Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления трактов и устройство для его осуществления

(56) Иигай В.К. иние и расчет выхлотурбомашин, - ЛАвторское свидеУ 1439421, кл. С 0 Р 42кий, Л.В. Гогиш Пинкэ др. Проектирова нных диффузоров 1981, с, 272.тельство СССР 1 Ь 7/00, 1987. лен ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ТРАКТО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к опредеию гидравлического сопротивления трактов различных энергетически: установок. Целью изобретения является повышение точности. Предлагаемый способ реализуется на устройстве, содержащем камеру 1 с отверстиями.801606890 2 входа 2 и выхода 3, В отверстии входа устанавливается испытуемьй тракт, ва второе отверстие входа 16 установлен аналогично эталонньп тракт 18, Оба тракта установлены на весовом устройстве с подвижным коромыслом 5, которое снабжено тарировочным приспособлением с элементами 12-15. Испытуемый и эталонньп 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. 2 с. и, 5 з,п, ф - чы, 4 ил.10 15 25 30 35 40 45 50 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 второготарировочного приспособления с элементами 12-15. Отверстия 22 в щекахкоромысла. 5 служат для выравнивания давления на них. Камера 1 неподвижноприкреплена с помощью стоек 23 к основанию устройства 24. Подвеска коромысла 5 на основных упругих элементах (плоских пружинах) позволяет коромыслу вместе с установленными вотверстиях его щек испытуемым и эталонным трактами перемещаться на небольшую величину в горизонтальномнаправлении в обе стороны от положения равновесия, Величина перемещенияконтролируется путем измерения выходного сигнала (напряжения 11), датчикаперемещения 11, пропорциональногозазору 3Для создания перепада давления на испытываемом и эталонномтрактах Р = Рн- Р используетсявнешний источник перепада давления,например центробежный вентилятор,подключаемый к выходному отверстиюкамеры и создающий разрежение в ней(вентилятор на схеме фиг, 1 не показан) .Тарировка устройства производится без расхода воздуха через тракты(при выключенном источнике перепададавления, Р = О) путем определениязависимости К = К(11), где 11 - напряжение на выходе датчика перемещения11, зависящего от величины зазора 3К = тпрр; ш - масса грузиков 15, устанавливаемых на чашки 14 тарироночных приспособлений, подсоединенныхчерез гибкие связи 12 к держателямиспытуемого и эталонного трактов;д = 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 тарировочныеприспособления (элементы 12-15) могутиспользоваться для возвращения коромысла весов в процессе работы устройства в исходное положение равновесияи количественного определения при этомразности сил аэродинамических сопротивлений испытуемого и эталонного трактовК.Измерение перепада давления Рпроизводится дифференциальным датчиком25 давления, закрепленным на стенкекамеры 1. Бстировка устройства производится с помощью уроннемера 26, закрепленного на станине 24.Устройство, показанное на фиг. 1,выполнено по дифференциальной схемес расположением исследуемого и эталонного трактов но одной оси,На фиг, 2 показана схема устройства, также реализующего предлагаемый способ. В данном случас весовоеустройство выполнено в вип рычажных) ЛсИЧГ ,- плошади минимальных проходных сечений трактов;коэфйициенты гидравлических сопротивлешш держа гелей испытуемого и эталонного трактов.Б частном случае, когдао( 1 ис,, что может быть достигнуто специальной профилпровкой входных контуров держателей, соотношения (1) и (3) упрощаются 1 1+Пи 1-И п - 1п 2+1 Б рассмотренном случае нахождения коэффициентаисследуемого тракта предлагаемым способом использована предварительно определенная тарировочная зависимость ДВ = 6 В(Й (режим цпрямого" измерения). Однако в этом случае из-за смещения весового устройства от своего исходного положения равновесия лабирицтные уплотнения во входных отверстиях камеры работают в несколько различных условиях, и пяразитная сила Дг = гот 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 3 = 1 о, например, с помощью имеющихся тарировочных приспособлений, При этом масса грузиков Д и, соответствующих значению о = Зо, позволяет одновременно определять и разность аэродинамических сил ДК = Д пд, действующих на испытуемый и эталонный тракты.