книги из ГПНТБ / Дмитриев Ю.Я. Гидравлические импульсные струи на лесосплаве

полость ускорителя 10 заполняется водой от насосной установки через штуцер 11. Получая равномерное вращательное движение от элкетромотора со скоростью 1 об/сек, отсекатель равномерно пе­ рекрывает входное отверстие насадка. Различное число кольцевых вырезов в отсекателях, выполненных под различными углами, дает возможность изменять время истечения и частоту импульсов струй, а универсальность насосной установки — начальные расходы и скорости.

При изучении работы импульсного ускорителя с механическим отсекателем устанавливались его основные геометрические раз­ меры и основные начальные параметры импульсной гидравличе­ ской струи.

Результаты проведенных исследований сведены в табл. 2 (ус­

П р и м е ч а н и е . В таблице приведены наибольшие числовые значения рассматриваемых параметров им­ пульсных струй, взятых из результатов проведенных опытов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Основные элементы экспериментальной установки:

1.Опытный канал.

2.Импульсный гидравлический ускоритель.

3.Подводящая система трубопровода.

4.Измерительная аппаратура.

5.Вспомогательные опытные модели.

Опытный канал. Исследование закономерности распростра­ нения импульсной гидравлической струи в окружающем прост­ ранстве тех же физических свойств на участке длиной до 25do про­ водилось в стеклянном гидравлическом лотке длиной 10 ж, с пря­ моугольной площадью сечения, равной 38x50 см. На исследуемом участке свободная поверхность воды в лотке, боковые стенки и дно не оказывали существенного влияния на распространение импульс­ ной струи, поэтому с некоторым приближением он считался не­ ограниченным водным пространством (рис. 10).

Экспериментальное исследование потоков, созданных импульс­ ными струями, проводилось в гидравлическом бетонном лотке дли­ ной 8 ж, с прямоугольной площадью поперечного сечения, равной

30

0,5X2 м. Было установлено, что в диапазоне проводимых экспери­ ментов боковые стенки и дно лотка не оказывали существенного влияния на распространение созданных импульсными струями по­ токов.

Для создания ограниченного водного пространства в гидрав­ лическом бетонном лотке сооружались различные коридоры из дополнительных боковых вертикальных стенок, выполненных в принятом масштабе моделирования. К этим моделям было скон­ струировано специальное подъемное устройство, позволяющее из­ менять ширину коридора и степень заглубления боковых верти­ кальных стенок.

При выборе размеров и конструкций гидравлических коридо­ ров, образуемых дополнительными боковыми вертикальными стен-

ками, исходили из специально проведенной для этой цели серии предварительных опытов, которые дали ориентировку при поста­ новке основных опытов.

Подводящая система трубопроводов. На рис. 10 дана схема подводящей системы трубопроводов к импульсному гидравличе­ скому ускорителю.

Вода к ускорителю 8 подавалась по напорному трубопроводу 5, имеющему кран грубой 6 и тонкой 7 регулировки из напорного бака 1. В напорном баке устанавливалась успокоительная решетка Iß, обеспечивающая наименьшее колебание уровня воды, что в свою очередь положительно сказывалось на установлении посто­ янного напора. Напорный бак заполнялся водой от насосной уста­ новки через трубопроводы 14. Излишки воды из напорного бака 1 сбрасывались по трубопроводу 4 в водоем 11. На торцовой части напорного бака установлены водомерное стекло 3 и контрольная

31

измерения линейных параметров импульсной струи, а также при определении скоростей истечения в лотке устанавливались верти­ кальная и горизонтальная линейки 12 и 13.

Измерительная аппаратура. В процессе производства опытов • была применена следующая измерительная аппаратура:

1.Для измерения постоянных напоров в ускорителе и насадке были использованы образцовые манометры, имеющие шкалы из­ мерения до 1 кг/см2 с ценой деления 0,02 кг/см2. Образцовые ма­ нометры предварительно прошли контрольную проверку. При ра­ боте на небольших напорах давление измерялось с помощью пье­ зометров.

2.Измерение отметок свободной поверхности и глубины воды

в лотках и искусственных коридорах производилось тастерамп

сточностью до 0,1 мм.

3.Взвешивание расходов воды при тарировке насадков осу­ ществлялось на весах с ценой деления 5 г.

