Стенд для испытания сопла

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использована при проведении модельных испытаний для определения угла выхода потока и коэффициента скорости сопл, преимущественно плоских, которые широко применяют для двигателей в судостроении, авиации, космонавтике, в мобильных электростанциях и других областях техники. Указанная задача решается тем, что в стенде для испытания сопла, содержащем ресивер, снабженный отверстиями, одно из которых размещено в его торце, а другое на его боковой поверхности, ориентированные взаимно перпендикулярно, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками для разъемного закрепления в них испытываемого сопла, однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, подводящий трубопровод, снабженный упругими вставками и сообщенный с полостью ресивера посредством пары соосных патрубков, снабженных упругими вставками, продольная ось которых размещена в одной плоскости с продольной осью ресивера, каждый из патрубков снабжен парой упругих вставок, участок между которыми сообщен с участком между упругими вставками подводящего трубопровода, причем свободные концы патрубков выполнены с возможностью вращения относительно своей продольной оси, выполнены глухими и снабжены упорными подшипниками. Технический результат выражается в повышении точности измерения и эффективности испытаний сопла. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Полезная модель относится к технике, связанной с испытанием сопл, и может быть использована при проведении модельных испытаний для определения угла выхода потока и коэффициента скорости сопл, преимущественно плоских, которые широко применяют для двигателей в судостроении, авиации, космонавтике, в мобильных электростанциях и других областях техники.

Известна конструкция стенда для исследования единичных малых сопел, содержащая трубопровод, присоединенный к емкости для сборки рабочего тела, которая выполнена с возможностью установки испытываемого сопла в двух плоскостях с помощью фланцевого соединения и возможностью опирания на силоизмерительные средства (см. Наталевич А.С., «Воздушные микротурбины», 2 изд., перераб. и доп. - М., Машиностроение, 1979, стр. 92-93., 192 с, ил.).

Недостатком технического решения является недостаточная эффективность измерений, которые проводят в одном направлении, повышенная трудоемкость эксплуатации из-за необходимости использования весов и игольчатой подставки, а также низкая точность из-за отсутствия учета правильности (соосности) установки испытываемого сопла на емкости для сборки рабочего тела и возможности наличия систематической погрешности в ходе испытаний.

В качестве ближайшего аналога принята конструкция стенда для испытания сопла (см. патент РФ 135799, МПК G01M 13/00, 2013 г.)., содержащая ресивер, снабженный отверстиями, одно из которых размещено в его торце, а другое на его боковой поверхности, ориентированные взаимно перпендикулярно, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками для разъемного закрепления в них испытываемого сопла, однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, подводящий трубопровод, снабженный упругими вставками и сообщенный с полостью ресивера посредством пары соосных патрубков, снабженных упругими вставками, продольная ось которых размещена в одной плоскости с продольной осью ресивера.

Недостатком ближайшего аналога является низкая эффективность испытаний сопла из-за отсутствия учета измерительными средствами скручивающих усилий упругих вставок, возникающих при повороте ресивера вокруг его поперечной оси, что приводит к погрешностям измерений.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка конструкции стенда, позволяющего произвести необходимые измерения простым способом и с высокой точностью и эффективностью.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении точности измерения и эффективности испытаний сопла благодаря возможности учета однокомпонентными датчиками силы скручивающих усилий упругих вставок средств подвода рабочего тела, возникающих при повороте ресивера вокруг его поперечной оси.

Указанная задача решается тем, что в стенде для испытания сопла, содержащем ресивер, снабженный отверстиями, одно из которых размещено в его торце, а другое на его боковой поверхности, ориентированные взаимно перпендикулярно, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками для разъемного закрепления в них испытываемого сопла, однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, подводящий трубопровод, снабженный упругими вставками и сообщенный с полостью ресивера посредством пары соосных патрубков, снабженных упругими вставками, продольная ось которых размещена в одной плоскости с продольной осью ресивера, каждый из патрубков снабжен парой упругих вставок, участок между которыми сообщен с участком между упругими вставками подводящего трубопровода, причем свободные концы патрубков выполнены с возможностью вращения относительно своей продольной оси, выполнены глухими и снабжены упорными подшипниками.

