Устройство для измерения силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ОБЪЕКТА, содержащее соединенный с державкой цилиндрический корпус, между частями которого с зазором относительно иих на державке установлен силовоспринимаюший кольцевой отсек, а также преобразователь перемещения отсека в электрический сигнал, о т л и ч .аю н е е с я тем,что7с целью повьше ния точности и расширения функциональный возможностей, в нем в зоне каждого зазора размещены РРИ соосньис сильфона, два изкоторых находятся в полости корпуса, а третий - в полости кольцевого отсека, при этом сильфоны, размещенные в полости корпуса, герметично соединены своими основаниями с одной стороны с кольцевой крышкой, а с другой сторону первый - с фланцем корпуса, второй - с державкой, а сильфон, размещенный в полости кольцевого отсека , герметично связан своими основаниями с фланцем кольцевого отсека и с фланцем державки, причем указанная кольцевая крышка посредством герметизированных регулировочных винтов, проходящих с зазором через отверстия во фланце корпуса, соединена с фланцем кольцевого отсека, а полости корпуса и кольцевого отсека через отверстия в д-ержавке сообщены между собой и с источником жидкости (Л или газа заданных параметров, при этом площадь указанной крышки, ограч ниченная средними сечениями с ней сильфонов, выбрана равной плошади фланца кольцевого отсека, ограниченной с одной стороны его наружной поверхностью, а с другой - средним сечением сильфона, размещенного в полости кольцевого отсека.

СОЮЗ СОЭЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

l(5>) 6 01 1 1 26

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3469786/18-10 (22) 16 ° 07.82 (46) 30.09.93. Бюл. (e 36 (72) В.H.Ëàãóòèí и В.И.Шкатов (53) 531.781 (088.8) (56) 1. МеЬе Р,,Gavdet L. РегЮогп а»се

of s a03 эК(п Егiction at svperэомс

s реедэ. "3. Aircraft", V 12, 1675, М 10, р. 819-825.

2. Авторское свидетельство СССР

2l6333r кл. G 01 I 1/00, 1965 (пюототнп). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

ИЛИ ГАЗА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ОБЪЕКТА, содержащее соединенный с державкой цилиндрический корпус, между частями которого с зазором относительно них иа державке установлен силовоспринимающий кольцевой отсек, а также преобразователь перемещения отсека

s электрический сигнал, о т л и ч а,ю к(е е с и тем,что,с целью повышения точности и расшйрейия функциональных воэможностей, в нем в зоне каждого зазора размещенй ври соосных сильфона, два иэ которых находятся в полости корпуса, а третий

„„SU„„1045017 А в полости кольцевого отсека, при этом сильфоны, размещенные в полости корпуса, герметично соединены своими основаниями с одной стороны с кольцевой крышкой, а с другой стороны первый — с фланцем корпуса, второй — с державкой, а сильфон, размещенный в полости кольцевого отсека, герметично связан своими основаниями с фланцем кольцевого отсека и с фланцем державки, причем у» аэанная кольцевая крышка посредством, герметиэированных регулировочных винтов, проходящих с зазором через отверстия во фланце корпуса, соединена с фланцем кольцевого отсека, а полости корпуса и кольцевого отсека а через отверстия в державке сообщены между собой и с источником жидкости фри или газа заданных параметров, при этом площадь укаэанной крышки, оград ниченная средними сечениями с ней сильфонов, выбрана равной плошади фланца кольцевого отсека, ограниченной с одной стороны его наружной поверхностью, а с другой — средним сечением сильфона, размещенного в полости кольцевого отсека.

1045017

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устрой ствам для измерения силы вэаимодествия потока жидкости или газа с поверхностью объекта, например для измерения силы поверхностного трения трубы, помещенной в поток жидкости или газа.