4.Снятие плановой картины потока производилось с помощью древесных опилок и гидрометрического флюгера с точностью до 0,5°. Проведена тарировка флюгера.

5.Определение конфигурации импульсной струи, измерение скорости фронта струи и максимальной осевой скорости потока, возбужденного ею на основном участке, производилось методом скоростного фотографирования с помощью кинокамеры типа НО-50Б. Экспериментальным путем было проверено соответствие скорости (в кадрах — в сек) движения пленки показаниям ци­ ферблата регулятора скоростей. Как показала контрольная. про­ верка, после прохождения 2 м пленки устанавливается стабильная скорость ее движения, соответствующая выбранному на циферб­ лате регулятора индексу скорости. По пройденному фронтом им­ пульсной струи расстоянию, определяемому по масштабной ли­ нейке, за промежуток времени, -равный времени смены кадров, определялась скорость фронта импульсной струи. -

6.На значительных расстояниях от насадков (больше 25-е- ч-50<іо) скорости течения измеряли с помощью трубки Пито-Пран-

дтля, имеющей точность измерения напоров 0,1 мм. Работа трубки была проверена в импульсном режиме. При измерении скоростей фиксировалась наибольшая разность (АН) показателей динамиче­ ской и статической трубок. Численные значения измеренных труб­ кой скоростей в сравнении со значениями, полученными с помот щыо фоторазвертки, были ниже в среднем на 4%. Таким образом, трубка Пито-Прандтля давала значение максимальной скорости потока.

7. Измерение перёменного напора в ускорителе и насадке про­ изводилось датчиками давления, у которых деформация измеря­ ющих переменный напор элементов определялась по изменению электрического сопротивления тензодатчиков. На рис. 11, а пока­ зано устройство прибора для измерения переменного напора. К корпусу датчика 1 накидной гайкой 4 крепилась мембрана 3 толщиной 0,2 мм и диаметром 50 мм, которая была рассчитана

32

на измерение давления в диапазоне 0,016 + 0,7 атм. Уплотнение между мембраной и корпусом осуществлялось резиновым коль­ цом 2. Жидкость производила давление на внешнюю поверхность

полном монтаже датчика отверстие 6 заливалось специально при­ готовленной мастикой. Датчик давления на резьбе крепился к кор­ пусу ускорителя. Устройство датчика давления, предназначенного

и Б. Полость камеры А соединялась с насадком и заполнялась жидкостью. Давление в насадке передавалось через жидкость на мембрану со стороны камеры А. Камера Б оставалась заполнен­

ной воздухом. В указанных приборах использовались тензодат­ чики марки ПКБ-10.200 из константановой проволоки диаметром 0,02 мм, сопротивлением 7? = 200 ом, базой 7=15 мм, чувствитель­ ностью 5 = 2,12 + 0,03 (6=1,5% ). На гладкие мембраны наклеива­

циально сконструированного прибора, изготовленного в экспери­ ментальных мастерских МПИ им. М. Горького (рис. 13). Прибор представлял собой соединение трубки Пито-Прандтля 7 с датчиком давления, аналогичным указанному на рис. 11, б. Полость ка­ меры А датчика давления жестко соединялась с динамической трубкой 8, а полость камеры Б — со статической трубкой 9. При­ бор с помощью штока 10 крепился к тастеру и мог погружаться в жидкость на различную глубину. Обе камеры— А и Б запол­ нялись жидкостью (вода), поэтому мембрана с наклеенными на ее поверхность тензодатчиками покрывалась тонким слоем резино­ вого клея.

9. Для регистрации изучаемых процессов методом тензометри был использован осциллограф типа Н-102, позволяющий одновре­ менно записывать восемь различных процессов с помощью восьми вибраторов различных типов (табл. 3). Запись осциллограмм про­ изводилась на негативную фотопленку 35 мм. К осциллографу при­ ложен отметчик времени П-104, служащий для отметок времени на осциллограмме. Погрешность отметчика времени для частот

10—100—1000#z не превышает 1% и для частоты l# z— 1,5%.

Для усиления электросигналов, развиваемых в полумостовой схеме тензодатчиков, был использован усилитель типа 8АПЧ-7М, предназначенный для измерения в восьми точках динамических и статических деформаций. Полоса частот находилась в пределах

от 0 до 500 гц. Неравномерность частотной характеристики в по­ лосе пропускания ±3% . Усилитель включался в цепь переменного тока напряжением 220 в через выпрямитель.

