книги / Основы пневмоавтоматики

струи к стенкам конуса) обусловливает улучшение статической характеристики элемента, увеличение крутизны и уменьшение или полное устранение остаточного давления на выходе. Экспе­ риментально полученные в одинаковых условиях статические характеристики элемента приведены на рис. 78. Кривая 1 отно­ сится к элементу без диффузора, кривые 2 и 3 — к элементу

с диффузором при разных рас­ стояниях L от торца выходного сопла до диффузора 1. Из при­

веденного графика следует, что применение диффузора практи­ чески полностью снимает оста­ точное давление.

Весьма важное значение для струйных элементов имеют расходные характеристики, по­ зволяющие судить о нагрузоч­ ных возможностях элемента. Зависимость давления на вы­ ходе элемента от расхода в вы-

О 10 20 Ру,ммвод. cm.

годном канале при различных давлениях питания приведена на рис. 79 (кривые ), 2, 3 и 4). Там же нанесена расходная харак­ теристика для управляющих каналов. Кривая 5 характеризует

зависимость расхода через три управляющих канала от давле­ ния на выходе. Учитывая, что к выходу элемента подсоединяют­ ся управляющие каналы других элементов, выходное давление элемента, нагруженного элементами того же типа, можно опре­ делить по точке пересечения расходных характеристик. За ус-

1 Дальнейшее изложение относится только к турбулентным усилителям, (разработанным в ИАТ.

141

рать рабочую точку вблизи максимума. Для уменьшения изме­ нения мощности следует сужать диапазон питающих давлений. Как показали исследования, для разработанных элементов при­ емлемым диапазоном давлений питания оказался диапазон 150—

параллельно к выходу, наряду с уменьшением выходного давле­ ния уменьшаются и флюктуации давления на выходе элемента, ко точки срабатывания не смещаются.

Следует отметить, что при наличии диффузора с углом рас­

струйный элемент выполняет логическую операцию НЕ — ИЛИ на четыре выхода. Следовательно, с помощью этих элементов можно реализовать любую логическую операцию (см. гл. VI).

Элемент может пропускать сигналы с частотой порядка 250— 500 Гц. Амплитудно-частотная характеристика элемента, полу­ ченная при давлении питания ро = 170 мм вод. ст. и подаче на

вход прямоугольных импульсов постоянной высоты и возрастаю­ щей частоты от специального электропневматического генерато­ ра колебаний, показана на. рис. 82.

142

Описываемый элемент можно сделать очень чувствительным к звуковым колебаниям и даже есть возможность настраивать его на определенную частоту звукового сигнала. В этом случае элемент трубка — трубка с ламинарным питающим капилляром соединяют определенным образом с резонатором Гельмгольца. Такое качество элемента открывает перспективы для развития нового направления в автоматике — пневмоакустики.

В то же время этот элемент, предназначенный для работы в системах струйной техники, при определенных условиях (при размещении его в специальном корпусе) весьма устойчив к зву­ ковым возмущениям. Так было установлено, что если к отвер­ стию, соединяющему внутреннюю полость элемента с атмосфе­ рой, подать звуковой сигнал со звуковым давлением, равным 100 бар, и при этом изменять частоту звукового сигнала от 0 до 10 000 Гц, то ложных срабатываний элемента при этом не на­

блюдается.

Выбор основных параметров турбулентного элемента. Для

выбора основных параметров элемента трубка — трубка как пневматических (давление питания, величины управляющих сиг­ налов и т. д.), так и конструктивных используют чисто экспери­ ментальные и расчетные методы. Так, для определения опти­ мального диаметра атмосферного отверстия, при котором полу­ чается наилучшая статическая характеристика элемента, прово­ дят ряд экспериментов. С этой целью с элемента с изменяемым диаметром атмосферного отверстия была снята серия статиче­ ских характеристик. Оказалось, что наилучшую статическую ха­ рактеристику имеет элемент с диаметром атмосферного отвер­ стия 2,5 мм. Местоположение атмосферного отверстия также играет существенную роль. Наилучшую статическую характери­ стику обеспечивает элемент с отверстием, расположенным напро­ тив конца приемной трубки.

Экспериментально установлено, что крутизна статической ха­ рактеристики будет больше, если управляющая струя, турбулизирующая питающую струю, является ламинарной. В этом слу­ чае действие управляющей струи проявляется наиболее эффек­ тивно.

