Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Топ:
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Основы обеспечения единства измерений: Обеспечение единства измерений - деятельность метрологических служб, направленная на достижение...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов: Изучение оползневых явлений, оценка устойчивости склонов и проектирование противооползневых сооружений — актуальнейшие задачи, стоящие перед отечественными...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Дисциплины:
2017-06-19 | 399 |
5.00
из
|
Заказать работу |
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ФОРСУНОК1
Наиболее полно набору основных требований удовлетворяют гидродинамические генераторы колебаний, построенные на основе вихревых элементов, работающих в автоколебательных режимах. Важнейшее преимущество использования вихря как усилительного элемента состоит в том, что он имеет максимальный, по сравнению со всеми другими струйными элементами, коэффициент усиления по мощности (500 и более) [56]. Так же, как и в отдельных вышерассмотренных конструкциях, например гидравлических активаторах потока (типа СГГК конструкции Института машиноведения РАН), в вихревом элементе генератора происходит образование жидкостного вихря, однако его роль в функционировании автоколебательной системы существенно иная. В рассмотренных в начале гл. 7 устройствах генерация колебаний основана на возбуждении собственных частот закрученного слоя жидкости (в кило-герцовом диапазоне частот), и существенную энергоотдачу при генерации можно получить лишь при достижении резонанса, который весьма неустойчив, сильно зависит от внешних факторов и минимальных изменений геометрической конфигурации системы, вызываемой кавитационным износом. К тому же сама энергоотдача ограничена режимными условиями достижения резонанса, связанными с гидравлическим сопротивлением системы (предельным расходом и перепадом давления).
В рассматриваемых ниже вихревых элементах закрученный поток жидкости является усилителем низкочастотных колебаний параметров потока жидкости (давления и скорости), что позволяет достигать при генерации колебаний любых требуемых амплитудно-частотных характеристик, а энергоотдача ограничивается в принципе лишь мощностью напорной линии питания (насосных агрегатов).
Одним из подобных элементов является двухступенчатая жидкостная центробежная форсунка.
В двухступенчатой форсунке (рис. 7.1.4) имеется первая (высоконапорная) ступень подачи жидкости малого расхода, по которой жидкость через тангенциальные каналы поступает в камеру закручивания для образования вихря. В эту же каме-
1 Раздел составлен совместно с д-ром техн. Наук Е.Ю. Марчуковым и канд. техн. наук В.И. Ждановым.
ру через каналы второй ступени поступает регулируемая часть жидкости большого расхода. В общей камере закручивания происходит смешение высоконапорного и малорасходного циркулирующего потока с низконапорным потоком нулевой или противоположной циркуляции и с регулируемым большим расходом. На магистрали большерасходной ступени расположен гидравлический элемент повышенной упругости 4, например заполненная газом емкость объема VT, отделенная от жидкости гибкой мембраной.
Жидкость в малорасходную ступень форсунки поступает с расходом Q\, при этом кран 1 поддерживает в малорасходной магистрали постоянное давление р\. Изменение расхода через сопло 3 форсунки, а также и режимных параметров происходит за счет открытия крана 2, подсоединенного к напорной магистрали.
При смешении струй жидкости первой и второй ступени в камере смешения форсунки происходит образование жидкостного вихря, в центре которого давление падает и при истечении из сопла в воздушную среду происходит образование воздушного вихря с радиусами гтк - внутри камеры смешения и гтс - на выходе из сопла, так что истечение жидкости из форсунки происходит только в кольцевой области между стенками сопла и воздушным вихрем. При истечении из форсунки в жидкостную среду в центре вихря образуется зона разрежения, определяемая аналогичными геометрическими
Рис. 7.1.4. Схема истечения жидкости из двухступенчатой форсунки
параметрами гтк, гтс, в которой осевая скорость течения жидкости равна нулю или противоположна осевой скорости истечения циркулирующей жидкости из форсунки и которая также весьма существенно определяет площадь истечения жидкости из сопла форсунки и коэффициент расхода сопла.
Основы теории и расчета геометрических и режимных характеристик двухступенчатых форсунок изложены в работе [30] применительно к двухступенчатой форсунке для воздушно-реактивного двигателя, работающей совместно с распределительным клапаном, открывающимся под действием увеличения давления в системе подачи.
На рис. 7.1.5 приведены расчетные и экспериментальные расходные характеристики двухступенчатой форсунки, показывающие изменение относительного давления во второй ступени форсунки в зависимости от изменения расхода QJQmm через форсунку, где Qz - общий расход через форсунку; Qrcim -расход жидкости через первую ступень форсунки при полностью закрытом кране-регуляторе второй ступени. Особенность течения жидкости через форсунку - наличие участка на расходной характеристике с отрицательным гидравлическим сопротивлением, что обусловливает развитие неустойчивого режима течения и возможность возникновения автоколебаний.