Кроме того патрубки сообщены с подводящим трубопроводом под прямым углом. Кроме того упругие вставки подводящего трубопровода расположены попарно, симметрично относительно продольной оси патрубков. Кроме того подводящий трубопровод в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, выполнен П-образной формы, с закреплением его нижних концов.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

На фиг. 1 изображен вид стенда сбоку с установленным испытываемым соплом.

На фиг. 2 изображен вид стенда спереди с установленным испытываемым соплом.

На фиг. 3 изображен продольный разрез испытываемого сопла.

На фиг. 4 изображена схема разложения реактивной силы.

На чертежах показаны ресивер 1, съемные фланцевые накладки 2, испытываемое сопло 3, однокомпонентные датчики силы 4, измерительные штанги 5 однокомпонентных датчиков силы 4, подводящий трубопровод 6, упругие вставки 7 подводящего трубопровода 6, патрубки 8, упругие вставки 9 и общая продольная ось 10 патрубков 8, продольная 11 ось ресивера 1, заглушка 12.

Ресивер 1 выполнен цилиндрической формы для снижения трудоемкости изготовления, снижения материалоемкости и более равномерного распределения рабочего тела при испытаниях. Кроме того ресивер 1 снабжен отверстиями, одно из которых размещено в его торце, а другое на его боковой поверхности, ориентированные взаимно перпендикулярно, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками 2 для разъемного закрепления в них испытываемого сопла 3.

Съемные фланцевые накладки 2 выполнены симметричными, причем внутренний край каждой из съемных фланцевых накладок 2 отогнут под прямым углом для обеспечения возможности крепления между ними испытываемого сопла 3. Расстояние между параллельными внутренними краями закрепленных съемных фланцевых накладок 2 соответствует размеру испытываемого сопла 3.

Испытываемое сопло 3 выполнено преимущественно плоским.

Один конец каждой из измерительных штанг 5 однокомпонентных датчиков силы 4 фиксируется на ресивере 1, а другой конец снабжен завальцованым шариком, обеспечивающим возможность передвижения по однокомпонентным датчикам силы 4, и как следствие, возможность передвижения ресивера 1 по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Перемещения измерительных штанг 5 по однокомпонентным датчикам силы 4 незначительны и не оказывают существенное влияние при измерении реактивной силы.

Подводящий трубопровод 6 снабжен упругими вставками 7 и в плоскости, перпендикулярной продольной оси 11 ресивера 1, выполнен П-образной формы, с закреплением его нижних концов. Упругие вставки 7 подводящего трубопровода 6 расположены попарно, симметрично относительно продольной оси 10 патрубков 8.

Патрубки 8 снабжены парами упругих вставок 9, их продольная ось 10 размещена в одной плоскости с продольной осью 11 ресивера 1. При этом один конец каждого из соосных патрубков 8 сообщен с полостью ресивера 1, а свободный конец выполнен глухим, с возможностью поворота относительно продольной оси 10, и снабжен упорным подшипником.

Подводящий трубопровод 6 и патрубки 8, снабженные, соответственно, упругими вставками 7 и 9, обеспечивают подвод рабочего тела и подвижность ресивера 1 в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а также возможность поворота ресивера 1 относительно его поперечной оси.

Участок подводящего трубопровода 6 между упругими вставками 7 сообщен под прямым углом с участком патрубков 8 между упругими вставками 9.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно устанавливают подводящий трубопровод 6, который затем посредством патрубков 8 соединяют с ресивером 1, установленным с возможностью его удержания с помощью измерительных штанг 5, которые также обеспечивают возможность передвижения ресивера 1 по однокомпонентным датчикам силы 4.

Испытываемое сопло 3 присоединяют к торцу ресивера 1 с помощью съемных фланцевых накладок 2 в начальном положении, показанном на фиг. 1. Горловину отверстия, расположенного на боковой поверхности ресивера 1, закрывают с помощью заглушки 12.

