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

где соц — площадь сопла питания. Кривая 1 показывает измене­

ние давления рп в сопле питания в функции Qn через это сопло. Давление руд есть приблизительно то давление ру*, которое необ­ ходимо поддерживать в канале управления, чтобы расход

будет поступать из вихревой камеры в канал управления. Если эта часть достигает некоторой предельной величины, то в камере может возникнуть закрученное течение.

С увеличением давления, а следовательно, п расхода

ственно изменение давления торможения в канале управления и давление на срезе сопла управления от расхода управления.

Канал питания запирается примерно тогда, когда статическое давление на срезе сопла управления руз становится равным рп*. При этом давление торможения в канале управления (ру . ) 3 = = рУз + pQy3/2co^, где ©у — площадь сопла управления. Но так

идавлению.

"Коэффициент запирания по рас-

290

Рис. 137. Способы подачи потока питания в вихревую камеру:

дача через четыре сопла; г —

сим м етричная подача через ци ­ линдрическую пористую стенку

вихревой усилитель, если давление торможения в канале управ­

Глубина регулирования в момент запирания потока питания, очевидно, определяется формулой

Р3 = 1 - 1 / Л да.

Вихревой усилитель с радиальной подачей потока питания через сопло (рис. 137, а), т. е. подачей, сосредоточенной в одном месте периметра камеры, позволяет получить сравнительно низ­ кие значения коэффициентов давления Кя = рун/рп * • Однако

этот усилитель может обладать и существенным недостатком, заключающимся в том, что включение его в работу происходит скачкообразно. Это объясняется следующим. Первоначально

при подаче сигнала управления происходит взаимодействие поперечных струй. Более мощная струя питания под действием струи управления отклоняется, в результате чего в камере возни­ кает несимметричное струйное течение и как следствие этого — поперечный перепад давления. Под действием этого перепада струя питания быстро притягивается к боковой цилиндрической стенке камеры, после чего в камере возникает закрученное течение, т. е. усилитель включается в работу. При указанном быстром притяжении струи происходит скачкообразное изме­ нение давления и расходов вихревого усилителя.

Чтобы избежать этого, применяется рассредоточенная по периметру камеры симметричная подача потока питания, дости­ гаемая увеличением ширины и числа сопел питания (двух — на рис. 137,6 и четырех на рис. 137, в) или применением равно­ мерно распределенной периферийной подачи. В последнем слу­

чального давления управления, а следовательно, к сокращению диапазона регулирования по давлению. Недостатком рассредо­ точенной подачи потока питания является также возможность существования заметной зоны начальной нечувствительности усилителя.

Появление этой зоны объясняется следующим. В начальный момент, когда тангенциальная струя управления имеет неболь­

усилителя. Действительно, уменьшение расхода питания может быть скомпенсировано прибавлением к нему расхода потока управления, вызвавшего это уменьшение. Поэтому суммарный расход на выходе усилителя на рассматриваемой стадии его работы может быть даж е больше первоначального расхода пита­ ния. После возникновения в вихревой камере закрученного течения поток управления начинает эффективно воздействовать на весь поток питания.

Таким образом, в рабочем процессе вихревого усилителя можно наметить две характерные стадии: начальную (или

292

стадию стеснения потока питания потоком управления) и стадию закрутки. На стадии стеснения поток управления лишь умень­

неизменным, то увеличение давления рк с увеличением закрутки

де имеется сброс, то при отсутствии сигнала управления поток поступает из выходного сопла усилителя в приемное сопло линии нагрузки. Если пропускная способность указанной линии меньше пропускной способности усилителя, то часть расхода сбрасы­ вается через атмосферную развязку А.

При тангенциальной подаче потока управления в камере усилителя возникает закрученное течение. В этом случае поток из выходного сопла усилителя вследствие действия инерционных сил будет иметь вид полого конуса (рис. 139, б). В зависимости от угла ß этого конуса в приемное сопло попадает различное ко­ личество жидкости. Угол ß определяется соотношением танген­ циальной и осевой составляющих скоростей потока в выходном сопле, т. е. зависит от закрутки потока в камере усилителя.

При некоторой величине потока управления угол ß конуса может стать таким, что весь расход, проходящий через усили­ тель, будет сбрасываться в атмосферу. В этом случае в линию нагрузки жидкость не поступает вовсе.

293

переходного участка от выходного сопла до приемной трубки.

могут быть скомбинированы в определенное число безразмерных комплексов. При этом нужно учесть, что при заданных геомет­ рических размерах камеры скорость ип может быть определена, если известны скорости иу и г,,.

Определяемыми параметрами могут быть, например, коэффи­ циент гидравлического сопротивления £у по линии управления (или £п— по линии питания); перепад Ар = рк — Рвых давления

Крз и /Сдз и т. д. Определяемые параметры в общем случае яв­

* Черта над буквой означает относительный размер. Все линейные разме­ ры отнесены к диаметру (Іѵ.

