книги из ГПНТБ / Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики

Коэффициент kj определяется уравнением (267) н характе­

ризует долю полного импульса струи, проходящую через часть ird°-

Учитывая, что

В уравнения (272), (273) и (274) входит коэффициент £, учи­ тывающий обратный поток; причем структура этого потока, как уже отмечалось, неизвестна. Коэффициент | можно определить на основе экспериментальных данных. Рассмотрение предель­ ных случаев, а также анализ картины течения показывают, что величина g должна зависеть от отношения диаметра приемного отверстия к диаметру струи и от относительного расхода выхода q = Q B/QB. Поперечный размер струн обычнохарактеризуют

180

расстоянием г/о,і от оси струи до точки, в которой скорость равна 10% максимальной скорости в данном сечении. Следовательно, диаметр струи составляет 2 //0,ь а относительный диаметр выхода

у ' = d B/ 2t jo , i.

Будем иметь в виду, что при у'-> -0 коэффициент £-»-0,5. При выводе выражения для у' воспользуемся формулой

где т]о,і — безразмерная поперечная координата точки, в которой

НхІU-xм = 0 ,1 .

рактеристики. Эксперименты проводились в два этапа. На пер­ вом этапе исследовалось восстановление давления при нулевом расходе на выходе, на втором этапе определялась зависимость давления на выходе от расхода (выходная характеристика).

Эксперименты на первом этапе проводились при различных диаметрах питающего и приемного сопел и различном расстоя­ нии /„ между ними (рис. 71, а). Числа Рейнольдса Re были рав­

ны 985 II 1220 II поддерживались постоянными во всех экспери­ ментах посредством регулировки давления питания.

На втором этапе эксперименты проводились при Re = 985 и 1220 и Ік = 7 мм. Расходы определялись по перепаду давлений

на тарированном дросселе.

Экспериментальные, зависимости ра/рп от IJd R e для различ­ ных у показаны на рис. 72, а сплошными линиями. На этом же

рисунке штриховыми линиями проведены кривые, рассчитанные по уравнению (273) при £ = 1. Расчетные линии лежат значи­ тельно ниже экспериментальных. Это свидетельствует о том, что обратный поток оказывает существенное влияние на величину

181

5)

Рис.72.Передачаэнергииламинарнымиструями:

а — зависим ость восстановления давлени я от парам етра

d Re

мость поправки 5 от отнош ения диам етров ѵ

асимптотически стремясь к значению 1,85. Эта поправка может быть аппроксимирована следующей формулой:

Выходные характеристики, снятые для различных значений у отношений диаметров приведены на рис. 73, а. Обработка ре­

зультатов экспериментов показала, что с увеличением расхода на выходе QB/Q n поправка уменьшается. Это объясняется уменьшением расхода обратного потока при увеличении расхода нагрузки.

Уменьшение поправки удобно учесть, введя вместо | коэффи­ циент IQ такой,что

(рис. 73, б), построенному по опытным данным.

Кривые, рассчитанные по уравнению (273) с учетом формул (276) и (277), удовлетворительно согласуются с результатами эксперимента.

Рассмотрим теперь некоторые результаты экспериментально­ го исследования передачи давления осесимметричными смешан­ ными струями. Прежде всего, проанализируем графики, пред­

ставленные на рис. 74, а, б, являющиеся результатом указанно­

го исследования.

Сравнение графиков приводит к несколько неожиданному выводу. При небольших отношениях диаметров (у = 3,45) вос­

182

становление давления рв/рп при переходе ламинарного течения

в турбулентное резко уменьшается; при больших же значениях отношения диаметров (рис. 74, б) характер зависимости изме­

няется — при переходе ламинарного течения в турбулентное восстановление давления p j p n резко увеличивается. Интересно

отметить, что при определенных соотношениях размеров эта за ­ висимость является немонотонной: при увеличении Re восстанов­ ление давления сначала увеличивается, затем уменьшается.

Все эти результаты удовлетворительно объясняются в рамках приведенного выше анализа. Воспользуемся приведенным на рис. 74, в графиком зависимости поправки § от параметра у'.

Как видно, величина | сначала увеличивается от 0,5 до 1,9, за­ тем уменьшается от 1,9 до 1.

При переходе ламинарного течения в турбулентное величина у' уменьшается по мере увеличения числа Рейнольдса. При этом поправка £ изменяется в соответствии с графиком рис. 74, в.

Рис.73.К расчетувыходныххарактеристик:

а — выходные характеристики; о — зависимость коэффициента «4 от на­ грузки

Рис.74.Передачаэнергиисмешаннымиструями:

а— у — 3,45; 6 —у = 5,5; в— зависимость поправки | от Y

183

Поэтому для больших значений у ламинарному течению соот­

ветствует правая ветвь кривой. При увеличении числа Рейнольд­ са происходит сначала увеличение поправки £, а затем-— сниже­ ние. При меньших же отношениях диаметров ламинарному тече­

184

IV ЭЛЕМЕНТЫ,

ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ СОУДАРЕНИЕ СТРУЙ

Глава

1. Принципиальная схема элементов

споперечным взаимодействием струй и их характеристики

Вобщем случае элемент, использующий поперечное соударение

струй, содержит канал питания Я, несколько управляющих У и приемных каналов В. Вытекающая из сопла струя питания рас­

пространяется в рабочей камере, которая может иметь различ­ ную конфигурацию, но во всех случаях размеры ее таковы, что влияние боковых стенок на положение струн отсутствует. По­

этому ось струн питания при отсутствии управляющих сигналов остается прямолинейной.

