Устройство для определения скоростей двухфазного потока

 

Использование: для определения скоростей газа и частиц в процессах газотермического нанесения покрытий. Сущность изобретения: устройство для определения скоростей двухфазного потока содержит ферму 1, размещенный на ней вал 5 и установленные на валу разделительный диск 7 (ближний к источнику потока 8) и измерительный (дальний) диск 10. В дисках 7 и 10 выполнены сквозные отверстия 11 и 12, равноудаленные от оси вращения дисков. Измерительный диск 10 снабжен механизмом углового перемещения относительно разделительного диска 7 и защитным экраном 14. Защитный экран 14 установлен соосно диском 7 и 10 в междисковом промежутке и имеет собственный привод углового перемещения относительно измерительного диска. Устройство позволяет получать раздельную информацию о скоростях газовой и дисперсной фаз. 6 ил.

Изобретение относится к экспериментальной газодинамике и может быть использовано при исследовании высокотемпературных струйных течений "газ-инерционные частицы" в процессах газотермического нанесения покрытий.

Известно устройство для измерения скорости потока частиц, состоящее из двух дисков, один из которых выполнен с отверстием /щелью/ /1/.

Недостатком данного устройства является невозможность определения с его помощью скорости газа.

Известно устройство для измерения скорости жидких частиц в двухфазном потоке /2/, содержащее вал с двумя установленными на нем дисками, имеющими равноудаленные от оси вращения отверстия.

Недостатком прототипа является невозможность определения с его помощью скорости газа, а также невозможность получения раздельной информации о скоростях движения газа и частиц за один процесс измерения.

Задачей изобретения является повышение информативности эксперимента - получение раздельной информации о скоростях движение газа и частиц в процессе одного измерения.

Задача решается за счет того, что в устройстве для определения скоростных характеристик двухфазного потока, содержащем ферму, размещенный на ней вал и установленные на валу разделительный /ближний к источнику потока/ и измерительный /дальний/ диски с равноудаленными от оси вращения отверстиями, измерительный диск снабжен механизмом углового перемещения и защитным экраном, установленным на нем соосно в междисковом промежутке, причем защитный экран имеет собственный привод углового перемещения относительно измерительного диска.

Конструктивная схема устройства представлена на чертеже, где на фиг. 1 изображено общее расположение его элементов, а на фиг. 2 и 3 вид защитного экрана сверху в положении "закрыто" и "открыто" соответственно. На фиг. 4 и 5 показаны осциллограммы сигнала от датчика давления газа, соответствующее случаям частичного и полного прохождения газовой порции исследуемого потока через отверстие в измерительном диске. На фиг. 6 показано взаимное угловое расположение проекции отверстия разделительного диска на измерительный относительно отверстия измерительного диска и относительно пятна напыленных частиц после проведения измерения.

Устройство содержит ферму 1 с выполненным в ней пазом 2, двигатель 3, ременную передачу 4, вал 5 со шпонкой 6, разделительный диск 7 /ближний к источнику 9 потока 8/ и измерительный /дальний/ диск 10. В дисках 7 и 10 выполнены равноудаленные от их оси вращения сквозные отверстия 11 и 12. Измерительный диск 10 выполнен с пальцем 13 и снабжен механизмом углового перемещения и защитным экраном 14. Механизм углового перемещения измерительного диска 10 включает в себя две винтовые пары: винт 15 гайка 16. /гайка 16 содержит палец 17/ и винт 18 гайка 19, подшипники 20, 21 и 22 и фиксатор /на чертеже не указан/ углового положения винта 15. Защитный экран 14 измерительного диска 10 выполнен с пазом 23, снабжен подшипником 24 и собственным электромагнитным приводом углового перемещения, якорь 25 которого установлен непосредственно на защитном экране 14, а сердечник с обмоткой 26 на ферме 1.

Винт 18 выполнен с продольным внутренним пазом, в который входит шпонка 6 вала 5. Разделительный диск 7 жестко закреплен на валу 5, а измерительный диск 10 на гайке 19. Гайка 19 в осевом направлении зафиксирована с помощью подшипника 20, соединенного с ней и с разделительным диском 7. Винт 18 соединен с гайкой 16 посредством подшипника 21. Винт 15 установлен на основании фермы 1 посредством подшипника 22. Палец 17 гайки 16 расположен в пазу 2 фермы 1. Палец 13 измерительного диска 10 размещен в пазу 23 защитного экрана 14.

Измерительная часть устройства, кроме измерительного диска 10, также включает в себя датчик давления газа 27, осциллограф 28, частотомер 29, угломер с нониусом 30 и стрелку угломера 31. Стрелка угломера установлена на разделительном диске 7 с возможностью углового перемещения вокруг его оси и имеет фиксатор положения /на чертеже не показан/.

