Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления трактов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению гидравлического сопротивления трактов различных энергетических установок. Целью изобретения является повышение точности. Предлагаемый способ реализуется на устройстве, содержащем камеру 1 с отверстиями входа 2 и выхода 3. В отверстии входа устанавливается испытуемый тракт 6, во второе отверстие входа 16 установлен аналогично эталонный тракт 18. Оба тракта установлены на весовом устройстве с подвижным коромыслом 5, которое снабжено тарировочным приспособлением с элементами 12 - 15. Испытуемый и эталонный тракты закреплены на держателях. При включении вентилятора на выходе камеры 1 в последней создается разрешение и из окружающей среды в тракты засасывается воздух. Под действием разности аэродинамических сил, возникающих на трактах, коромысло отклоняется. По этой разнице, перепаду давлений в камере и вне ее, известному коэффициенту гидравлического сопротивления эталонного тракта определяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Si)S " 01 1 27/00

ОПИСАНИЕ HSOEPETEHHH

Н А BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbtTHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4430297/24-10 (22) 27,05.88 (46) 15.11.90. Бюл. М - 42 (72) А.Н. Бекетовский, Л.В. Гогиш, M.H. Кейтлин и И,М. Пинкэ (53) 537.787(088.8) (56) Иигай В.К. и др. Проектирование и расчет выхлопных диффузоров турбомашин. — Л., 1981, с, 272.

Авторское свидетельство СССР

N - 1439421, кл. G 01 L 7/00, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРАКТОВ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к определению гидравлического сопротивления .трактов различных энергетически:: установок. Целью изобретения является повышение точности. Предлагаемый способ реализуется на устройстве, содержащем камеру 1 с отверстиями

„.SU,» 1606890 А I входа 2 и выхода 3. В отверстии входа устанавливается испытуемый тракт6, во второе отверстие входа 16 установлен аналогично эталонный тракт

18. Оба тракта установлены на весовом устройстве с подвижным коромыслом 5, которое снабжено тарировочным приспособлением с элементами 12-15. Испытуемый и эталонный тракты закреплены на держателях. При включении вентилятора на выходе камеры 1 в последней создается разрешение и из окружающей среды в тракты засасывается воздух. Под действием разности аэродинамических сил, возникающих на трактах, коромысло отклоняется.

По э той разнице, перепаду давлений в камере и вне ее, известному коэффициенту гидравлического сопротивления эталонного тракта определяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта. 2 с. и .

1606890

20

Изобретение относится к технике определения гидравлического сопротивления трактов различных энергетических установок.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 представлено устройство для реализации предложенного способа, общий нид, на фиг. 2 — схема устройства, выполненного по рычажной схеме; на фиг. 3 — результаты измерения коэффициента гидравлического сопротивления конического диффузора с поперечным оребрением в виде колец, полученные на устройстве по фиг. 1; на фиг,4 — схема конического диффузора с поперечным оребрением в виде-колец, Устройство по фиг. 1 содержит камеру 1 с отверстиями входа 2 и выхода 3, установленный в отверстие входа камеры испытуемый тракт 4, весовое устройство с подвижным коромыслом 5, держатель 6 испытуемого тракта, основные 7 и дополнительные 8 упругие элементы с регулировочными винтами 9, демпфер 10> датчик 11 перемещения коромысла, тарировочное приспособление в ниде гибкой связи 12, прикрепляемой к держателю испытуемого тракта, блока 13 и чашки

14 с устанавливаемыми на ней грузиками 15. Кроме того, устройство содержит симметрично расположенное с отверстием входа 2 отверстие входа

16, эталонный тракт 17 с держателем

18 для крепления на коромысле весового устройства. В отверстиях входа в камеру 2 и 16 размещены одинаковые лабиринтные уплотнения 19. В центре камеры установлен направляющий аппарат 20 для устранения взаимодействия потоков, поступающих в камеру через выходные сечения испытуемого и эталонного трактов. Сетка 21 установлена для выравнивания статического давления внутри камеры.