Запишем уравнения возмущенного движения для течения жидкости в трубопроводе второй ступени для участка 1-2 на схеме подачи с двухступенчатой форсункой (см. рис. 7.1.4).
0,8 | J | ||
0,6 | __2____ -^ | ||
0,4 | V | ||
i i i | i i |
0 12 3 4 5 6 Q1/Qmin
Рис. 7.1.5. Расходная характеристика двухступенчатой форсунки:
1 —расчетная кривая; 2 — экспериментальная кривая изменения давления во второй ступени в зависимости от расхода через форсунку
Считаем, что изменения расхода в малорасходной первой ступени равны нулю (8(5^ = 0) и пренебрегаем сжимаемостью жидкости и упругостью стенок трубопровода, что допустимо для области рассматриваемых низких частот. Всю упругость, которая в значительной степени определяется сжимаемостью газовой полости, можно сосредоточить в сечении входа в трубопровод:
8р21 =
-'г 2'
где 8q21, 8q22, Ър21, Ър22 - возмущения объемного расхода и
давления соответственно в начале и в конце участка 1-2; г -некоторая размерная постоянная.
После перехода к безразмерным отклонениям получаем
| = 5Q21-5Q22, (7Л2)
где те = VJQ2- емкостная постоянная времени; Ър22, bQi\, bQn - соответственно безразмерные возмущения давления и объемного расхода на участке 1-2 второй магистрали; VT, Q2 - соответственно объем газа в газовой полости и масштабный (средний) расход жидкости по второй магистрали форсунки.
Считая, что кран-регулятор поддерживает постоянный расход жидкости, поступающей во вторую ступень из напорной магистрали bQ2\ = 0, можно записать:
^ = -5022. (7.1.3)
Уравнение движения жидкости между сечениями 2-3 имеет следующий вид:
^2(8р22-8р23) = рь2^^ (7.1.4)
at
где F2, L2 - соответственно площадь сечения и длина трубо-
провода второй ступени на участке 2-3; 5р22, 5р23, bQ22 - вариации давления и расхода жидкости соответственно в начале и конце участка 2-3.
После перехода к безразмерным вариациям можно записать
Эр22 — 8р23, (7.1.5)
т ~* -CZZ J^Z6'
dt
pL2Q2 где хт = 1 —^^ - инерционная постоянная времени.
-t 2 2
Дифференцируя по времени последнее уравнение и подставляя в него уравнение (7.1.3), получаем:
В рассматриваемой низкочастотной области считаем, что при колебаниях сохраняется квазистационарный режим течения со средним расходом Q2, а расходную зависимость Q2 = Др2) на участке с отрицательным дифференциальным сопротивлением (см. рис. 7.1.5) можно аппроксимировать относительно условно нулевой точки с координатами Q2, p2 следующей зависимостью:
А для уравнения в вариациях:
Ър2 = -abQ2
Дифференцируя это уравнение по времени и переходя к безразмерным переменным, имеем
3t
где а = ^
Pz Pz
Подставляя последнее уравнение в уравнение (7.1.6), получаем
А«0!,- 0.(7.1.7)
Последнее уравнение представляет собой нелинейное уравнение Ван-дер-Поля. Его решение имеет на фазовой плоскости устойчивый предельный цикл, соответствующий режиму стационарных автоколебаний с амплитудой колебаний расхода |о J = 2.1 —, а частота колебаний равна собствен-1 ' V3b
ным частотам колебаний жидкости во второй ступени, определяемым по параметрам хт, хе.
Таким образом, амплитуда колебаний жидкости в двухступенчатой форсунке не зависит от частоты колебаний, а определяется только формой кривой участка характеристики с отрицательным гидравлическим сопротивлением.
Экспериментальное исследование колебаний в гидравлической системе с двухступенчатой форсункой проводилось на лабораторном стенде с вытеснительной подачей жидкости, схема которого представлена на рис. 7.1.6. Стенд включает в себя заполненную водой емкость 1, в которой создается определенное избыточное давление, входной трубопровод, дроссели 2, 3 и трубопроводы, соответственно первой и второй ступеней, двухступенчатую форсунку 4, барокамеру 5. В трубопроводе второй ступени устанавливается прозрачная емкость б, заполненная воздухом и позволяющая регистрировать производимые в ходе экспериментов изменения его объема. Колебания давления измеряли датчиками 7 типа ДДИ-20 и регистрировали с помощью осциллографа типа Н-115. В ходе испытаний в баке 1 с помощью подключенного к нему баллона высокого давления создавали определенное давление вытеснения жидкости, дросселями 2 и 3 устанавливали заданный перепад давления на первой и второй ступенях форсунки и осуществляли течение ("проливку") жидкости через двухступенчатую форсунку при различных напорно-расходных режимах.