Найдя величину ДВ =ДВ, по Формулам (1)-(6), вычисляют искомое зна 1 1+Пп 2 1-П 355 где П = По+оП;(2) весов с несоосцой, параллельной подвеской испытуемого и эталонного трактов на концах коромысла. В данномслучае роль датчика 11 перемещениявыполняет стрелка коромысла совмест 5но со шкалой весового устройства,отградуированной с помощью тарировочного приспособления в сдиницахсилы ДЕ.1 О Г ГПредложенный способ осуществляют оследующим образом.Испытуемый и эталонный трактызакрепляют с помощью держатепей в щекях коромысла устрОЙствя как показано на фиг. 1. Для определенностидопускают, что испытуемый тракт находится слева по схеме, а эталоццый -справа, Предварительно станина устройства должна быть с помощью уровнемера строго установлена в горизонтальной плоскости, При этом исходноеположение равновесия коромысла вместе с закрепленными на цих трактамисоответствует исходному значению зазора= оо, Включается вентилятор ипод действием создаваемого вентилятором разрежения - перепада давленияР = Р - Р из окружающей среды чеИ Крез тракты в камеру засасывается воздух, Под действием разности аэродинамических сил, возникающих при течении газа через испытуемый Ви эталонный 1 тракты Д В= Р - В, коромыо- осло отклоняется на величину Д О в туили иную сторону от своего исходного35положения равновесия,= 8, до техпор, пока сила основных и дополцггельных (если они включены) упругих элементов устройства не уравновесит вели 40чину ДВ Используя предварительно,.полученную с помошью тарировочпыхприспособлений зависимость ДВ.=ЬВ(Б), где 1. - выходной электрический сигнал датчика перемещения,определяют величину силы Ь. ., а повыходному сигналу датчика перепададавления определяют перепад статического давления на трактах АР = Р- Р,.Зная коэффициент гидравлическогосопротивления эталонного трактаопределяют коэффициент гидравлического сопротивления испытуемого трактапо Формуле: площади выходных сечений испытуемого и эталонного трактов;чение коэффициента гидравлическогосопротивленияисследуемого тракта,зная коэффициент 1 эталонного тракта,тоВ отдельных случаях встает зада 5ча аэродинамического совершенствования трактов сложной формы. Коэффициент гидравлического сопротивленияэталонного (исходного) трактаприэтом, как правило, заранее не известен,В такой ситуации предлагаетсяприближение дополнительно определитьвеличину , эталонного (исходного)тракта путем измерения помимо перепада давления на трактах ДР и разности аэродинамических сил ДК величины перепада давления на входе и вминимальном проходном сечении эталонного тракта20Д о чи Рн о ниИзмерение ДРО дможет производиться не обязательно в процессе измерения Д К, 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 Рона схеме фиг. 1 не показаны).Но измеренному значению Ь Ро АА приближенно определяют коэффициент гидравлического сопротивления эталонного тракта35(8)Величина , в данном случае опрег Оделена по параметрам потока в мини мальном проходном сечении эталонного тракта в предположении постоянства плотности рабочей среды Р = сопят. Определив указанным образом значениепо соотношениям (1 б) и экспериоментально измеренным величинам ДК и ДР, при известных значениях п.и п определяют коэффициент гидравлического сопротивления исследуемого трактас внесенными в него конструк тивными элементами.Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить точность и разрешающую способность (при измерении, гидравлического сопротивления трак тов). что особенно ценно для экспериментальной проверки эффективности конструктивных изменений, вносимых в тракты в процессе их аэродинамичес- а кого совершенствования, например, придоводке и форсировании различных энергетических установок, При этом возможно сравнение гидравлических сопротивлений трактов с проточной частью сколь угодно сложной формы приналичии областей обратных токов исущественно неравномерного распределения скоростей потока в поперечномсечении тракта, Известными способамиопределение гидравлического сопротивления таких трактов весьма затруднительно, а получаемые результаты малодостоверны. По сравнению со способом-прототипом благодаря переходу на дифференциальную схему можно повысить точность определения гидравлическогосопротивления более чем в 2 раза. В качестве подтверждения высокойчувствительности предлагаемых способа и устройства для его осуществления на фиг. 3 приведены результатыисследования влияния