Для измерения продолжительности открывания и закрывания отсекателем входного отверстия насадка контактное устройство че­ рез магазин шунтов и добавочных сопротивлений подключалось

34

3*

Рис. 14. Принципиальная схема тензоустановки

непосредственно на осциллограф. Источником питания служила батарея элементов типа КБС-Л-0,50.

Принципиальная схема тензоустановки показана на рис. 14. На рис. 15 представлены типичные осциллограммы исследуемых процессов. На фоторазвертке показаны осциллограммы: 1 — отмет­ чика времени, 5 — продолжительности открывания и закрывания входного отверстия насадка, 4 — переменного напора в ускорителе, 3 — переменного напора в насадке, 2 — скорости импульсной струн.

10. Перед началом опытов была проведена тарировка измери тельной аппаратуры. Тарировочная кривая, дающая графическое

Рис. 15. Типичные осциллограммы начальных параметров им­ пульсных струй

в точке был протарирован в импульсном режиме. Данный прибор помещался в различные точки по оси импульсной струи с известными максимальными значениями осевых скоростей

(рис. 17).

Исследование закономерностей изменения осевой скорости импульсной струи й вбзбужденного ею потока проводилось при уста­ новившейся работе установки. При этом во всех случаях истече­ ния импульсной струи на пленку записывалось не менее 50 им­ пульсов. Как показали осциллограммы, напор в ускорителе в пе­ риод открытия входного сечения насадка изменяется от некоторого начального значения Яо до Нтах. При закрытии входного отвер-

36

стия насадка напор в ускорителе резко возрастает. Перед насад­

Н. Л. Леонтьева для кривой переменного напора в насадке для

ческая зависимость, устанавливающая связь между величинами Н и t в следующем виде:

где Н — напор в данный момент времени;

t— время;

Т— период;

Ht — ускорение изменения напора; to— начальное время;

/0Ткр— время открытия входного сечения насадка; tmr—время истечения единичного импульса струи.

Осевая скорость импульсной гидравлической струи. Экспери­ ментальное исследование закономерностей распространения

37

импульсной гидравлическом струи на основном ее участке в неогра­ ниченном водном пространстве было выполнено с подкрашенными струями воды, свободно вытекающими из насадков различного диаметра, помещенных в неподвижную жидкость тех же физиче­ ских свойств, что и импульсные струи, методом скоростного фото­

насадка, во всех случаях истечения представляется конусообразно расширяющимся потоком, начинающимся от кромок ее круглого выходного отверстия (рис. 20).

На всем протяжении струя, входящая во взаимодействие с ок­ ружающей ее неподвижной однородной жидкостью, непрерывно меняет свои гидравлические параметры, что объясняется нёпрерывностью взаимодействия струи с окружающей ее средой. Были

38

выяснены непосредственно опытным путем наиболее характерные особенности движения массы жидкости вдоль импульсной струп aa'ßß', вытекающей из насадка в окружающую ее среду тех же физических свойств. Особенное внимание было уделено измере­ ниям величины скорости вдоль по оси струп на различных рас­ стояниях от конца насадка О, причем центр отверстия насадка О принимался на начало отсчетов расстояний вдоль по оси струи OZ, совпадающей с осью насадка.

По одной и той же средней скорости вытекания жидкости из

опыт изучения распространения импульсной гидравлической струи в неограниченном водном пространстве при отсутствии течения в нем. Для проводи­ мых опытов были вычислены среднеквадратичные отклонения т, вариационный коэффициент о% и показатель точностир%, характеризующий надежность

а'

полученных результатов. Величина показателя точности в про­ веденных экспериментах не превышала р = 3,Э%» а во многих слу­ чаях снижалась до 1,5%, т. е. измеряемая vz являлась доста­ точно достоверной величиной. Сведения о проведенных опытах приводятся в табл. 4, где приняты следующие обозначения:

d0— диаметр круглого выходного сечения насадка; Нтах — максимальный напор в насадке;

АZ — приращение расстояния;

Vz — осевая скорость фронта импульсной струи; Z — расстояние вдоль оси струи.

39