Так же, как и держателю 6 исследуемого тракта 4, к держателю 18 эталонного тракта 17 в схеме предлагаемого устройства предусмотрено подсоединение на гибкой связи второго тарировочного приспособления с элементами 12-15. Отверстия 22 в щеках коромысла 5 служат для выравнивания давления на них. Камера 1 неподвижно прикреплена с .помощью стоек 23 к основанию устройства 24. Подвеска коромысла 5 на основных упругих элементах (плоских пружинах) позволяет коромыслу вместе с установленными в отверстиях его щек испытуемым и эталонным трактами перемещаться на небольшую величину в горизонтальном направлении в обе стороны от положения равновесия. Величина перемещения контролируется путем измерения выходного сигнала (напряжения U), датчика перемещения 11 пропорционального зазору О „ Для создания перепада давления на испытываемом и эталонном трактах AP = P>- Р используется внешний источник перепада давления, например центробежный вентилятор, подключаемый к выходному отверстию камеры и создающий разрежение в ней (вентилятор на схеме фиг. 1 не показан) .

Тарировка устройства производится без расхода воздуха через тракты (при выключенном источнике перепада давления, Р = О) путем определения зависимости R = R(U), где П вЂ” напряжение на выходе датчика перемещения

11, зависящего от величины зазора о

R = mg; m M »» Ko 15, устанавливаемых на чашки 14 тарироночных приспособлений, подсоединенных через гибкие связи 12 к держателям испытуемого и эталонного тракт:в;

g = 9,81 м/с — ускорение земного притяжения. Тарировка проводится раздельно для отклонения коромысла 5 (в левую и в правую сторону с помощью соответственно левого и правого тарировочных приспособлений. Помимо основного назначения оба тарировочные приспособления (элементы 12-15) могут использоваться для возвращения коромысла весов в процессе работы устройства в исходное положение равновесия и количественного определения при этом разности сил аэродинамических сопротивлений испытуемого и эталонного трактов h, R.

Измерение перепада давления Р производится дифференциальным датчиком

25 давления, закрепленным на стенке камеры 1. Бстировка устройства произ водится с помощью уроннемера 26, закрепленного на станине 24.

Устройство, показанное на фиг. 1, выполнено по дифференциалы ой схеме с расположением исследуемого и эталонного трактов но одной оси.

На фиг, 2 показана схем.- устройства, также реализующего предлагаемый способ. В данном случас весовое устройство выполнено в вип» рычажных

1..ОЬ890 (Fо+ .о) — 1 и о с .

": (6,+4,)+1

F Fo ус||» (3) FII Fo Ми|| (5) n =

0 (6) 6П = ЬК /ЬРР

) ЛсИЧ»

Ро л||1|| плошади миним -пьных проход (, .— ных сечений трактов;

,< - коэффициенты гидравлических сопротивлешш держа гелей испытуемого и эталонного трактов.

Б частном случае, когда (a(< S u

1 . с

7, c< U, что может быть достигнуто специальной профилировкой входных контуров держателей, соотношения (1) и (3) упрощаются

1 1+П и 1-И п,,-1

П

n2 +1

Б рассмотренном случае нахождения коэффициента исследуемого тракта предлагаемым способом использована предварительно определенная тарировачная зависимость 6К = 6 R (U) (режим ппрямого" измерения) . Однако в этом случае из-за смещения весового устройства от своего исходного положения равновесия лабиринтные уплотнения во входных отверстиях камеры работают в несколько различных условиях, и паразитная сила г = x от перетекания газа в лабиринтных уплотнениях во входных отверстиях камеры может оказаться отличной от нуля, что снижает точность определения гидравлического сопротивления.

Указанный недостаток можно устранить, если в процессе продувки трактов весовое устройство вновь установить в исходное положение равновесия о =,, например, с помощью имеющихся тарировочных приспособлений. При этом масса грузиков Д m» соответствующих значению || = 3, позволяет одновременно определять и разность аэродинамических сил hR = А mg» действующих на испытуемый и эталонный тракты.

Найдя величину h.R> =ЙК» по формулам (1)-(6), вычисляют искомое зна(1 1+" п2 1-П

55 где

П =П +АП; (2) весов с несоосной, параллельной подвеской испытуемого и эталонного трактов на концах коромысла. В данном случае роль датчика 11 перемещения выполняет стрелка коромысла совмест5 но со шкалой весового устройства, отградуированной с помощью тарировочного приспособления в сдиницах силы ЬЕ.

F, F

Предложенный способ осуществляют о следующим образом.