С точки зрения нагрузочной способности элемента наиболее выгодно, чтобы входное сопротивление было как можно больше. Однако при большом входном сопротивлении статическая харак­ теристика элемента ухудшается. На рис. 83 показано семейство

нагрузочных элементов до четырех, допустимое остаточное дав­ ление) является характеристика с управляющим капилляром, имеющим длину 4 мм и диаметр 0,35 мм (рис. 83, кривая 2).

144

Как проверено на практике, наибольший коэффициент уси­ ления имеет элемент, у которого пересечение управляющей и питающей струй происходит в непосредственной близости от тор­ ца питающего капилляра. В каче­ стве примера на рис. 84 приведе­ на зависимость выходного давле­ ния от расстояния / (от торца пи­ тающего капилляра до оси управ-

трубке рв в случае истечения из питающей трубки (рис. 85) ла­

минарной струи. Нагрузкой элемента могут служить одинако­ вые капилляры или жиклеры. Рассмотрим вначале случай, ког­ да нагрузкой приемной трубки являются п параллельно вклю­

ченных жиклеров радиусом гж.

Так как давление питания в струйных элементах такого рода низкое, то можно рассматривать воздух как несжимаемую жид­ кость, т. е. процесс изменения состояния воздуха принять изо-

рем в свободной ламинарной струе на весьма малом расстоянии

Ръ + - 17Г-=Р1-

Кэтим двум уравнениям добавим уравнение неразрывности

р — плотность воздуха; v \ — средняя скорость в сечении 1— 1 на радиусе г; рв — давление в приемной трубке; аг — коэффициент кинетической энергии для потока в приемной трубке; v2— сред­ няя скорость в приемной трубке; vz — средняя скорость на вы­

ходе из жиклера; £i — коэффициент сопротивления жиклера1; F — площадь проходного сечения приемной трубки; / — площадь

В этом уравнении ср — коэффициент скорости v2:

Коэффициент £i в случае, если радиусы гж и г мало отлича­

ются друг от друга, вычисляется по формуле

1 При параллельном соединении одинаковых дросселей коэффициент со­ противления всей системы равен коэффициенту сопротивления одного дрос­ селя.

146

ностью открыт) профиль скоростей будет близок к профилю ско­ ростей в струе на левом торце приемной трубки, т. е. «2 ^ си. Поэтому можно аппроксимировать изменение с*2 в зависимости от отношения гж/г приближенной формулой

о2= 1 + ( а 1- 1 ) - ^ .

вод. ст = 981 Па. Коэффициент кинематической вязкости v = 0,15 см2/с, плот­ ность воздуха р = 1,2 кг/м3, коэффициент сопротивления £ = 0,5.

Расход через питающий капилляр был определен экспериментально:

X1 0 ” 5 кг/(м • с).

1.Рассчитаем расстояние от торца капилляра до полюса:

находим коэффициент кинетической энергии в сечении струи перед приемной трубкой

5. Коэффициент кинетической энергии для потока внутри приемной труб­ ки рассчитываем по приближенной формуле

148

6. Определим квад рат коэффициента скорости

1

и произведение

а2ф2= 1,26-0,0324 = 0,0408.

7.Значение А найдем по формуле

= 34 мм вод. ст.

Помимо нагрузки в виде турбулентных дросселей приемная трубка может нести нагрузку также и в виде ламинарных дрос­ селей — капилляров (рис. 86) (например, управляющие капил­

ляры турбулентного усилителя).

в приемной трубке, так же как и ранее, выписывают уравнения Бернулли для сечений 1—/, 2—2 и 2—2 , 3—3, а также уравнение

неразрывности:

149

В этих формулах аз — коэффициент кинетической энергии для сечения 3—3, выбранного на правом срезе капилляра (для сфор­ мированного параболического профиля скоростей аз = 2 ); а3 —

средняя скорость воздуха в капилляре; £ — суммарный коэффи­ циент сопротивления на входе в капилляр и по длине капилляра; п — число параллельно включенных одинаковых капилляров на­

грузки;

лишние переменные и подставляя вместо v\ найденное из урав­

нения (82), получим формулу, совпадающую с формулой (83). Разница заключается лишь в выражении для коэффициента ско­ рости:

Как следует из приведенных выражений, число Re зависит от объемного расхода Qi через капилляр нагрузки, который, в свою

= 1 + (ai — l)rK/r. При этом будет допущена погрешность боль­ шая, чем при расчете элемента с нагрузкой в виде турбулентно­ го дросселя.

Чтобы оценить возможность применения полученных формул для практических расчетов, связанных с определением давления в приемной трубке при нагружении ее ламинарными дросселя­ ми, были экспериментально определены давления в приемной

150