соответственно числа Рейнольдса Re, Фруда Fr и Маха М. От
ношение l/djt = |
I в общем случае может быть заменено коэффи |
циентом Си гидравлического сопротивления нагрузки, |
а отноше |
ние скоростей |
иу/ѵв — отношением |
расходов |
Qy/QB, |
следова |
тельно, |
= / А |
I |
by, н, U |
Re, Fr, М |
(402) |
|
Можно показать, |
что |
в общем |
случае |
коэффициент Сп и |
безразмерный перепад Ар также являются функциями указан
ных в скобках параметров. Если рассматривается течение несжимаемой жидкости или газа со скоростями, при которых не
проявляется сжимаемость, |
то число М может быть исключено |
из определяющих критериев |
(см. п. 3, гл. II). |
Для выявления границ влияния других параметров, указан ных в уравнении (402), были проведены опыты с вихревыми камерами, имевшими сосредоточенный несимметричный подвод потоков питания и управления. Размеры камер, изготовленных из органического стекла, варьировались в следующих пределах:
D |
— 20 ч- 60 мм, |
dB = 2 -г - 15 мм, И = 2 - 4 - 3 0 мм, |
Ьи = |
= |
4 -Е 8 мм, Ьу = |
1 -г- 4 мм. Опыты выполнялись в |
основном с |
воздушной средой при обычной температуре и давлении |
окру |
жающего пространства. |
|
|
|
На рис. 140 показана зависимость величины Су от числа Re |
при различных относительных высотах Н камеры. |
Как |
видно, |
параметр Н существенно влияет на коэффициент Су. Влияние же
числа Re на величину Су имеет место лишь при значениях Re < 5000— 10000. На рис. 141, а приведена зависимость коэф фициента сопротивления Су от числа Re при различных относи
тельных длинах / выходной трубки.
Эта относительная длина в диапазоне от 2,56 до 6,4 не ока зывает заметного влияния на коэффициент Су- Из рис. 141, а
также следует, что автомо дельность Су по числу Re на ступает практически при Re ^ 5000. Так как с изме
нением / меняется сопротив ление нагрузки усилителя, то можно утверждать, что в зоне автомодельности по чи слу Re величина нагрузки в некоторых пределах ее изме нения не влияет на такие безразмерные параметры вихревого усилителя как Су
и Ар. Этот вывод подтверж
дается данными опытов, при веденными на рис. 141, б,где
Рис. 140. Зависимость коэффициента сопротивления Су от числаRe иотно
сительнойвысотыН камеры
іа |
|
|
|
|
• . . . « • |
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
• |
А |
|
|
|
|
|
|
< |
ОІ |
|
|
|
|
|
|
|
|
э• |
J? |
°+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
О£ ОД- |
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
+ |
|
|
• |
L~t |
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
+ =<\37 |
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
А |
=.\4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
=і 6 |
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 Re-Ю рис |
i4 j Влияние |
на- |
_ |
|
|
|
а) |
|
|
грузкинахарактеристики |
йр |
|
|
|
|
|
|
вихревойкамеры: |
коэффи |
|
|
|
|
|
|
|
а — зависимость |
|
|
|
|
|
|
|
циента |
сопротивления |
от |
|
|
|
|
|
|
|
относительной |
длины |
вы |
|
|
|
|
|
|
|
ходной трубки |
и числа |
Re; |
|
|
|
|
|
|
|
б — |
зависимость |
безраз |
|
|
|
|
|
|
|
мерного перепада Лр от ко |
|
|
|
|
|
|
|
эффициента |
сопротивления |
т0 |
|
10 |
|
|
20 |
|
30 It, "агрузк" |
|
|
|
tf>
представлена зависимость безразмерного перепада давления на камере от коэффициента гидравлического сопротивления нагруз ки и менявшегося в широких пределах. Согласно опытам, число
Fr на рассмотренном диапазоне не оказывает влияние на коэф фициент £у. С учетом сказанного для несжимаемой жидкости можно записать:
£у = ФФ- Ъ„, Ъу, Н, Qy/Qa, R e). |
|
_ |
(403) |
Аналогичные зависимости |
получаются |
и для |
£п |
п Ар. Как |
отмечалось выше, при Re ^ |
5000 — 10000 |
число |
Re |
перестает |
влиять на безразмерные параметры, |
характеризующие |
работу |
вихревого усилителя. |
|
|
|
|
|
|
В зоне автомодельности по числу |
Re |
указанные |
параметры |
оказываются функциями безразмерных геометрических пара метров и отношения расходов.
