Файл: Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики.pdf

1.О бщ ие определения

Всистемах струйной автоматики находят применение струйные диоды. Струйные диоды — это проточные элементы, не содержа­ щие подвижных механических частей и отличающиеся тем, что при различных направлениях течения через них жидкости ее расход при одинаковой потере напора оказывается существенно различным. Направление течения, для которого расход через диод получается большим, называют прямым, а противополож­ ное направление — обратным. В соответствии с этим различают прямой и обратный расходы.

Известные в настоящее время струйные диоды различаются по способу уменьшения обратного расхода. С этой точки зрения их можно разделить на две основные группы.

Вдиодах первой группы уменьшение обратного расхода до­ стигается конструированием проточной части элемента таким образом, чтобы при обратном направлении течения возникала

значительная деформация потока, сопровождаемая отрывами его от стенок, соударением струй и другими гидродинамическими эффектами, приводящими к значительному увеличению гидрав­ лического сопротивления. Напротив, в прямом направлении про­ точная часть диода должна быть по возможности удобообтекаемой. Следовательно, в основе принципа действия диодов этой группы лежит изменение гидравлического сопротивления при из­

менении направления течения жидкости. Поэтому диоды этой группы могут быть названы резисторными.

В диодах второй группы уменьшение расхода в обратном направлении достигается путем полного или частичного откло­ нения струи в канал сброса. Это отклонение может быть вызва­ но, например, соударением струй, притяжением струи к специ­ альной стенке, турбулизацией ламинарной струи или закруткой

потока в рабочей камере. Диоды этой группы могут быть назва­ ны дефлекторными.

Качество струйного диода определяется величиной отноше­ ния прямого Qnp и обратного Q0s расходов при одинаковой поте­

247

Следует отметить, что в случае дефлекторных диодов под Q0â

понимается остаточный расход, который имеет место на выходе диода. Для резисторных диодов наряду с показателем Дф ис­ пользуется также величина отношения коэффициентов гидрав­ лического сопротивления диода в обратном £0б и прямом £пр на­

правлениях при одинаковой потере напора. Это отношение наз­ вано диодностью по сопротивлению и обозначается Д:

При развитом турбулентном течении £0б и £тгр, а следователь­ но, Д и Др являются функциями только пограничной геометрии проточной части диода.

При ламинарном режиме течения коэффициенты сопротивле­ ния диода в общем случае могут быть выражены следующим образом [22]:

где Лпр и Лоб — коэффициенты, зависящие от конфигурации проточной части диода в прямом и обратном направлениях. Диодность по сопротивлению в этом случае определяется фор­ мулой

Величина Д г, представляющая собой отношение коэффици­ ентов, зависящих только от пограничной геометрии проточной части диода, может быть названа геометрической диодностью.

248

Подставляя выражение (350) в формулу (349), находим, что Д<? = Дг, т. е. при ламинарном режиме течения диодиость по

расходу равна геометрической диодности.

В большинстве случаев коэффициенты Лпр и А 0б мало отли­ чаются один от другого, поэтому величина MQ при ламинарном

режиме течения, как правило, имеет порядок единицы.

Таким образом, качество струйных резисторных диодов при ламинарном режиме течения оказывается невысоким. Этот вы­ вод подтверждается экспериментально [103].

У дефлекторных диодов показатели диодности могут быть такого же порядка, как и у диодов электрических, для которых отношение прямого тока к обратному достигает значительных величин.

Для резисторных диодов показатели диодности оказываются значительно меньшими. Поэтому при включении в схемы их действие будет существенно зависеть от соотношения сопротив­ лений самого диода и элементов, включенных с ним в одну ли­ нию (см. ниже).

В отдельных случаях диод, как элемент схемы, конструктивно включает в себя устройства, обладающие заметными гидравли­ ческими сопротивлениями (например, сопловые камеры, служа­ щие для организации потока, подводимого в рабочую камеру

диода).