Испытуемый и эталонный тракты закрепляют с помощью держатепей в ще— ках коромысла устройства, Kale показано на фиг. 1. Для определенности допускают, что испытуемый тракт находится слева по схеме, а эталонный— справа. Предварительно станина устройства должна быть с помощью уров- 30 немера строго установлена в горизонтальной плоскости. При этом исходное положение равновесия коромысла вместе с закрепленными на них трактами соответствует исходному зна:|ению за- g5 зора 3 = dbo. Включается вентилятор и под действием создаваемого вентилятором разрежения — перепада давления

P = P — P из окружающей среды чеH рез тракты в камеру засасывается воз- 30 дух, Под действием разности аэродинамических сил, возникающих при течении газа через испытуемый R -и эталонный R тракты Ь В= — R — К, коромы о — о сло отклоняется на величину О в ту или иную сторону от своего исходного

35 положения равновесия, О = К» до тех пор, пока сила основных и дополнительных (если они включены) унругих элементов устройства не уравновесит вели40 чину QR . Используя предварительно

K полученную с помошью тарировочпых приспособлений зависимость ДК

=АЗ (Б), где | — выходной электрический сигнал датчика перемеще||ия» определяют величину силы Ь., а по выходному сигналу датчика перепада давления определяют перепад статического давления на трактах АР = Р|,- Р|,, Зная коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта определяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта по Формуле: площади выходных сечений испытуемого и эталонного трактов;

1606890 чение коэффициента гидравлического сопротивления исследуемого тракта, зная коэффициент 1 эталонного тракта. то

В отдельных случаях встает зада5 ча аэродинамического совершенствования трактов сложной формы. Коэффициент гидравлического сопротивления эталонного (исходного) тракта (при этом, как правило, заранее не известен.

В такой ситуации предлагается приближение дополнительно определить величину, эталонного (исходного) тракта путем измерения помимо перепада давления на трактах ДР и разности аэродинамических сил ДК величины перепада давления на входе и в минимальном проходном сечении эталонного тракта

20 о Рамии н 0

Измерение ЬРО д н может производиться не обязательно в процессе измерения $ 11, а в дополнительном опыте 25 при зафиксированном относительно станины устройства коромысле. При этом только важно сохранить перепад давления на трактах ДР, при котором производилось измерение ДК (фиксатор коромысла и датчик измерения Д Ро „,ц„на схеме фиг. 1 не показаны) .

1Io измеренному значению Д Ро,А„ приближенно определяют коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта

35 (8)

Величина, в данном случае опрегO делена по параметрам потока в мини- 40 мальном проходном сечении эталонного тракта в предположении постоянства плотности рабочей среды б = сопя .

Определив указанным образом значение

1 по соотношениям (16) и экспери- 45

0 ментально измеренным величинам 5R< и gР, при известных значениях и и и> определяют коэффициент гидравлического сопротивления исследуемого тракта (с внесенными в него конструк- 50 тивными элементами.

Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить точность и разрешающую способность (при измерении, гидравлического сопротивления трак- 55 тов) что особенно ценно для экспериментальной проверки эффективности конструктивных изменений, вносимых в тракты в процессе их аэродинамичеса кого совершенствования, например, при доводке и форсировании различных энергетических установок. При этом возможно сравнение гидравлических сопротивлений трактов с проточной частью сколь угодно сложной формы при наличии областей обратных токов и существенно неравномерного распределения скоростей потока в поперечном сечении тракта. Известными способами определение гидравлического сопротивления таких трактов весьма затруднительно, а получаемые результаты малодостоверны. По сравнению со способом-прототипом благодаря переходу на дифференциальную схему можно повысить точность определения гидравлического сопротивления более чем в 2 раза.

В качестве подтверждения высокой чувствительности предлагаемых способа и устройства для его осуществления на фиг. 3 приведены результаты исследования влияния поперечного оребрения конического диффузора с углом раскрытия 2 Ы = 30 . Схема конического . диффузора приведена на фиг. 4. Поперечное оребрение проводилось с помощью колец, изготавливаемых из прутка Р 2 5 мм. Испытанные варианты диффузоров отличались числом и местом расположения колец (n0,кольца). В данном случае держатель исследуемого тракта (оребренного конического диффузора) изготавливался заодно с самим трактом. Испытания 12 вариантов оребрения, условно показанных на диаграмме фиг.3 проводились на опытном образце предлагаемого устройства, реализованного по схеме фиг. 1, с диаметром сферической камеры 430 мм на ре>явке с параметрами: Р„= 10 Па, ЛР

= 0,055 10 Па. Рабочее тело — воздух при температуре Т = 288 К, число

Рейнольда R е - 7-10 . Из данных, приведенных на диаграмме фиг. 3, следует, что с помощью поперечного оребрения можно существенно снизить коэффициент гидравлического сопротивления короткого конического диффузора. Так при постановке пяти колец, n = 5, с номерами no = 1-5 величина упала со значения 0.31 (исходный вариант диффузора ь .- 12 без оребрения) до значения (= 0,22 (вариант М 1), т.е. гидравлические потери снизились примерно на 292.

