7.11. Измерение скорости потока жидкости и газа Определение величины скорости потока

Определение величины скорости потока при испытании двигателей производят по уравнению Бернулли. Для газовых потоков малой скорости (M=£0,25) пользуются формулой для несжимаемой жидкости

W=,

где Dр – разность между полным и статическим давлением;

ρ – плотность жидкости.

Для потоков большой скорости используют соотношение

W = λ·α_акр,

где α_акр = .

Коэффициент скорости λ определяется с помощью газодинамических функций в соответствии с величиной , полученной при измерениях, так же как и параметр температуры .

Определение направления скорости в потоках

Для определения направления скорости могут быть использованы методы визуализации потоков. Стенки канала выполняют прозрачными, а поток делают видимым за счет введения специальных наполнителей. Методы визуализации дают хорошие результаты при сравнительно малых скоростях потока (до 50 м/с).

Метод нитей состоит в том, что в поток помещаются на тонких проволочках легкие шелковые нити или флажки (для горячих потоков – из листовой платины), которые принимают положение линий тока при плавном течении или сильно колеблются в зонах отрыва).

Частицы, нити, флажки могут наблюдаться невооруженным глазом или фотографироваться в прямом или отраженном свете. Эти методы успешно применяются при исследовании течений вблизи поверхности тел, а также при определении направления потока и областей затенения в испытательных боксах.

В тех случаях, когда прямой доступ для определения направления потока отсутствует, используют специальные приемники давления.

Чувствительным элементом приемника является сферическая головка, на которой выполнено пять отверстий, четыре из которых расположены симметрично относительно пятого (центрального) отверстия. Принцип действия прибора состоит в том, что в зависимости от направления потока вокруг головки приемника формируется вполне определенное поле давлений, которое регистрируется через отверстия приемника.

Методом сравнения экспериментально полученного поля давлений с имеющимися для каждого приемника образцами аналогичных полей, хранящимися в каталоге, определяют направление потока. В частности, если поле давлений симметрично, то это означает, что приемник ориентирован по потоку. Этим свойством часто пользуются – изменяют при проведении эксперимента положение приемника, добиваясь его ориентации по потоку, тем самым определяя направление потока.

7.12. Измерение крутящего момента.

Мощность авиационного двигателя определяют косвенным путем по измеренному крутящему моменту и скорости вращения вала двигателя:

N = M · n,

где n – частота вращения, а M – крутящий момент.

Измерение крутящего момента двигателя (или турбины, компрессора и т.п.) осуществляется путем измерения опрокидывающего момента какого-либо балансирного устройства и зависит от того, подводится мощность к испытываемому агрегату или отводится от него.

При испытании двигателя, турбины или какого-либо стартера вырабатываемая мощность должна быть поглощена измерительным балансирным устройством. Напротив, работа компрессора или насоса связана с подводимой извне мощностью, поэтому при испытаниях этих агрегатов измерение подводимого крутящего момента производится балансирным устройством без поглощения мощности.

Крутящий момент может быть измерен и по углу скручивания какого-либо упругого элемента, воспринимающего этот крутящий момент.

Тормозные динамометры служат для поглощения и измерения мощности, развиваемой испытуемым двигателем. Между ротором и статором тормоза существуют силы взаимодействия (гидравлические, электрические, механические), которые стремятся повернуть последний в направлении вращения вала. Эти силы взаимодействия находятся в прямой зависимости от крутящего момента ротора. Необходимым элементом таких динамометров является подвижный («балансирный») статор.

Вращающий момент, который возникает в статоре, измеряется с помощью силоизмерителя, расположенного на некотором расстоянии от оси статора.

Из всех видов тормозных устройств наибольшее распространение получили гидравлические тормоза. Их действие основано на гидравлическом сопротивлении жидкости перемещению ротора. Жидкость, находящаяся в гидротормозе, приводится во вращение движущимся ротором. Полученную энергию жидкость передает стенке балансирно подвешенного статора, стремясь увлечь статор за собой.

На корпусе статора создается момент, измеряемый силоизмерительным устройством.

В гидротормозе можно менять нагрузки, изменяя количество воды в статоре или величину активной поверхности ротора. При этом каждому двигателю или агрегату, крутящий момент которого измеряется, соответствует вполне определенный уровень воды, такой при котором не меняются обороты двигателя (агрегата).

Рабочей жидкостью гидротормоза из-за большой теплоемкости и постоянства вязкости при изменении температуры чаще всего является вода. Иногда для увеличения тормозной мощности применяется масло.

Измерение крутящего момента без поглощения мощности.

При испытании двигателя часто в качестве пускового устройства применяют так называемый балансирный электродвигатель, который одновременно с раскруткой запускаемого двигателя дает возможность определять величину поглощаемой им мощности при запуске. Такой электродвигатель может быть использован при измерении крутящего момента компрессора, когда требуется подвести мощность извне.

Необходимо отметить, что балансирные измерители крутящего момента (электродвигатели, гидротормоза) являются инерционными приборами и не позволяют производить измерения при быстроизменяющихся нагрузках. В этих случаях применяют малоинерционные электрические измерители крутящего момента – торзиометры, в которых мерой момента служит деформация упругих элементов, преобразованная в параметры электрического тока.

Из торзиометров с контактными токосъемниками наиболее широко применяются торзиометры с проволочными преобразователями. На вал, передающий измеряемый момент, наклеиваются два торзиометра, расположенные перпендикулярно друг другу и под углом 45˚ к оси вала (по направлению главных напряжений). Оба преобразователя включаются в два соседних плеча измерительного электрического моста.

Фотоэлектрический тензометр не нуждается в скользящем токосъемном устройстве. В двух местах вала, на базовом расстоянии L, жестко укрепляются диски с радиальными прорезями. Между дисками расположен источник света. С другой стороны каждого диска за диафрагмой с узкой щелью располагаются фотоэлементы. Положение дисков относительно друг друга регулируется так, чтобы при вращении с нулевой нагрузкой в момент прохождения прорезями диафрагм свет одновременно попадал на оба фотоэлемента. Во время измерения, когда крутящий момент не равен нулю, за счет упругих деформаций вала диски окажутся сдвинутыми относительно друг друга и фотоэлементы будут освещаться не одновременно. Импульсы от фотоэлемента поступают в специальное устройство, в котором измеряется промежуток времени от одного до другого импульса.

Недостатком электрических измерителей крутящего момента является то, что их точность, как правило, ниже точности балансирных электродвигателей и гидротормозов.