К стенду от компрессорной установки (на чертежах не показана) подводят рабочее тело в виде сжатого воздуха, который проходит через патрубки 8, снабженные упругими вставками 9, а также корпус ресивера 1. В испытываемом сопле 3 сжатый воздух расширяется до атмосферного давления. Реактивная сила, возникающая при истечении сжатого воздуха через испытываемое сопло 3, через измерительные штанги 5 передается на однокомпонентные датчики силы 4. При этом ресивер 1 совершает микроперемещения, необходимые для работы однокомпонентных датчиков силы 4, и поворот вокруг своей поперечной оси, в результате чего происходит поворот свободных концов патрубков 8 относительно их продольной оси 11 и передача реактивной силы на однокомпонентный датчик силы 4 через соответствующую измерительную штангу 5. После проведения необходимых измерений подвод сжатого воздуха прекращают.

Далее меняют положение испытываемого сопла 3 путем поворота на 90 градусов относительно начального положения и заново закрепляют с помощью съемных фланцевых накладок 2 на торце ресивера 1. Затем возобновляют подачу сжатого воздуха и снимают показания однокомпонентных датчиков силы 4 при новом положении испытываемого сопла 3. Аналогично проводят необходимые измерения при положениях испытываемого сопла 3, полученных путем поворота относительно начального положения на 180 и 270 градусов.

На втором этапе испытаний испытываемое сопло 3 вертикально закрепляют на боковой поверхности ресивера 1 с помощью съемных фланцевых накладок 2. При этом горловину отверстия, расположенного с торца ресивера 1, закрывают с помощью заглушки 12.

Начальное положение испытываемого сопла 3 в горизонтальной плоскости аналогично положению испытываемого сопла 3 в вертикальной плоскости, изображенному на фиг. 1. Затем подают сжатый воздух и снимают показания однокомпонентных датчиков силы 4. Аналогично проводят необходимые измерения при положениях испытываемого сопла 3, полученных путем поворота относительно начального положения на 90, 180 и 270 градусов соответственно.

На заключительном этапе проводят анализ полученных данных и определение расчетных характеристик.

Реактивную силу определяют по формуле:

, где

- реактивная сила, H;

, , - проекции реактивной силы, H, соответственно, на оси X, Y, Z. Угол выхода потока определяют по формуле:

, где

- угол выхода потока, град.

Коэффициент скорости сопла определяют по формуле:

, где

C1 - выходная скорость потока, м/с, определяемая по формуле:

, где

G - расход потока, кг/с;

C1теор - теоретическая выходная скорость, определяемая по формуле:

, где

k - адиабатный коэффициент воздуха;

R - газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К);

T - температура перед соплом, К;

P 1 - давление перед соплом, Па;

P2 - давление за соплом, Па.

Таким образом, конструкция заявляемого стенда повышает точность и эффективность измерений благодаря возможности учета однокомпонентными датчиками силы скручивающих усилий упругих вставок средств подвода рабочего тела, возникающих при повороте ресивера вокруг его поперечной оси.

1. Стенд для испытания сопла, содержащий ресивер, снабженный отверстиями, одно из которых размещено в его торце, а другое на его боковой поверхности, ориентированные взаимно перпендикулярно, причем горловины отверстий имеют одинаковые сечения и снабжены съемными фланцевыми накладками для разъемного закрепления в них испытываемого сопла, однокомпонентные датчики силы, закрепленные на корпусе ресивера, измерительные штанги которых размещены в трех взаимно перпендикулярных направлениях, а их концы уперты в корпус ресивера с возможностью его удержания, подводящий трубопровод, снабженный упругими вставками и сообщенный с полостью ресивера посредством пары соосных патрубков, снабженных упругими вставками, продольная ось которых размещена в одной плоскости с продольной осью ресивера, отличающийся тем, что каждый из патрубков снабжен парой упругих вставок, участок между которыми сообщен с участком между упругими вставками подводящего трубопровода, причем свободные концы патрубков выполнены с возможностью вращения относительно своей продольной оси, выполнены глухими и снабжены упорными подшипниками.

2. Стенд для испытания сопла по п. 1, в котором патрубки сообщены с подводящим трубопроводом под прямым углом.

3. Стенд для испытания сопла по п. 1, в котором упругие вставки подводящего трубопровода расположены попарно, симметрично относительно продольной оси патрубков.

4. Стенд для испытания сопла по п. 1, в котором подводящий трубопровод в плоскости, перпендикулярной продольной оси ресивера, выполнен П-образной формы, с закреплением его нижних концов.

РИСУНКИ



 

Похожие патенты:
Наверх