На фиг. 1 6 обозначено: 32 проекция отверстия 11 разделительного диска 7 на измерительный диск 10; 33 пятно напыленных частиц; L междисковое расстояние; направление вращения дисков; R радиус окружности, на которой находятся центры: отверстия 12 измерительного диска 10, проекции 32 и пятна напыленных частиц 33; a центральный угол между проекцией 32 и отверстием 12 измерительного диска 10; b центральный угол между проекцией 32 и пятном напыленных частиц 33.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии диски 7 и 10 расположены таким образом, что оси их отверстий 11 и 12 совпадают. Включают двигатель 3. Вращение от него передается с помощью ременной передачи 4 валу 5 с диском 7. Вращение от вала 5 посредством шпонки 6 передается винту 18, а от него измерительному диску 10. Затем подают напряжение на обмотку электромагнита 26 с полярностью, которая обеспечивает магнитное воздействие сердечника электромагнита на якорь 25 и угловое перемещение защитного экрана 14 до положения, соответствующего указанному на фиг. 2. После этого включают источник /например, плазмотрон/ 9, который начинает генерировать двухфазный поток /двухфазную струю системы "газ-инерционные частицы"/ 8. Двухфазных поток периодически пересекается отверстием 11 разделительного диска 7. Во время каждого такого пересечения через отверстие 11 проходит и отделяется от двухфазного потока 8 порция. Таким образом, диском 7 с отверстием 11 осуществляется периодическое разделение плазменной струи 8 и порций от нее. Объем порций можно регулировать частотой вращения двигателя 3. За счет того, что скорости газа и частиц различны /в плазменном напылении в 4 10 раз/, в междисковом промежутке происходит сепарация в каждой порции смеси газ отделяется от частиц и первым достигает защитного экрана 14. Вслед за газом защитного экрана 14 достигают частицы.

Затем вращают винт 15 и, тем самым, перемещают гайку 16 в осевом направлении. При этом проворачиванию гайки 16 относительно фермы 1 препятствует палец 17, расположенный в ее пазу 2. Осевое перемещение гайки 16 вызывает осевое перемещение в том же направлении подшипника 21 и установленного в нем винта 18. При этом винт 18 перемещается вдоль шпонки 6 по валу 5 и не проворачивается относительно него. Т.к. гайка 19 с измерительным диском 10 зафиксирована с осевым направлении относительно разделительного диска 7 с помощью подшипника 20, то осевое перемещение винта 18 приводит к угловому перемещению гайки 19 с измерительным диском 10. Таким образом, в процессе работы двигателя 3 и вращения вала 5, регулируя угловое положение винта 15, поворачивают в окружном направлении измерительный диск 10 вместе с защитным экраном 14 /находящимся в положении, соответствующем изображенному на фиг. 2/ относительно разделительного диска 7. Винт 15 вращают до тех пор, пока сигнал от датчика давления газа 27, отображенный на экране осциллографа 28, не преобразуется из вида, изображенного на фиг. 4, в вид с максимальной амплитудой, как показано на фиг. 5. Максимальной амплитуде сигнала датчика 27 соответствует условию наибольшего прохождения газовой фазы отделенной от потока 8 порции через отверстие 12 измерительного диска 10. Это объясняется тем, что именно в этом случае максимален импульс силы газа на чувствительный элемент датчика 27. В момент максимальной амплитуды сигнала датчика 27 винт 15 фиксируют и снимают показание с угломера 30. Показание угломера 30 при этом соответствует центральному углу " a " между проекцией 32 отверстия 11 разделительного диска 9 на измерительный диск 10 и отверстием 12 измерительного диска 10. /см. фиг. 6/. Определяют частоту вращения "n" дисков 7 и 10 по частотомеру 29.

Затем подают напряжение на обмотку электромагнита 26 с полярностью, обратной первоначальной. Это обеспечивает противоположное первоначальному магнитное воздействие сердечника электромагнита на якорь 25 и поворачивает защитный экран 14 в положение, открывающее доступ частиц отделенных порций потока 8 к поверхности измерительного диска 10 /см. фиг. 3/. При этом частицы напыляются на измерительный диск 10.

После этого двигатель 3 выключают. Устройство останавливается. Измеряют центральный угол "B" между проекцией 32 отверстия 11 разделительного диска 7 на измерительный диск 10 и пятном напыленных частиц 33. Для этого сначала поворачивают стрелку 31 относительно разделительного диска 7 до пересечения ею центра пятна напыленного порошка и фиксируют ее. Затем вращают гайку 15 в том же направлении, как и раньше, до положения пересечения стрелкой 31 оси отверстия 12 измерительного диска 10 и фиксируют винт 15. После этого снимают показание угломера 30. В итоге вычисляют значение скоростей газовой Vг и дисперсной Vч фаз по формулам: ; ;
где: L расстояние между дисками 7 и 10, м;
n частота вращения дисков 7 и 10, об/с;
a центральный угол между проекцией 32 отверстия 11 разделительного диска 7 на измерительный диск 10 и отверстием 12 измерительного диска 10 /см. фиг. 6/, град.

b центральный угол между проекцией 32 отверстия 11 разделительного диска 7 на измерительный диск 10 и пятном напыленных частиц 33, град.

Использование изобретения позволяет получать раздельную информацию о скоростях газовой и дисперсной фаз в процессе плазменного напыления за один акт измерения. Это, в свою очередь, позволяет повысить информативность и производительность эксперимента.

Формула изобретения

Устройство для определения скоростей двухфазного потока, содержащее ферму, размещенный на ней вал и установленные на валу разделительный и измерительный диски с равноудаленными от оси вращения сквозными отверстиями, отличающаяся тем, что измерительный диск снабжен механизмом углового перемещения и защитным экраном, установленным на нем соосно в междисковом промежутке, причем защитный экран имеет собственный привод углового перемещения относительно измерительного диска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6