1606890

Формула изобретения

1. Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления тра5 ктов, заключающийся в том, что продувают испытуемый тракт, измеряют перепад давления на его входе и выходе, измеряют площади минимального и выходного сечений тракта, а также изме- 10 ряют величину аэродинамического усилия с помощью весового устройства, действующего на испытуемый тракт, и вычисляют .значение коэффициента гидравлического сопротивления тракта, 15 отличающийся тем, что, с целью повышения точности, одновременно с испытуемым трактом продувают установленный с ним на одном весовом устройстве эталонный тракт с известным коэффициентом гидравлического сопротивления, измеряют разность аэродинамических усилий, действующих на испытуемый и эталонный тракты, и определяют коэффициент гидравли- 25 ческого сопротивления испытуемого тракта из, соотношения

1 1+" п2 1-П т

30 где

И =П,+кП;.А-1.

О П21 +19 о о

™ ИH У

35 о ми

9 = + 6К/APF;

AP = P„— P„;

h.R= R — R о силы аэродинамического воздействия на испытуемый 45 и эталонный тракты;

P К вЂ” давления на входе и выхоН» К де из трактов;

F F — площади выходных сечений о испытуемого и эталонного трактов (F = F );

F Р— площади минимальных сечеwag О МИН ний трактов; — коэффициент гидравличесо кого сопротивления эта55 лонного тракта. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что перед продувкой испытуемый и эталонный тракты ориентируют по одной оси, а продувку испытуемого и эталонного трактов осуществляют во взаимно противоположных направлениях.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и— ч а ю шийся тем, что перед продувкой определяют исходное положение равновесия весового устройства с испытуемым и эталонным трактами, а затем в процессе продувки трактов вновь возвращают весовое устройство в исходное положение равновесия и в этом исходном положении равновесия измеряют разницу оси аэродинамического воздействия на испытуемый и эталонный тракты.

4, CIIOCO IIO IIII 1-3, ч а ю шийся тем, что во время продувки трактов дополнительно измеряют перепад давления на входе и в минимальном проходном сечении эталонного тракта, а коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого тракта вычисляют после предварительного определения коэффициента гидравлического сопротивления эталонного тракта по формуле

AP 1

4 Ро мин где A Po миц= Pq Po миц i

P — статическое давление в минно л1цд мальном проходном сечении эталонного тракта.

5. Устройство для определения гидравлического сопротивления трактов, содержащее камеру с отверстием входа с лабиринтным уплотнением и отверстием выхода, установленный в отверстии камеры испытуемый тракт, весовое устройство с подвижным коромыслом, держателем испытуемого тракта, упругими элементами с регулировочными винтами, демпфером, датчиком перемещения, источник и датчик перепада давления на входе и выходе испытуемого тракта и узел настройки, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено направляющим аппаратом, вторым лабиринтным уплотнением и эталонным трактом, установленным с помощью второго держателя на коромысле весового устройства, а в камере выполнено третье отверстие, в котором размещен эталонный тракт и установлено второе лабиринтное уплотнение, причем испытуемый и эталонный тракты расположе1606890 Н. Н ны соосно и ориентированы входами в пвотивоположных направлениях, а между ними в камере установлен направляющий аппарат.

6. Устройство по и. 5, о т л и— ч а ю ц е е с я тем, что в нем держатели испытуемого и эталонного тра1 ктов выполнены одинаковой цилиндрической жормы, а лабиринтные уплотнения выполнены идентичньп:и.

7. Устройство по пп,. 5 и б„о т— л и ч а ю щ е е с :: тем, что в нем эталонный тракт снабжен измерителем давления, установленным в его минимальном сечении.

К 5енпилюору

Щ/2,Z! ()Obo9C

Ф ")

1606890 олца

Составитель А. Соколовский

Техред И.Ходапичg Корректор М. Максимишинец

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 3546 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101