где соц — площадь сопла питания. Кривая 1 показывает измене
ние давления рп в сопле питания в функции Qn через это сопло. Давление руд есть приблизительно то давление ру*, которое необ ходимо поддерживать в канале управления, чтобы расход
управления был равен нулю. |
|
|
|
Если давление торможения ру* |
в канале управления больше |
Рун, то расход |
из |
канала управления |
поступает в |
вихревую |
камеру, если |
ж е |
ру * меньше ру„, |
то |
часть расхода |
питания |
будет поступать из вихревой камеры в канал управления. Если эта часть достигает некоторой предельной величины, то в камере может возникнуть закрученное течение.
С увеличением давления, а следовательно, п расхода
управления, расход питания |
при |
постоянном |
рп* будет умень |
шаться, а статическое давление |
рп |
на |
срезе |
сопла |
питания |
увеличиваться. Кривые 2 и 3 |
на |
рис. |
136 |
показывают |
соответ |
ственно изменение давления торможения в канале управления и давление на срезе сопла управления от расхода управления.
Канал питания запирается примерно тогда, когда статическое давление на срезе сопла управления руз становится равным рп*. При этом давление торможения в канале управления (ру . ) 3 = = рУз + pQy3/2co^, где ©у — площадь сопла управления. Но так
|
|
|
|
|
|
|
как Руз ~ |
Рп*, ТО (ру *)з > |
Рп* • |
|
в канале управления |
Таким |
образом, давление торможения |
(ру *)з, при котором канал питания запирается, |
всегда |
больше |
давления торможения в канале питания рп*. |
|
|
|
А-А |
Работа |
вихревого |
усилителя в |
|
предельном |
случае, |
когда |
происхо |
|
|
дит запирание канала питания, мо |
|
|
жет быть охарактеризована коэф |
|
|
фициентами |
запирания по расходу |
идавлению.
"Коэффициент запирания по рас-
I*-0 ходу Крз |
представляет собой отно- |
(Ру”)і |
^ ^ |
о |
|
*41 |
|
Рис. 135. Схема вихревого уси |
Рис. 136. Характеристики вихревого усили |
лителя и общий характер рас |
теля: |
пределения статического давле |
а — схем а вихревого усилителя; б — расп р ед е |
нияввихревойкамере |
ление статического давлени я |
Рис. 137. Способы подачи потока питания в вихревую камеру:
а — |
сосредоточенная |
несим |
м етричная |
подача; |
б |
— |
сим |
м етричная |
подача |
через |
два |
сопла; |
в — |
сим м етричная |
по |
дача через четыре сопла; г —
рассредоточенная |
сим м етрич |
ная |
подача |
через |
кольцевую |
щ ель; |
д — |
рассредоточенная |
сим м етричная подача через ци линдрическую пористую стенку
шение начального расхода питания |
к запирающему расходу |
Qуз. Т. |
е. Крз = |
Qm/Qy3- |
|
|
|
|
отношению |
Коэффициент запирания по давлению Куз равен |
давления торможения в канале управления |
в момент запирания |
( Р у * ) з |
к давлению торможения |
в канале питания рп*, |
которое |
поддерживается постоянным, т. е. Куз = |
( Р у ) з /р п * - |
|
|
В некоторых случаях, например при отсутствии |
отдельного |
источника управления, представляет интерес величина |
отноше |
ния начального расхода питания Qnu |
к суммарному |
расходу |
<Э„ через |
усилитель при |
р у = |
р п*- Эта |
величина |
позволяет |
судить |
о |
том, |
насколько |
может |
быть |
уменьшен расход через |
вихревой усилитель, если давление торможения в канале управ
ления изменится |
от руп до рп *. Если |
обозначить отношение |
(<2пн)/<3в)ру* = Р п * |
= (Я р)ру* = Рп«. то достигаемая при ру. = рп» |
глубина регулирования определится по формуле |
|
Р р |
= 1 — 1 / ( / С р ) „ |
= р . |
|
У у * *71* |
' Ѵ'Ну* |
|
Глубина регулирования в момент запирания потока питания, очевидно, определяется формулой
Р3 = 1 - 1 / Л да.
