Аэродинамические трубы кратковременного действия
Основной недостаток сверхзвуковых аэродинамических труб непрерывного действия заключается в том, что мощности, необходимые для их работы, чрезвычайно велики. Даже для относительно небольших чисел М потребные мощности таких труб достигают сотен тысяч киловатт. Стоимость и конструктивная сложность труб непрерывного действия почти полностью определяются их энергетическим оборудованием (двигатели, компрессоры, холодильники и пр.). Поэтому в последние годы трубы кратковременного действия получают все большее распространение. Размеры рабочей части современных труб уже превосходят 1 м, а числа М, получаемые в них, достигают значений, равных 27. Освоение быстродействующей аппаратуры для измерения давлений и скоростей содействует все более широкому применению таких труб.
Существующие конструкции труб можно разделить на два типа: схема с истечением из баллонов сжатого воздуха и схема с истечением в вакуумную емкость (рис. 2.3).
По первой схеме (рис. 2.3, а) труба состоит из компрессора 1, устройства для отделения воды, масла и осушки воздуха 2, емкости для сжатого воздуха 3, быстродействующего крана 4, подогревателя 5 и рабочего участка трубы, состоящего из коллектора 6, сопла 7, рабочей части 8 и диффузора 9. Выбрасывание воздуха в атмосферу и глушение шума производятся с помощью выхлопной шахты 10.
В вакуумной установке (рис. 2.3, б) воздух из атмосферы, пройдя осушитель 1, попадает в рабочий участок, состоящий из коллектора 2, сопла 3, собственно рабочей части 4 и диффузора 5. Впуск воздуха производится быстродействующим краном 6. Разрежение и вакуумной емкости 7 создается эксгаустером 8.
Рис. 2.3. Схемы основных типов труб кратковременного действия
В емкостях для труб первого типа используются баллоны, широко применяемые в различных отраслях промышленности. Для вакуумных емкостей используются специально изготовляемые стальные шары с диаметром до 20 м. Отношение диаметра шара к толщине стальной стенки шара сохраняется равным около 670.
Сопла и диффузоры могут иметь регулируемые горла. Быстродействующие краны должны открываться в течение примерно секунды. В практике успешно применяются дроссельные краны с резиновыми прокладками, приводимые в действие баллонами сжатого воздуха. Для снижения потерь давления диаметры быстродействующих кранов должны быть достаточно большими.
Наиболее громоздкой частью трубы являются осушающие устройства (особенно для вакуумных труб). В качестве поглотителя влаги используется силикагель или активированный боксит (глинозем). Чтобы в рабочей части трубы не возникало конденсации паров воды, абсолютная влажность воздуха не должна превышать 0,01%. Количество глинозема, необходимого для вакуумной трубы, можно определить из расчета 1000 кг глинозема на 13 500 кг воздуха, если при этом считать, что полезная концентрация слоя равна 2%, а абсолютная атмосферная влажность воздуха — 1,5%. В баллонных трубах количество осушителя требуется меньше, чем в вакуумных. Восстановление осушителя производится путем его нагрева горячим воздухом до 180°С и последующего охлаждения до нормальной температуры.
В эжекторной трубе так же, как и в баллонной, осушение воздуха производится сжатием его при некоторой постоянной температуре и последующим расширением.
На рис. 2.4 показана схема трубы эжекторного типа, в которой осуществлен почти замкнутый цикл. Трехступенчатый поршневой компрессор 1 имеет промежуточный и выходной холодильник 2. Воздух из компрессора, пройдя водоотделительную головку 3, попадает в ресивер 4, где окончательно охлаждается. Дросселирующий кран 5 служит для регулирования скорости. Поток из ресивера через щели эжектора 6 засасывает в рабочую часть 7 воздух из атмосферы и, пройдя обратный канал 8, частично выбрасывается в атмосферу. Практически после непродолжительного периода запуска весь воздух в контуре трубы состоит из сухого воздуха, поступающего из ресивера.
Рис. 2.4. Труба эжекторного типа
На рис. 2.5 приведены кривые изменения отношения мощности трубы непрерывного действия (к. п. д. компрессора — 80%) к мощности труб кратковременного действия в зависимости от числа М, работающих 60 с/ч при равных числах М.
Видно, что для всех чисел М потребная мощность труб непрерывного действия больше, чем для труб кратковременного действия. При М = 4,5 вакуумные трубы требуют мощность в 15 раз меньшую мощности труб непрерывного действия. При М > 2,5 вакуумные трубы значительно выгоднее баллонных труб давления, а при М < 2,5 — первые менее выгодны, чем вторые.
Рис. 2.5. Отношение потребных мощностей для труб
непрерывного и кратковременного действия:
1 – привод от сжатого воздуха; 2 – вакуумный привод