBHauam,, ,

- .. . Т -

ffzottwau/w«« wgowffw - У клмдм жой/ямш лммпшзт

/м амэтмву Hd ifo j

г- -..-. - .

.

- ; : 1Ki: -...

- -. -:- -. .-. : / ., - -:-::;- :-: «/:-- ,.-; у У --: -::ЯО -Ь-.;;:-л

:;:;:ШШ1ШШ

.- :-1шш;ш

..;: -..у...

. - : -.;. ....;:.- .

v- :--j;v:

..-.. .-v.Hf

V... .

Гс.Ма

is

0 У Фиг. ft

л

/V

/А ..яеюжыни .WH« . .t3 oaStftmvi fteptayvimix InompyftoH tmStfunuu if

1820265

/1Т,М/(

. 25