Струя питания, прошедшая через рабочую камеру элемента, попадает в приемные каналы В і, Bz, Bz (рис. 76), число которых

может быть от одного до трех.

Приемный канал выполняется обычно расширяющимся для восстановления потенциальной энергии давления на выходе струйного элемента.

Каналы управления Уі — У4 так же, как и канал питания,

заканчиваются сужающимися соплами. Число каналов управле­ ния может быть различным в зависимости от функционального назначения элемента.

Функциональные возможности элемента с поперечным взаи­ модействием струй зависят от числа каналов управления и при­ емных каналов, а также от способов соединения каналов между собой. Показатели статической характеристики элемента, имею­

в выходном канале элемента, а по оси абсцисс — Х у — значение расхода или давления в канале управления. Кривая 1 соответ­

186

рис. 76), а кривая 2 — случаю, когда оси приемного сопла и соп­

ла питания сдвинуты одна относительно другой (как например, осп сопел ß 2 и ß 3 по отношению к оси сопла П ). Элемент такого

в качестве нулевого, то описываемый элемент может реализовать две логические^ операции ft = X (повторение — кривая 2 на рис. 77) и І2 — Х (отрицание — кривая /) .

Рассмотрим элемент, имеющий несколько каналов управле­ ния и два или три приемных канала. Такому элементу могут быть присущи одновременно обе выходные характеристики, по­ казанные на рис. 77. Наличие нескольких каналов управления и двух или трех приемных каналов позволяет реализовать все элементарные логические функции [42]. Кроме того, элемент с каналами Уь Уз, ß b ß 2 может служить пропорциональным уси­ лителем, в котором значения выходных величин Х п зависят

от разности сигналов управления Куі — Ку3, поданных по кана­ лам Уі и У3.

Соединяя один из приемных каналов через постоянное или регулируемое гидравлическое сопротивление с каналом управ­ ления, можно осуществить соответственно постоянную или регу­ лируемую обратную связь. Она может быть положительной или отрицательной.

Подбирая гидравлическое сопротивление в линии обратной связи, можно изменять коэффициент обратной связи, т. е. отно­ шение входного сигнала, возникающего за счет наличия обрат­ ной связи к соответствующему выходному сигналу.

187

Наличие обратной связи позволяет получать различную кру­ тизну статической характеристики элемента. Меняя коэффициент обратной связи, можно превратить характеристику элемента в релейную, линеаризовать ее, придать струйному элементу свой­ ство «запоминания» управляющего сигнала [85].

Если элемент имеет два выходных канала, расположенных симметрично относительно оси сопла питания, то при отсутствии управляющего сигнала струя питания будет делиться приблизи­

элемента, которая практически неизбежна, начальное разделение расходов по входным каналам не будет строго одинаковым. Это приводит к неравенству входных сигналов Лу] и Лу3. При высо­

питания. При этом разность между Луі п Луз меняет знак. Далее описанный процесс будет периодически повторяться [85].

Задача расчета статической характеристики элемента со взаимодействием поперечных струй состоит в том, чтобы найти зависимость Лв = f(Xy) (рис. 77). При проектировании струйно­

го элемента часто бывает необходимо определить только его коэффициент усиления (максимальный или соответствующий ли­ нейному участку характеристики), млн какой-либо другой пока­ затель работоспособности. Выбор такого показателя связан с условиями работы элемента в системе.

Если струйный элемент предназначен для реализации логи­

ления как исполнительный или регулирующий орган, то в каче­ стве показателей его работоспособности могут быть приняты коэффициенты восстановления и управления, а также глубина регулирования [64].

Коэффициент восстановления представляет отношение рас­ сматриваемого параметра потока в выходном канале при отсут­ ствии сигнала управления к соответствующему параметру пото­ ка питания, т. е. Лп0 /Лл. Можно различать коэффициент восста­

188

величиной) [64]. В качестве величины .YnK обычно принимается предельно достижимое минимальное или максимальное значение выходного сигнала для данного элемента. Глубину регулирова­

ния. как н коэффициент восстановления, можно различать по параметрам ( R Q , R V и R N).

Усилительные свойства струйного регулирующего органа удобно характеризовать коэффициентом управления, который показывает, какую долю расхода, давления или мощности со­ ставляют расход, давление или мощность потока управления, необходимые для изменения параметров потока в выходном ка­ нале от Хво до Хш;, т. е. для достижения заданной глубины ре­ гулирования. При этом предполагается, что Q„ и рп в процессе

регулирования остаются постоянными.

Коэффициенты управления по расходу, давлению и мощно­ сти соответственно определяются отношениями:

= Q n / Q y K , У р ~ Рп/Рук-і

y py Q = y » = N J N yк.

Элемент, использующий взаимодействие поперечных струй, обеспечивает глубину регулирования до 1. В связи с этим при проектировании струйного элемента такого типа можно зада ­

Зная B Q и Вр, а также Уд и У р для любого заданного значе­ ния R Q и R p, можно построить всю статическую характеристику

ческой характеристики.

2. Конструкция элементов, использующих поперечное соударение струй

Элементы этого типа могут выполняться либо плоскими, объ­ единенными по несколько штук на одной плате [85], либо объем­ ными с соплами, как правило, круглого поперечного сечения.

Элементы с круглыми осесимметричными соплами и соответ­ ственно с круглыми подводящими и выходными каналами, имеют некоторые преимущества при использовании для управления мощным потоком жидкости или газа. Они имеют более короткие диффузоры и лучше стыкуются с круглыми подводящими и от­ водящими трубопроводами, так как при этом отпадает необхо­

189