Приведенные данные получены для усилителей, работавших на воздушной дреде. Однако они могут быть распространены и на случаи, когда в качестве рабочей среды используются другие газы или капельные жидкости [97].
Представление о свойствах вихревого усилителя дают харак
теристики связи его выходных |
параметров (расхода и давления) |
с параметрами управляющего |
потока (расхода и давления) при |
постоянном давлении торможения в канале питания. Для сопо ставления характеристик различных усилителей они обычно нормируются (выходной расход QB и расход управления Qy относят к начальному расходу питания Qmr, а давление тормо жения ру • в канале управления — к давлению рп *).
|
|
|
|
|
|
Наряду с указанными |
характеристи |
ками вихревого усилителя |
применяются |
также |
характеристики, |
представляющие |
связь |
рабочих параметров |
усилителя |
в |
другом виде [84]. На рис. 142 приведена |
типовая характеристика вихревого уси |
лителя, выражающая |
связь |
расхода |
Q B |
на выходе от расхода Qy управления. На |
этом графике можно выделить несколько |
участков и особых точек. |
|
|
|
Точка П отвечает случаю, когда поток |
управления отсутствует вовсе. Этой точ |
ке соответствуют координаты |
Qn = Qnir и |
Qy — 0. Точка У, являющаяся другой осо |
бой точкой, характеризует момент запи |
рания канала питания потоком управле |
ния. Она представляет собой точку пере сечения характеристики Q B = f(Q y) с
прямой Q B = Qy. |
|
Рис. 142. Типовая харак |
На графике рис. 142 можно выделить |
теристика вихревого уси |
рабочий участок между точками Л 1 и Лг, |
лителя |
соответствующий линейной части харак |
|
теристики. М ежду точками |
П и Л\ лежит |
начальный участок |
характеристики. Расход QyI |
дает представление о длине этого |
участка, определяющей зону начальной нечувствительности уси лителя.
М ежду точками Л 2 и У располагается конечный участок, на котором кривая QB= f(Qy) становится уж е весьма пологой. Чем меньше Qyl отличается от нуля и чем ближе Qy 2 к Qy3, тем выше
качество усилителя. Для рабочего участка обычно определяется коэффициент усиления К = A Q jA Q y .
Остановимся на основных результатах наиболее существен ных работ.
При изучении [117] влияния различных факторов на величины коэффициентов запирания по расходу /<рз и давлению /Сдз, а также влияния шума усилителя переменными были число сопел питания и управления, диаметры камеры D и выходного отвер
стия d B, высота камеры Н , |
тип выхода из вихревой камеры, |
давление и расход питания. |
|
Исследовался элемент |
с рассредоточенной симметричной |
подачей потока питания, имевший для уменьшения сопротивле ния два выходных отверстия 1 и 2 (рис. 143). Было установлено,
что для предотвращения образования неснмметрии в распреде лении тангенциальных скоростей, являющейся источником шума усилителя, необходимо иметь не меньше чем по два сопла пита ния и управления. Усилитель с четырьмя соплами обеспечивает лучшее смешение потоков, большую симметрию поля скоростей, а следовательно, и более низкий уровень шумов.
Исследовались различные типы выходов: отверстия со скругленными и острыми краями, конические диффузоры с раз личными углами, а также плоский осесимметричный диффузор (рис. 144).
Для выходов, выполненных в виде |
отверстий, было обнару |
жено, что уменьшение высоты камеры |
от 3,05 до |
1,78 |
мм при |
диаметре двух выходных сопел dB= |
7,9 мм и диаметре |
камеры |
D = 76,2 мм коэффициент запирания |
|
по расходу |
Крз |
увеличи |
вается. Однако при малых высотах камеры резко возрастает
|
|
|
|
|
|
уровень |
шумов и появляется гистерезис. Такой ж е эффект на |
блюдается при уменьшении сечения сопел управления. |
|
Для |
улучшения характеристик усилителя |
к его выходным |
соплам |
присоединяются |
диффузоры, |
стабилизирующие |
поток |
(рис. 143). Для снижения шума и уменьшения размеров |
без за |
метного |
изменения /Срз |
применяют |
плоские |
осесимметричные |
«тарельчатые» диффузоры. При увеличении зазора тарельчатого диффузора возрастает величина /<рз, но одновременно растет и уровень шума. При некоторой величине зазора поток отрывается от наружной стенки камеры усилителя и становится нестабиль ным.