Рис. 7.1.6. Схема экспериментального стенда для исследования колебательных режимов двухступенчатых жидкостных форсунок
В ходе испытаний регистрировали автоколебательные режимы течения жидкости через двухступенчатую форсунку. На рис. 7.1.7 представлена типичная осциллограмма колебаний давления в большерасходной и малорасходной ступенях форсунки.
Генератор колебаний с одной напорной вихревой ступенью
На основе проведенных исследований автоколебательных режимов двухступенчатой центробежной форсунки авторами разработан новый способ генерирования низкочастотных колебаний и гидродинамический генератор колебаний [129], схема которого показана на рис. 7.1.8.
Рис. 7.1.7. Осциллограмма колебаний давления во второй и первой ступенях форсунки. Частота колебаний 5 Гц; амплитуда 6 %рг
Рис. 7.1.8. Гидродинамический генератор колебаний:
1 — направляющий клапан; 2 — труба НКТ; 3 - напорная магистраль; 4 - мембрана; 5 — жиклеры дополнительного потока; 6 — канал дополнительного потока; 7 — кольцевой зазор; 8 — тангенциальные каналы форсунки; 9
форсунка; 10- резонатор
Рис. 7.1.9. Осциллограммы генерируемых колебаний:
а, б — снятые соответственно с тензо- и пьезодатчиков, размещенных в колонне скважины на выходе генератора (б — амплитуда р = 4,0 МПа; /= 25 Гц); в - снятые с пьезодатчиков в напорной магистрали (НКТ) на
б |
входе в генератор; Q = 310 м3/сут
В предложенных способе и генераторе колебаний с помощью вихревой двухступенчатой форсунки реализуется новый,
неизвестный ранее механизм возникновения автоколебаний жидкостного потока.
При генерации жидкость, поступающая по напорной магистрали (см. рис. 7.1.8), разделяется на основной поток, поступающий в тангенциальные каналы форсунки и образующий жидкостный вихрь, и дополнительный поток, поступающий через узкие каналы-жиклеры в дополнительный канал устройства.
В первой фазе процесса происходит запирание дополнительного потока жидкости основным закручивающим потоком, что приводит к росту давления в нем (при этом вихревое движение жидкости развивается от форсунки в глубь дополнительного канала) и усилению энергообмена между основным и дополнительным потоками вследствие разницы окружных составляющих скоростей. Во второй фазе при возрастании давления в дополнительном потоке до значения, соизмеримого со значением центробежного давления, на периферии жидкостного вихря, в кольцевом зазоре форсунки происходит разрушение вихря, сопровождающееся выбросом жидкости из дополнительного канала и резким увеличением расхода. После выброса жидкости давление в дополнительном потоке опять падает, образуется жидкостный вихрь основного потока, который запирает дополнительный поток, и процесс автоколебаний повторяется. Таким образом, благодаря усилительным свойствам вихря, небольшие колебания давления в дополнительном канале (второй ступени), составляющие 1-5 % от перепада давления на закрученном слое жидкости, вызывают сильные колебания скорости течения через генератор, достигающие 50 % от средней скорости. При разрывах сплошности потока коэффициент усиления существенно возрастает. Изменяя упругость жидкости дополнительного канала введением в него газа, отделенного гибкой мембраной, можно также изменять время возрастания давления в первой фазе и регулировать частоту генерируемых колебаний. Резонатор служит для преобразования колебаний расхода в колебания давления.
Проведенные стендовые и промысловые испытания нового генератора колебаний показали его устойчивую работу и надежность. На рис. 7.1.9 приведены снятые с датчиков осциллограммы генерируемых колебаний.
В отличие от ранее известных конструкций разработанный генератор типа ГЖ позволяет создавать (см. табл. 7.1.1) высокоамплитудные колебания давления 3-5 МПа в широком диа-
пазоне низких частот 20-300 Гц. Ввиду отсутствия движущихся механических узлов и увеличения КПД генератор не требует привлечения значительных мощностей устьевых насосных агрегатов для создания большого расхода, обладает повышенной надежностью и моторесурсом, что позволяет снижать затраты на проведение обработок.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...
Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!