3. Регулирование расхода

3.1. Способы регулирования расхода

Расход является показателем работы элемента или агрегата системы. Величина расхода определяется несколькими независимыми параметрами: давлением, разностью давлений, площадью… то есть, изменять расход можно только воздействием на эти параметры, а это означает, что регуляторы расхода в принципе не существует Расход изменяют (регулируют) с помощью регуляторов разности давления, регуляторов давления, изменением площади, но в практической деятельности за некоторыми такими устройствами исторически сложилось название регулятор расхода.

Способ изменения расхода зависит от типа рабочей среды (сжимаемая, несжимаемая) и режима ее течения в канале, площадь поперечного сечения которого определяет расход. В качестве таких элементов используются дросселя (мерные шайбы), отверстия насадки, сопла, форсунки, окна золотников и др. Установим перечень независимых параметров для разных сред и режимов течения.

Для несжимаемых жидкостей секундный массовый расход определяется формулой

, (3.1)

где

- коэффициент расхода, зависящий от профиля канала и числа R_e, а, следовательно, от вязкости и температуры жидкости, определяется экспериментально [4];

F - минимальная площадь поперечного сечения канала;

- плотность жидкости;

- давление статическое и заторможенного потока на входе в канал;

P₂ - давление на входе из канала;

V₁ - скорость жидкости на входе в канал.

Статическое и заторможенное давление в рассматриваемом сечении потока связаны формулой

. (3.2)

Экспериментально установлен особый режим течения несжимаемых жидкостей [5]: в длинных насадках (отношение длины насадка к его диаметру l/d > 2) при определенных отношениях давлений и l/d и расход жидкости начинает зависеть не от разности давлений , а от давления на входе . Такие эксперименты единичны и недостаточны для обобщенных выводов и рекомендаций, но такой способ регулирования расхода уже применяется в технических системах, в частности использован в отечественной торпедной установке замкнутого цикла.

Из формулы (3.1) следует, что изменять (регулировать) расход несжимаемой жидкости можно за счет изменения разности давления ΔP и (или) минимальной площади канала F_min, а при применении длинных насадков – за счет и F_min.

Способы воздействия на расход сжимаемых сред зависят от следующих четырех условий:

1. Для суживающихся каналов при отсутствии критического режима течения в F_min , т.е. при

,

расход газа определяется формулой

, (3.3)

где

k, R - показатель адиабаты и газовая постоянная,

- температура заторможенного потока на входе в канал.

Из формулы (3.3) следует, что при таких условиях расход в общем случае можно менять за счет , , P₂ , F_min , но как было показано в главе 1 регулирование расхода за счет , P₂ в торпедах ЭУ не используется, а следовательно, практически влиять на расход можно только изменяя и (или) F_min.

2. Для суживающихся сопел (анналов) при критическом режиме течения потока F_min, то есть при

,

расход газа определяется формулой

, (3.4)

Из формулы (3.4) следует, что при таких условиях расход в общем случае зависит от , , F_min . Учитывается сказанное о , и при таких условиях регулировать расход возможно только за счет и F_min

3.Для расширяющихся каналов при ≤ π_m - предельное отношение давлений,

, (3.5)

где

F₂ - площадь выходного сечения канала, расход газа определяется формулой (3.4), а это означает, что и в таких условиях расход можно менять только за счет и (или) F_min

4. Режимы для расширяющихся каналов при в реальных технических системах не используются. Объясняется это тем что в каналах торпедных систем (и других систем тоже) предельное отношение давлений имеет большие значения π_m>0,8 и оставшаяся область отношения давлений π_t = 0,8 ÷ 1,0 крайне не эффективна по всем показателям и в реальных установках не используется.

Выводы:

1. Регулировать расход несжимаемых сред возможно за счет изменения разности давлений или (и) минимальной площади канала F_min; при использовании длинных насадков – изменением или (и) F_min

2. Для сжимаемых сред во всех четырех рассмотренных случаях, с помощью которых можно регулировать расход являются давление рабочей среды перед каналом, лимитирующим расход, - и минимальная площадь канала F_min, при этом важны следующие обстоятельства:

- если магистраль заполнена потоком холодного газа, то регуляторы (устройства), изменяющие , F_min , размещаются непосредственно в данной магистрали;

- если же магистраль предназначена для горячего газа, как например камера сгорания – двигатель, в которой =T_kc>1100K то регулировать расход, как очевидно надо в магистралях до камеры сгорания, то есть в линиях энергокомпонентов, заполненных «холодными» несжимаемыми жидкостями;

- в двигателях (турбинных, реактивных), работающих на твердых топливах регулировать расход продуктов сгорания возможно только в зоне высоких температур, а, следовательно, и регулирующие органы приходится размещать в такой зоне.

3. Помимо регулирования расхода за счет изменения ΔP , , F_min , в авиационных и торпедных ЭУ получил широкое применение еще один способ-регулирование расхода за счет изменения производительности насоса, например подающего топливо в КС или жидкости на вытеснение топлива в КС. Такой способ применен в ЭУ торпед последнего поколения Мк 48 Mod 5, Мк 50 (США), Spearfish (Великобритания), Тр 62 (Швеция), МТТ (Россия).

Конкретные схемы и системы регулирования расхода представлены в последующих параграфах этой главы и во втором разделе пособия.