Коническому диффузору с утлом расширения 7° соответствует больший расход питания по сравнению с тарельчатым диффу
зором при малой высоте Н вихревой камеры. Можно несколько
увеличить пропускную способность усилителя (до 5% ), если вход диффузора скруглить радиусом, равным диаметру выходного сопла. Конический диффузор позволяет также значительно уве личить высоту Н без заметного уменьшения Крз. При этом
существенно может быть уменьшёна амплитуда шумов. Неста бильность или шум вихревого усилителя связаны с нестабиль ностью положения ядра закрученного потока, выходящего в атмосферу.
Согласно опытам, в центральной части выходного отверстия в области, имеющей диаметр, равный примерно '/г диаметра
СРп
\
и>
р„- Л
Ра
Рис. 143. Вихревой усилитель |
Рис. 144. Способы организации потока на |
с рассредоточенной симметрич |
выходеизусилителя: |
ной подачей потока питания |
а — конический диффузор; б — плоский «та |
идвумявыходами |
|
рельчатый» диффузор |
б)
Ч иело сопел
пита ния управ ления
|
|
Т а б л и ц а |
8 |
D |
н |
Тип |
\ з |
к дз |
в см в см |
В СМ |
|
выхода |
|
4 |
2 |
7 ,7 |
0,795 |
2 ,0 3 |
4 |
2 |
7 ,7 |
0,795 |
2,28 |
2 |
2 |
2,54 |
0,318 |
0,508 |
2 |
2 |
2,54 |
0,318 |
0,508 |
4 |
4 |
7 ,7 |
0,954 0,535 |
4 |
4 |
7 ,7 |
0,954 |
0,535 |
2 |
2 |
3 ,8 |
0,636 |
0,635 |
О 2 4 6 8 р
С к р у гл ен |
10 |
1,6 |
ное |
|
|
отверстие |
|
1,7 |
Т ар ел ьча |
13 |
тый |
|
|
диффузор |
|
1,9 |
Диффузор |
8 |
(5°) |
|
2 ,2 |
П р о ф и л и 7 |
рованный |
|
|
диффузор |
|
|
(5°) |
|
|
Диффузор |
17 |
3 |
(5°) |
|
|
Диффузор |
20 |
3 |
(7°) |
|
|
П р о ф и л и |
10,5 |
2 ,7 |
рованный |
|
|
диффузор |
|
|
Рис. 145. Влияние шири
ны сопел управления на |
выходного |
сопла, |
наблюдается |
пе |
характеристикиусили |
риодическое |
сильное |
засасывание |
теля: |
|
|
|
|
а |
— |
зависимость |
коэффи |
жидкости в камеру, что приводит к |
|
появлению |
шума. Поэтому соответ |
циента |
запирания |
/Ср3 |
от |
|
|
|
|
|
|
относительнойо |
ширины соп |
ствующей |
организацией |
потока |
на |
ла |
|
управления ß — 6у/£>; |
выходе можно влиять |
на уровень |
|
— влияние ß на вид вы |
|
|
|
|
|
|
ходной характеристики |
|
шумов. Так, введение тонкого стер |
|
|
|
|
|
|
|
жня по оси выходного сопла зна |
чительно |
снижает |
шум, |
однако с этим |
связано |
уменьшение |
площади |
выхода, |
а |
следовательно, |
и |
уменьшение |
/Срз |
(До 40% ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Снижение уровня шума, особенно при двух выходах, может быть достигнуто, если между выходным соплом и коническим
|
|
|
|
|
|
диффузором |
поместить цилиндрическую |
вставку |
длиной |
(2— 3)dB. Некоторое уменьшение уровня |
шумов и увеличение |
Лрз на (5— 10%) |
может быть обеспечено, |
если |
торцевые |
стенки |
вихревой камеры |
выполнить коническими |
с углом 3°. |
|
Основные параметры исследованных вихревых усилителей приведены в табл. 8 [117].
Максимальные значения К-рз, как следует из таблицы, дости
гают 20.
Для пропорционального усиления целесообразно использо вать вихревые усилители с низким уровнем шумов (максималь-