Вихревой усилитель с радиальной подачей потока питания через сопло (рис. 137, а), т. е. подачей, сосредоточенной в одном месте периметра камеры, позволяет получить сравнительно низ кие значения коэффициентов давления Кя = рун/рп * • Однако
этот усилитель может обладать и существенным недостатком, заключающимся в том, что включение его в работу происходит скачкообразно. Это объясняется следующим. Первоначально
при подаче сигнала управления происходит взаимодействие поперечных струй. Более мощная струя питания под действием струи управления отклоняется, в результате чего в камере возни кает несимметричное струйное течение и как следствие этого — поперечный перепад давления. Под действием этого перепада струя питания быстро притягивается к боковой цилиндрической стенке камеры, после чего в камере возникает закрученное течение, т. е. усилитель включается в работу. При указанном быстром притяжении струи происходит скачкообразное изме нение давления и расходов вихревого усилителя.
Чтобы избежать этого, применяется рассредоточенная по периметру камеры симметричная подача потока питания, дости гаемая увеличением ширины и числа сопел питания (двух — на рис. 137,6 и четырех на рис. 137, в) или применением равно мерно распределенной периферийной подачи. В последнем слу
|
|
|
|
|
|
|
чае поток питания подводится через |
щелевое |
кольцевое |
сопло |
(рис. 137, г) или через проницаемую |
цилиндрическую |
стенку |
(рис. 137,0), выполняемую, например, |
из пористого |
материала. |
При рассредоточенном подводе потока |
питания |
статическое |
давление на срезе сопла питания рп, |
как |
правило, |
мало |
отли |
чается от давления |
рп* даж е при работе |
только линии питания, |
т. е. при закрытом |
канале управления. Поэтому рассредоточен |
ная подача потока |
питания может привести |
к увеличению на |
чального давления управления, а следовательно, к сокращению диапазона регулирования по давлению. Недостатком рассредо точенной подачи потока питания является также возможность существования заметной зоны начальной нечувствительности усилителя.
Появление этой зоны объясняется следующим. В начальный момент, когда тангенциальная струя управления имеет неболь
шие скорости, |
ее дальнобойность |
недостаточна, |
чтобы |
влиять |
на весь |
поток |
питания. |
В этом случае закрученное |
течение в |
камере еще не возникает, а расход |
питания уменьшается в ос |
новном |
за |
счет области |
повышенного |
давления |
(п. |
4 |
гл. I ll), |
образующейся |
в зоне взаимодействия |
с |
потоком |
управления |
(рис. 138). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нужно, |
однако, иметь |
в виду, |
|
что |
уменьшение |
расхода |
питания |
не означает |
еще |
уменьшения |
расхода |
на |
выходе |
усилителя. Действительно, уменьшение расхода питания может быть скомпенсировано прибавлением к нему расхода потока управления, вызвавшего это уменьшение. Поэтому суммарный расход на выходе усилителя на рассматриваемой стадии его работы может быть даж е больше первоначального расхода пита ния. После возникновения в вихревой камере закрученного течения поток управления начинает эффективно воздействовать на весь поток питания.
Таким образом, в рабочем процессе вихревого усилителя можно наметить две характерные стадии: начальную (или
стадию стеснения потока питания потоком управления) и стадию закрутки. На стадии стеснения поток управления лишь умень
|
|
|
|
|
|
|
|
шает (стесняет) |
живое сечение потока |
питания |
(рис. |
138). |
На стадии закрутки |
в рабочей |
камере усилителя |
возникает |
закрученное течение |
с характерным увеличением давления от |
центра камеры к ее периферии |
(рис. 135). |
|
Вследствие |
этого |
давление рк в зоне выхода потока питания |
в |
камеру увеличи |
вается. Если при |
этом давление |
торможения |
ра * |
сохраняется |
неизменным, то увеличение давления рк с увеличением закрутки
потока, т. е. с увеличением |
потока |
управления, приводит к |
уменьшению потока питания, |
расход |
которого пропорционален |
~ \ f Р п - |
Р к - |
|
|
В зависимости от конструкции выхода различают усилители |
со сбросом |
(рис. 139, б, в) и без него |
(рис. 139, а). Если на выхо |
де имеется сброс, то при отсутствии сигнала управления поток поступает из выходного сопла усилителя в приемное сопло линии нагрузки. Если пропускная способность указанной линии меньше пропускной способности усилителя, то часть расхода сбрасы вается через атмосферную развязку А.