поперечногооребрения конического диффузора суглом раскрытия 2 Ы = 30 . Схемаконического . диффузора приведенана фиг. 4. Поперечное оребрение проводилось с помощью колец, изготавливаемых из прутка2,5 мм. Испытанные варианты диффузоров отличалисьчислом и местом расположения колец(по,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, реализованногопо схеме фиг. 1, с диаметром сферической камеры 430 мм на режюе спараметрами; 1 = 10 Па, ЬР= 0,055 10 Па. Рабочее тело - воздух при температуре Т = 288 К, числоРейнольда К е710 . Из данных, приведенных на диаграмме фиг. 3, следует, что с помощью поперечного оребрения можно существенно снизить коэффициент гидравлического сопротивлениякороткого конического диффузора, Такпри постановке пяти колец, п = 5,с номерами по = 1-5 величина упала созначения 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 10Формула из о бр ет ения1. Способ определения коэффициента гидравлического сопротивления тра 5 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 ряют величину аэродинамического усилия с помощью весового устройства, действующего на испытуемый тракт, и вычисляют .значение коэффициента гидравлического сопротивления тракта, 15 о т л и ч а ю щ и й с я 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 коэффициентгидравли ческого сопротивления испытуемого тракта из, соотношения1+ 11п 2 1-ПгдеП =П,+аП;Ио п 2 +1 фо оРРуин юпо Ро Ро мии0 = + 6 КйРР;40Ри Рко эсилы аэродинамическоговоздействия на испытуемый 45и эталонный тракты;Р К - давления на входе и выхоНф Кде из трактов;Р Р - площади выходных сеченийоиспытуемого и эталонноготрактов (Р = Ро);Р Р - площади минимальных сечеМи 8 о минний трактов;- коэффициент гидравличесокого сопротивления эта 55лонного тракта.2, Способ по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что перед продувкой испытуемый и эталонный тракты ориентируют по одной оси, а продувкуиспытуемого и эталонного трактов осуществляют во взаимно противоположныхнаправлениях.3, Способ по пп. 1 и 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что перед продувкой определяют исходное положение равновесия весового устройства сиспытуемым и эталонным трактами,а затем в процессе продувки трактоввновь возвращают весовое устройствов исходное положение равновесия и вэтом исходном положении равновесияизмеряют разницу оси аэродинамического воздействия на испытуемыйи эталонный тракты,4, Способ по пп. 1-3, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что во времяпродувки трактов дополнительно измеряют перепад давления на входе и вминимальном проходном сечении эталонного тракта, а коэффициент гидравлического сопротивления испытуемоготракта вычисляют после предварительного определения коэффициента гидравлического сопротивления эталонного тракта по ФормулеФоР 1Ро глии Рн Р,ч,н;Р - статическое давление в мини 1 ИНмальном проходном сеченииэталонного тракта,5. Устройство для определениягидравлического сопротивления трактов, содержащее камеру с отверстиемвхода с лабиринтным уплотнением иотверстием выхода, установленный вотверстии камеры испытуемый тракт,весовое устройство с подвижным коромыслом, держателем испытуемоготракта, упругими элементами с регулировочными винтами, демпфером, датчиком перемещения, источник и датчикперепада давления на входе и выходеиспытуемого тракта и узел настройки,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности, оно снабжено направляющим аппаратом, вторым лабириптным уплотнением и эталоннымтрактом, установленным с помощью второго держателя на коромысле весовогоустройства, а в камере выполнено третье отверстие, в котором размещенэталонный тракт и установлено второелабиринтное уплотнение, причем испытуемый и эталонный тракты расположе1606890 Н/ Н ны соосно и ориентированы входами впвотивоположных 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 тра ктов выполнены одинаковой ц:лцндрической жормы, а лабиринтные уплотнениявыполнены идентичньп:и,7. Устройство по пп, 5 и бо т -л и ч а ю щ е е с:. тем, что в немэталонный тракт снабжен измерителемдавления, установленным в его минимальном сечении,1606890 оставитель А. Сокоехред М,Ходанич кий орректор М. Максимишине Редак олинская 6 одпис ира и открытиям ГКНТ СССР аб д,изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 101 аказ 3546 ВНИИПИ Государственног 113035