3.3 Пневмоусилители со струйной трубкой

Основным элементом такого усилителя служит струйная трубка 3 (рис. 11, а), закрепленная на полой оси 6 и игле 1 и поворачивающаяся на небольшой угол. Поворот трубки возникает обычно под действием какого-либо чувствительного органа 7 (например, мембранного). Трубка заканчивается сужающимся выходным соплом 4. Сжатый воздух подводится к трубке через полый вал 2. В корпусе усилителя непосредственно против выходного отверстия струйной трубки размещена сопловая плитка с приемными соплами 5. Входные отверстия сопл расположены в плоскости движения трубки. В усилителе со струйной трубкой происходит двойное преобразование энергии: при вытекании воздуха из выходного сопла трубки потенциальная энергия давления переходит в кинетическую энергию струи, а затем при входе струи в расширяющиеся конусообразные каналы приемника; кинетическая энергия струи вновь преобразуется в потенциальную энергию давления.

Усилитель работает следующим образом. Если трубка находится в среднем положении и расположена симметрично по отношению к приемным соплам, то давление воздуха в обоих приемных соплах одинаково. При отклонении трубки от среднего положения давление в одном из приемных сопл возрастает, а в другом—уменьшается за счет вытекания из него воздуха. Чтобы избежать действия возвратной струи на струю, вытекающую из трубки, каналы в сопловой плитке расположены под углом в плоскости, перпендикулярной направлению движения трубки, а не в плоскости ее движения. В крайнем положении, когда ось струйной трубки совпадет с осью одного из приемных сопл, давление в последнем достигнет приблизительно 90% давления питания. Потери давления, равные 10%, получаются за счет двойного преобразования энергии в усилителе.

Если перемещение струйной трубки вызвано каким-либо упругим элементом, деформирующимся под действием давления Р_вх, то описанный усилитель можно рассматривать как усилитель давления, выходной сигнал которого Рвых = Р₁—P’₂ (Р₁ и P’₂—давления в прием­ных соплах).

Конструктивно пневматические усилители со струйной трубкой оформляются следующим образом. Диаметр выходного отверстия труб­ки обычно равен 1,5 — 2,5 мм. Для придания вытекающей струе более цилиндрической формы на конце струйной трубки имеется цилиндрический участок. Величину перемычки b (рис.11, б) между приемными отверстиями вы­бирают в пределах 0,1—0,5 мм. Чем меньше перемычка, тем выше чувствительность усилителя. Сопло на конце струйной трубки обычно выполняют с углом конусности ˜ 13°. Угол ? конусности расширяющегося приемного канала (рис. 11, в) принимается обычно по­ рядка 10°. Расширение канала необходимо для наилучшего преобразования кинетической энергии струи воздуха в потенциальную энер­гию давления.

Входные диаметры приемных каналов при­нимают равными диамет­ру сопла струйной труб­ки или несколько боль­ше его. Это обусловлено тем, что свободная турбу­лентная струя, выходя из отверстия струйной трубки, расширяется.

Угол ψ наклона приемных каналов в плоскости сопловой пластины необходим для исключения действия на струю, которая вытекает из трубки, обратной струи, вытекающей из приемного канала; этот угол связан с минимальным расстоянием h_min струйной трубки от сопловой пластины выражением

h_min=(d₁ sin ψ +d) / (2cos ψ).

При приближенном расчетё статической характеристики рассмат­ривают систему струйная трубка — приемный канал как проточную камеру, у которой за входное сопротивление принимают площадь перекрытия отверстия приемного канала (рис. 11, б), а за выход­ное — остальную площадь отверстия приемного канала, т. е. площа­ди f₁ и f’₁; f₁ и f’₂.

Произведение каждой из этих площадей на коэффициент расхода α представляет собой эффективную площадь турбулентного сопротив­ления. Величину коэффициента расхода в первом прибли­жении для всех пневмосопротивлений можно принять равной 0,8.

Эффективные площади f_э1 , f’_э1; f_э2 и f’_э2 проходных сечений при усло­вии, что диаметры приемных отверстий и трубки одинаковы, а угол отклонения трубки от среднего положения практически равен нулю, определяют так:

Углы:

где b — расстояние между краями отверстий; d — диаметр струйной трубки и приемных каналов; х—перемещение конца струйной трубки.

После нахождения эффективных площадей f_э1 , f’_э1; f_э2 и f’_э2 для од­ного положения струйной трубки определение точек статической ха­рактеристики производят в следующем порядке. Значениями величин d; Р_пит; Р₂ - давлением окружающей струйную трубку среды — и b обычно задаются перед началом расчета. Затем определяют от­ношения f_э1/f_э2, f’_э1/f’_э2 и Р₂/Р_пит. По графику, используя эти значения, находят отношения P₁/Р_пит и Р₂/Р_пит, из которых определяют давления в приемных кана­лах P₁ и Р’₁ при данном отклонении струйной трубки.

Определив аналогичным образом значения Р₁ и Р’₁ для других положений трубки, строят статическую характеристику для каж­дого приемного канала (примерный вид характеристик показан на рис. 1, г). Затем, взяв разность этих характеристик, получают статическую характеристику струйной трубки, связывающую раз­ность давлений в приемных каналах с положением струйной трубки.