Файл: Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики.pdf

Давление питания ро — 100 мм вод. ст., выходное давление рщ до подачи входного возмущения составляло 35 мм вод. ст. Было установлено, что время переброса струи из наклонного выход­ ного канала в прямой составляет величину Аср = 3,5-ІО-4 с, а из прямого выходного канала в наклонный— ДСр = 5,6-10 ‘ с.

На основании серии опытов, проведенных при оговоренных выше условиях и указанных параметрах, были получены дина­

фср ~ 1,88 рад.

Динамические характеристики рассмотренных в настоящем параграфе струйных элементов другого функционального назначения аналогичны приведенным.

2. СТРУЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДИСКРЕТНОГО ДЕЙСТВИЯ, РАБОТА КОТОРЫХ ОСНОВАНА НА ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПОТОКА СО СТЕНКОЙ

Струйные элементы, выполняющие логические операции и операции запоминания сигналов. В последнее время в нашей стране и за рубежом начинают находить применение струйные элементы, работа которых основана на эффекте взаимодействия потока со стенкой, получившем название эффекта Коанда [55, 56, 65]. Румынский ученый Генри Коанда в 1932 г. установил,

воздуха с одной стороны струи /, создавая вихрь в зоне 2 пони­ женного давления. Дополняя рассмотренную схему (рис. 67,6) второй стенкой 5, каналами управления 2, 7 и рассекателем 4, ■отделяющим два канала выхода, можно получить простейший струйный элемент. Вытекающая из канала 1 струя прилипает к одной из стенок (стенке 5) и направляется в один из выходных каналов. Если подать управляющий сигнал в один из управляю­ щих каналов (канал 7), давление в зоне завихрений 6 возрас­ тет, питающая струя перебросится и прилипнет к противополож­

обтекающий твердую стенку, может к ней прилипнуть. Прилип­ ший поток под воздействием другого управляющего потока может оторваться от стенки. Процессы гидрогазодинамики,

128

характеризующие этот эффект, весьма сложны и точное матема­ тическое описание процессов еще не получено. Поэтому ограничимся рассмотрением физического существа процесса. Будем считать, что струя жидкости является турбулентной (рис. 61) на начальном участке, т. е. поток имеет зону ядра 2 и пограничный слой 3. Причем на основном участке (х > /пу) пограничный слой распространяется на все сечение струи. В ядре скорость потока постоянна, в пограничном слое скорость убыва-

ния /. Распространяясь до точки прилипания П (рис. 68), поток увлекает среду из граничащей с ним области, что приводит к их турбулентному смешению. Часть потока при этом поворачивает­ ся в обратном направлении в зону завихрений /. В зоне завих­ рений за счет вихревого движения давление понижается. В установившемся режиме расход, увлекаемый из зоны завихре­

рует часть потока, статическое давление в котором ниже дав­ ления окружающей среды. Линия раздела отделяет этот поток от основного потока, прилипшего к стенке и распространяюще­ гося вдоль нее. По направлению течения полный поток расши­ ряется и физическая сущность явления такова, что окружаю­ щая среда, прилегающ-ая к потоку, приводится в движение.

Таким образом, когда поток располагается вблизи стенки, происходит вовлечение окружающей среды на его границах только лишь с одной стороны, противоположной по отношению к стенке. Увлечение среды с другой стороны потока ограничено стенкой, в результате чего н образуется зона завихрений, давление в которой уменьшается. Более высокое давление на противоположной стороне потока, где вовлечение окружающей среды не встречает ограничений, прижимает основной поток к стенке. Если в зону завихрений ввести поток управления, рас­ ход которого достаточен для выравнивания давлений с обеих сторон основного потока, то основной поток отделится от стен­ ки. Чем больше турбулентность потока, тем интенсивнее уно­ сятся частицы из окружающего пространства и тем сильнее прилипание. Турбулизация может быть достигнута как за счет увеличения числа Рейнольдса, так и за счет увеличения шеро­ ховатости стенок питающего канала. Последнее ведет к умень­ шению толщины пограничного слоя.