При тангенциальной подаче потока управления в камере усилителя возникает закрученное течение. В этом случае поток из выходного сопла усилителя вследствие действия инерционных сил будет иметь вид полого конуса (рис. 139, б). В зависимости от угла ß этого конуса в приемное сопло попадает различное ко личество жидкости. Угол ß определяется соотношением танген циальной и осевой составляющих скоростей потока в выходном сопле, т. е. зависит от закрутки потока в камере усилителя.
При некоторой величине потока управления угол ß конуса может стать таким, что весь расход, проходящий через усили тель, будет сбрасываться в атмосферу. В этом случае в линию нагрузки жидкость не поступает вовсе.
|
Рис. 138. Начальная стадия |
Рис. 139. Схемы выхода |
вихревых уси |
|
лителей: |
|
|
|
взаимодействия потоков пи |
|
|
|
а — вы ход без сброса; 6 — |
вы ход со |
сбро |
|
тания и управления (стадия |
|
сом при |
отсутствии закрутки |
потока; |
в — |
|
стеснения) |
вы ход со |
сбросом при закрутке потока |
|
|
|
|
|
|
|
2. Факторы, определяющие основные |
характеристики вихревых усилителей |
Установившиеся гидродинамические процессы в камере вих |
ревого усилителя |
в общем случае |
определяются |
факторами, |
которые можно разделить на три группы. |
|
|
|
1. Геометрические параметры проточной части усилителя: D |
и dB— диаметры |
рабочей камеры и выходного |
отверстия; Ь„ и |
by — ширины сопел питания и управления; |
Я — высота камеры; |
шероховатость внутренних поверхностей |
камеры |
(рис. 135); |
очертание, расположение и число сопел питания, |
управления и |
выхода; длина I приемной трубки (или в общем |
случае коэффи |
циент гидравлического сопротивления |
нагрузки); конструкция |
переходного участка от выходного сопла до приемной трубки.
2. Кинематические |
и динамические |
характеристики |
потока |
во входных и выходных сечениях усилителя: |
% и ѵи — скоро |
сти потоков в соплах |
питания, управления |
и выходном |
сопле; |
Рп *, Ру* и /7ВЫХ — давления торможения |
в |
каналах питания и |
управления и давление на выходе. |
|
|
|
3. Физические свойства жидкости, проходящей через элемент: |
р — плотность, р, — динамическая вязкость, |
у — объемный вес и |
8 — модуль объемной упругости. |
|
|
|
Если в качестве основных параметров принять d n, |
и р, то |
перечисленные факторы, согласно я — теореме (см. п. 3, |
гл. II), |
могут быть скомбинированы в определенное число безразмерных комплексов. При этом нужно учесть, что при заданных геомет рических размерах камеры скорость ип может быть определена, если известны скорости иу и г,,.
Определяемыми параметрами могут быть, например, коэффи циент гидравлического сопротивления £у по линии управления (или £п— по линии питания); перепад Ар = рк — Рвых давления
на вихревом усилителе, который целесообразно |
представить в |
— |
РѴ1 |
расхода выхода |
безразмерном виде Ар = |
Ар/ —-— , отношение |
QB и начального расхода |
питания Q ^, параметры запирания |
Крз и /Сдз и т. д. Определяемые параметры в общем случае яв
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ляются |
функцией безразмерных |
параметров, составленных |
из |
перечисленных трех |
групп определяющих |
факторов. Так, |
на |
пример, коэффициент сопротивления по линии управления |
|
|
£ * = ф ( о , ь п, Ъ у , я , 7, ^ - , |
|
gda |
Ѵе_ |
|
|
у |
\ |
ѴЪ |
V |
а |
|
где а = |
У |
е/р — скорость звука; g — ускорение |
свободного па |
дения. Комплексы vBdB/v, vä/gdR |
и |
ѵв/а |
представляют собой |
* Черта над буквой означает относительный размер. Все линейные разме ры отнесены к диаметру (Іѵ.