Известны устройства для исследований силы взаимодействия потока

l жидкости или газа с поверхностью объ-(() екта,содержащие плавающие элементы различного типа, установленные с зазором относительно кррпуса испытуе мого тела и взвешиваемые с помощью измерительных элементов, закрейленных на корпусе и взаимодействующих с плавающими элементами fl) . указанные устрой тва в силу кон" структивных особенностей плавающИХ элементов имеют. ограниченные воэможности в области применения: не позволяют исследовать влияние на процесс взаимодействия таких факторов как тепломассообмен, .температура среды и т,п. Этому препятствуют малая чувствительность устройств, невозможность подвода к плавающим элементам жидкости или газа с требуемыми параметрами. Кроме того такие устройства имеют большую погрешность измерений из-за влияния давления в зазоре и возможных перекосов плавающих элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для исследования поверх- 35 ностного трения, содержащее соединенный с державкой цилиндрический корпус, межДу частями которого с зазором относительно них на державке с помощью упругих мембран уСтановлен ро кольцевой отсек, а также индуктивный преобразователь перемещения отсека в электрический сигнал, злемен ты которого размещены на державке и кольцевом отсеке (2j .

Однако иэнестное устройство не позволяет исследовать нлияние тепломассообмена на величину поверхностного трения, поскольку не обеспечен подвод газа или жидкости заданных параметров. Кроме того оно имеет низкую точность измерений, так как в силу перепада давления вдоль поверхности взвешиваемого кольцевого отсека н зазорах между ним и частями корпуса реализуются различные силы давления на торцы этого отсека.

Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устрой" сана и повышение точности его работы.

Поставленная цель достигается 60 тем, что н устройстве для измерения силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью объекта, со держащем соединеннный с держанкой цилиндрический корпус, между частями 65 которого с зазором относительно них на державке установлен силовоспринимающий кольцевой отсек, а также преобразонатель перемещения отсека в электрический сигнал, в зоне каждого зазора размещены три соосных сильфона, два из кОторых находятся в полости корпуса, а третий — в полости кольцевого отсека, при этом сильфоны, размещенные в полости корпуса, герметично соединены своими основаниями одной стороны с кольцевой крышкой, а с другой стороны первый — с фланцем корпуса, второй — .с державкой, а сильфон, размещенный н полости кольцевого отсека, герметично связан своими основаниями с фланцем кольцевого отсека и с фланцем державки, причем указанная кольцевая крышка посредством герметизированных регулировочных винтов, проходящих с зазором через отверстия во фланце корпуса, соединена с фланцем кольцевого отсека, а полости корпуса и кольценого отсека через отверстия в державке сообщены между собой и с источником жидкости или газа заданных параметров, при этом площадь укаэанной кольцевой крышки, ограниченная средними сечениями связанных с ней сильфонов, ныбрана равной площади фланца кольцевого отсека, ограниченной с одной стороны его наружной поверхностью, à с другой — средним сечением сильфона, размещенного н полости кольцевого отсека.

На чертеже схематично представлена предлагаемое устройство.

Устройство содержит неподвижный корпус 1 объекта испытаний, установленный на державке 2, на которой с помощью упругих элементов 3 (например, выполненных н виде диафрагм, сплошных круговых или крестообразных в плане) закреплен кольцевой отсек 4, расположенный с зазором 5 относительно частей корпуса 1.

Упругие элементы 3 снабжены преобразователями б их деформации {перемещения кольцевого отсека 4), выпол- ненными, например, н виде тензорезисторон. В державке 2 выполнен канал

7 для сообщения полостей корпуса и кольцевого отсека 4 с источником жидкости или газа заданных параметров {на чертеже не показан). Установка частей корпуса 1 на державке

2 осуществлена с помощью фланцен 8, фиксируемых на держанке. Но обе стороны от каждого зазора 5 установлены сильфоны 9 — 11, соосные с осью держанки 2. Дна из сильфонов {9 и 10) размещены в полости корпуса 1, а один (113 — в полости кольцевого отсека

4. Сильфоны 9 и 10 своими оснонанйями герметично соединены (например, при-: паяны)с одной стороны с кольцевой крышкой 12, а с другой стороны соот1045017!