На рис. 68 показана картина протекания потока вдоль стенки; центральная часть потока, полное давление в которой равно давлению источника питания, не подвергается воздей­ ствию окружающей среды. Между зоной завихрений и ядром потока имеется внутренняя зона смешения, которая образуется из потока питания и среды, увлекаемой из зоны завихрений. Внутри ядра потока скорости течения постоянны. Величины ско­ ростей в установившемся потоке подчиняются закону распреде­ ления скоростей, который перестает действовать после прили­ пания к стенке из-за влияния сил вязкого трения, действующих в пограничном слое, а также сил, увлекающих среду. Эпюра распределения давлений рст вдоль стенки показана на рис. 68, б. Если возникновение перепада давлений по направлению потока вызывает обратный ток через пограничный слой в зону низкого давления, то поток будет отрываться от стенки и снова возвра­ щаться подобно тому, как это происходит при обтекании крыла самолета.

Исторически первыми были предложены элементы с криво­ линейным профилем, однако применение нашли элементы с прямолинейным профилем или стенкой. Такого типа элементы разработаны в FIAT, НИИтеплоприборе, НЕІИ абразивной про­ мышленности (г. Волжский). ЕІзвестны также разработки раз­ личных модификаций указанного типа элементов зарубежными; фирмами Bowles Eng. Corp., отделением фирмы AEL, фирмы: Bendix, Corning Fluidic Dev и др.

Схема релейного струйного моностабильного элемента, дей­ ствие которого основано на эффекте Коанда, показана на рис. 69. Типовой струйный элемент состоит из питающего сопла, к которому подводится воздух с давлением ро, управляющего'

130

Рис. 69. Релейный струйный элемент, действие которого осно­ вано на эффекте Коанда:

Рис. 70. Элемент памяти (триггер с раздельными вхо­ дами) ;

0 — схема элемента; б — функциональная характеристика; в — нагрузочные входная и выходная характеристики; с __ ус­

ловное обозначение; д — таблица включеніи!

9

Функциональная операция, выполняемая элементом, опреде­ ляется его геометрией. Начальное положение питающей струп также зависит от геометрических параметров элемента. В сред­

выходных каналов и рассекающего клина по отношению к ка­ налу питания. Переключение струи от одной стенки к Другой происходит при подаче управляющего сигнала в канал У,. Так, если в первоначальном положении струя прилипает к стенке С2

ее к стенке С\. Подбором соответствующих длин стенок Сі и С2 и углов их наклона можно получать различные режимы работы струйного элемента. При малой длине стенок и больших углах их наклона элемент работает в режиме усилительного реле. Функциональная характеристика такого элемента приведена на рис. 69, в. С помощью элемента можно реализовать логические

операции В2 = У\ отрицания и £і = УѴ— повторения входного сигнала.

Петлю гистерезиса Друі статической характеристики ре­ лейного струйного элемента можно менять путем изменения геометрии элемента. Например, относительное увеличение длины стенок способствует лучшему прилипанию струи и увели­ чению петли гистерезиса. Выходная н входная нагрузочные статические характеристики, выражающие зависимость расхода

Струя в таком элементе занимает два устойчивых состояния, а элемент носит название элемента памяти или струйного тригге­ ра с раздельными входами. Последовательность работы струй­ ного элемента в указанном режиме приведена в таблице на рис. 70, д. Статическая и нагрузочные характеристики эле­ мента памяти показаны на рис. 70, б, в.

Варьируя геометрические параметры, можно получить струйные элементы с различным функциональным назначением, характеристики которых меняются в довольно широком диапазоне. В частности, гистерезис характеристики может меняться от величины, обеспечивающей появление эффекта запоминания, до практически нулевого значения. Коэффициент усиления сохраняется достаточно большим.

Существует несколько модификаций рассмотренного струй­ ного элемента, которые обеспечивают выполнение иных логи-

132