294

соответственно числа Рейнольдса Re, Фруда Fr и Маха М. От­

безразмерный перепад Ар также являются функциями указан­

ных в скобках параметров. Если рассматривается течение несжимаемой жидкости или газа со скоростями, при которых не

Для выявления границ влияния других параметров, указан­ ных в уравнении (402), были проведены опыты с вихревыми камерами, имевшими сосредоточенный несимметричный подвод потоков питания и управления. Размеры камер, изготовленных из органического стекла, варьировались в следующих пределах:

параметр Н существенно влияет на коэффициент Су. Влияние же

числа Re на величину Су имеет место лишь при значениях Re < 5000— 10000. На рис. 141, а приведена зависимость коэф­ фициента сопротивления Су от числа Re при различных относи­

тельных длинах / выходной трубки.

Эта относительная длина в диапазоне от 2,56 до 6,4 не ока­ зывает заметного влияния на коэффициент Су- Из рис. 141, а

также следует, что автомо­ дельность Су по числу Re на­ ступает практически при Re ^ 5000. Так как с изме­

295

tf>

представлена зависимость безразмерного перепада давления на камере от коэффициента гидравлического сопротивления нагруз­ ки и менявшегося в широких пределах. Согласно опытам, число

Fr на рассмотренном диапазоне не оказывает влияние на коэф­ фициент £у. С учетом сказанного для несжимаемой жидкости можно записать:

оказываются функциями безразмерных геометрических пара­ метров и отношения расходов.

Приведенные данные получены для усилителей, работавших на воздушной дреде. Однако они могут быть распространены и на случаи, когда в качестве рабочей среды используются другие газы или капельные жидкости [97].

Представление о свойствах вихревого усилителя дают харак­

постоянном давлении торможения в канале питания. Для сопо­ ставления характеристик различных усилителей они обычно нормируются (выходной расход QB и расход управления Qy относят к начальному расходу питания Qmr, а давление тормо­ жения ру • в канале управления — к давлению рп *).

296

ния. Она представляет собой точку пере­ сечения характеристики Q B = f(Q y) с

участка, определяющей зону начальной нечувствительности уси­ лителя.

М ежду точками Л 2 и У располагается конечный участок, на котором кривая QB= f(Qy) становится уж е весьма пологой. Чем меньше Qyl отличается от нуля и чем ближе Qy 2 к Qy3, тем выше

качество усилителя. Для рабочего участка обычно определяется коэффициент усиления К = A Q jA Q y .

Остановимся на основных результатах наиболее существен­ ных работ.

При изучении [117] влияния различных факторов на величины коэффициентов запирания по расходу /<рз и давлению /Сдз, а также влияния шума усилителя переменными были число сопел питания и управления, диаметры камеры D и выходного отвер­

подачей потока питания, имевший для уменьшения сопротивле­ ния два выходных отверстия 1 и 2 (рис. 143). Было установлено,

что для предотвращения образования неснмметрии в распреде­ лении тангенциальных скоростей, являющейся источником шума усилителя, необходимо иметь не меньше чем по два сопла пита­ ния и управления. Усилитель с четырьмя соплами обеспечивает лучшее смешение потоков, большую симметрию поля скоростей, а следовательно, и более низкий уровень шумов.

297

Исследовались различные типы выходов: отверстия со скругленными и острыми краями, конические диффузоры с раз­ личными углами, а также плоский осесимметричный диффузор (рис. 144).

вается. Однако при малых высотах камеры резко возрастает

«тарельчатые» диффузоры. При увеличении зазора тарельчатого диффузора возрастает величина /<рз, но одновременно растет и уровень шума. При некоторой величине зазора поток отрывается от наружной стенки камеры усилителя и становится нестабиль­ ным.

Коническому диффузору с утлом расширения 7° соответствует больший расход питания по сравнению с тарельчатым диффу­

зором при малой высоте Н вихревой камеры. Можно несколько

увеличить пропускную способность усилителя (до 5% ), если вход диффузора скруглить радиусом, равным диаметру выходного сопла. Конический диффузор позволяет также значительно уве­ личить высоту Н без заметного уменьшения Крз. При этом

существенно может быть уменьшёна амплитуда шумов. Неста­ бильность или шум вихревого усилителя связаны с нестабиль­ ностью положения ядра закрученного потока, выходящего в атмосферу.

Согласно опытам, в центральной части выходного отверстия в области, имеющей диаметр, равный примерно '/г диаметра

СРп

\

и>

р„- Л

Ра

298

Рис. 145. Влияние шири­

Снижение уровня шума, особенно при двух выходах, может быть достигнуто, если между выходным соплом и коническим

Основные параметры исследованных вихревых усилителей приведены в табл. 8 [117].

Максимальные значения К-рз, как следует из таблицы, дости­

гают 20.

Для пропорционального усиления целесообразно использо­ вать вихревые усилители с низким уровнем шумов (максималь-

299