О

35 ветственно снльфон 9 соединен с фланцем 8 корпуса, а сильфон 10 - с державкой 2 (через фланец 13). Сильфон 11, размещенный в полости кольцевого отсека 4, герметично соединен своими основаниями с фланцем 14 кольцевого отсека и фланцем 15 державки. Кольцевая крышка 12 посредством микрометрических регулировочных винтов 16, проходящих с зазором через отверстия 17 во фланце 8 корпуса, соединена с фланцем 14 кольце1 ого отсека 4. Сопряжение винтов 16 с крышкой 12 эагерметизировано. Па корпусе 1 и кольцевом отсеке 4 поверху установлены сменные рубашки

l8 и 19, дозволяющие изменять свой ства их поверхности (например, степень шероховатости или степень проницаемости) . Площадь кольцевой крышки 12, ограниченная средними сечения ми связанных с нею сильфонов 9 и 10 (площадь $4 ), выбрана равной площади фланца 14, ограниченной с одной стороны наружной поверхностью рубашки 19, а с другой - средним сечением сильфона (площадь S ) . Площадь фланца 14, ограниченную поверхностью внутренней стенки кольцевого отсека

4 и средним сечением сильфона 10, обозначим как S . Между фланцем 14 и державкой 2 выполнен кольцевой зазор 20.

Устройство работает следующим образом.

Предварительно с помощью регулировочных винтов 16 обеспечивают жесткость измерительной системы, со. ответствующую ожидаемым величинам силы взаимодействия потока жидкости или газа с поверхностью отсека 4.

Устанавливают рубашку 18 и 19 с требуемыми свойствами поверхности, при этом с помощью рубашек 18 обеспечивают требуемую величину зазора

5 (в пределах ожидаемых осевых перемещений кольцевого отсека 4) .

Устройство вводят в поток жидкост или газа. При этом под действием силы, приложенной к поверхности оТсека 4 (силы взаимодействия потока с поверхностью), этот отсек смещает- ся, вызывая упругие деформации, пропорциональные силе, в упругих элементах 3 и соответствующий выходной электрический сигнал в преобразователе 6, который регистрируют.

В полости корпуса 1 и кольцевого

Г тсека 4 во время измерений реалиэируется заданное давление (Р(()подаваемой внутрь корпуса жидкости или газа (при отсутствии подачи жййкости

:ияи газа в этих полостях реалйэу ется давление, близкое по величине к давлению и следе за корпусом обтекаемого потоком объекта) . В то же время в леном н правом зазорах устанавливаются давления Р и Р< . Суммарная сила давления, действующая на кольцевой отсек, равна нулю независимо от величины давления н зазорах ,Р и Р ), а также н полости корпуса

Р т.е. компенсация этих сил происходит автоматически.

В процессе испытаний можно изменять характеристики обтекающего объекта потока (числа М,Re, его температуру и т.п.), а также характеристики поверхности, изменяя, например, параметры проникающей черен поверхность корпуса или кольцевого отсека (н случае выполнения их перфорированнымИ) жидкости или газа (их давле(ния Р, температруры Т ) . Заменой; рубашек 18 и 19 может быть обеспечена соответствующая требуемая геометрия или проницаемость поверхности.

С помощью этих же рубашек можно также изменять величины зазоров 5.

За счет обеспечения компенсации сил давления и зазорах обеспечивается существенное повышение точности.

Известно, например, что из-за разности давлений в зазорах (Р1 Р Рд ) возникающая сила давления может составлять 20-30% от измеряемой силы взаимодействия потока с поверхностью кольцевого отсека (т.е. силы поверхностного трения) . Таким образом, ис пользование предлагаемого устройс гва обеспечивает повышение, точности на

20-30%.

Кроме топо, герметизация зазоров с помощью сильфонов позволяет пода-

4О ..вать через перфорированную поверхность корпуса или отсека (или одновременно через нх поверхности) рабочее тело для моделирования тепломасссобмена или изменять температурный

45 Фактор частей поверхности (когда они и, не являются проницаемымн) . За счет изменения жесткости сильфонных узлов в зазорах (с помощью регулировочных винтов 16) обеспечивается возможность значительного изменения чувствительности динамометрической системы, т.е. возможность точных измерений при значительном изменении диапазона измеряемых сил понерхностного трения.

Все это позволяет существенно расши"

55 рить функциональные возможности устройства, обеспечивающие исследования сил понрехностного трения при широком изменении определяющих параметров (степень шероховатости, темпе-Щ ратурный. фактор; наличие тепломассообмена, числа М н Re потока н т.п.) .

1045017 !

Составитель B.Ãîäýèêoâñêèé

Редактор A.Ëåæíèíà Техред В.Далекорий Корректор Ю.Макаренко

Подписное

Заказ 7537/40 Тираж 873

ВЯИИПИ Государвтвенного комитета СССР по делам изобретениЯ и открытиЯ

113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород,ул.Проектная, 4