В связи с этим целесообразно ввести понятия базовой и эле­ ментной диодности. Базовая диодиость определяется для изо­

лированного диода данного типа при работе в заданном диапа­ зоне изменения его режимных параметров (расходов и давле­ ний). Под элементной диодностью понимается диодиость элемента, включающего базовый диод, а также конструктивно связанные с ним устройства.

2. Основные типы струйных диодов

Резисторные диоды. Они различаются в основном по способу создания значительного обратного сопротивления. Для получе­

ную деформацию обратного потока или его закрутку.

В одном из первых типов диодов (рис. 112, а) * для получе­

ния высокого обратногоісопротивления использовалось разделе­ ние потока с помощью специальных расщепителей и последую­ щее почти встречное соединение (соударение) разделенных по­ токов, сопровождающееся большой потерей энергии потока. При течении в прямом направлении поток практически не разде­ ляется, так как направленная навстречу ему грань расщепителя практически совпадает с поверхностью стенки. Эту конструк-

* На этом и последующих рисунках сплошными линиями обозначен пря­ мой поток, а штриховыми — обратный.

249

женного ниже отверстия ме­ жду пластинами. Основные потери энергии связаны с расшире­ нием потока за сжатым сечением.

При течении в прямом направлении также происходит взаи­ модействие отклоненных н неотклоненных частей потока. Одна­ ко вследствие того, что в этом случае пластины наклонены в сторону течения потока, сжатие потока за отверстием между пластинами значительно меньше, чем при обратном течении. Это означает, что сопротивление при течении в прямом направлении меньше сопротивления для обратного направления.

Аналогично действие соплового и диффузорного диодов, по­ казанных на рис. 131 и 132. Явления, происходящие в этих дио­ дах, подробно рассматриваются в п. 6 гл. VI.

Из самого назначения диодов следуют два основных принци­ па конструирования его проточной части. Проточная часть дио­ да в прямом направлении должна характеризоваться миниму­ мом гидравлических сопротивлений (т. е. удобообтекаемые по­ верхности, плавные повороты, постепенное сужение и расширение и т. п.). Напротив, проточная часть диода в обратном направ­

250

Реализация этих принципов применительно к диафрагменно­ му диоду привела к существенному видоизменению его проточ­ ной части (рис. 112, в). Такой диод имеет более высокое значе­

ние обратного сопротивления, чем рассмотренные выше.

При дальнейшем усовершенствовании рассматриваемый тип диода был выполнен в виде трубы круглого сечения, в которой располагаются несколько коротких трубок, выполненных в фор­ ме усеченных конусов (рис. 112, г) *. Углы наклона осей этих

конусов попеременно чередуются.

правлении течения поток частично отклоняется краями конусных трубок. В результате возникает значительная деформация пото­ ка и возрастают потери его энергии.

Другим примером резисторного диода является диод, пока­ занный на рис. 113, а * * . При течении жидкости в прямом на­ правлении в сопле 1 поток меняет направление движения на

противоположное. В диффузоре происходит постепенное восста­ новление потенциальной энергии без существенных потерь. Соп­ ло 1 и диффузор 4 представляют собой первый каскад диода. Во втором каскаде, включающем сопло 3 и диффузор 2, общий

характер явлений такой же, как и в первом каскаде.

При течении в обратном направлении поток, выходящий из сопла 3, расширяется. Часть его, взаимодействуя с выступом 5,

отклоняется и, соударяясь с основным потоком, теряет энергию. Аналогичные явления имеют место при протекании жидкости в следующем каскаде.

Имеются примеры построения диодов на основе трубки Вен­ тури, которая, как известно, характеризуется малым гидравли­ ческим сопротивлением. На рис. 113, б в качестве иллюстрации приведен диод такого типа, получивший название «аэродинами­ ческого клапана» '. Диод состоит из трубки Вентури, которая может иметь вблизи узкого сечения 4 выступ-отклонитель 3, а также тороидального отражательного сопла 1.

При протекании в прямом направлении жидкость поступает через кольцевую щель 5 в трубку. Сопло 1 при этом не оказыва­

ет существенного влияния на сопротивление. Так ж е без замет­

скорости значительны, поток встречает направленный навстречу

251