Устройство для измерения силы поверхностного трения

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению силы поверхностного трения, и может быть использовано при исследованиях физико-механических характеристик газового потока с твердыми частицами. Задача-повышение точности измерений. Для этого устройство для измерения силы поверхностного трения, включающее неподвижные участки 1 трубопровода, подвешенный между ними на пружинах подвижный участок 2 и шток 5, прикрепленный к подвижному участку 2, упирающийся в датчик 6 перемещения, снабжено герметичной камерой 7, установленной коаксиально с трубопроводом и закрепленной на неподвижных его участках 1. Неподвижные участки 1 выполнены с отверстиями 8, диаметр которых равен 0,04 - 0,01 диаметра трубопровода. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании физико-механических характеристик газового потока с твердыми частицами, в частности для измерения силы поверхностного трения потока о стенку трубопровода.

Известно устройство для определения силы поверхностного трения газового потока с твердыми частицами о стенку трубопровода, состоящее из неподвижного участка трубопровода и подвижной секции, входящей торцами внутрь неподвижного участка. Подвижная секция и неподвижная герметично соединены упругими сильфонами, внутрь которых вводится вторичный газ [1] Недостатком данного устройства является возможность попадания и отложения твердых частиц в зазоре между внутренней поверхностью неподвижного и подвижного участков, что обусловливает большой разброс в измерениях силы поверхностного трения.

Известно устройство для измерения силы поверхностного трения, состоящее из подвижного участка трубопровода, соединенного посредством резиновых манжетов с неподвижными участками трубопровода, на подвижном участке трубы закреплен шток, соединенный с датчиком перемещения [2] Наличие внутреннего избыточного давления, приводящее к деформации резиновых манжетов, влияющей на измерения силы поверхностного трения потока о стенку трубопровода как в сторону завышения измеренных величин, так и в сторону их занижения, не обеспечивает требуемой точности измерений.

Для повышения точности измерений силы поверхностного трения газового потока с твердыми частицами о стенку трубопровода в устройстве для измерения силы поверхностного трения, включающем неподвижные участки трубопровода и подвешенный между ними на пружинах подвижный участок, сочлененные резиновыми манжетами, и шток, прикрепленный к подвижному участку, упирающийся в датчик перемещения, предусмотрены следующие конструктивные отличия: коаксиально с трубопроводом установлена герметичная камера, закрепленная на неподвижных его участках; неподвижные участки снабжены отверстиями, диаметр которых равен 0,04-0,01 диаметра трубопровода; кромки верхнего торца подвижного участка трубопровода выполнены острыми.

На фиг.1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг.2 зависимость силы трения потока F от массовой расходной концентрации μ.

Устройство содержит трубопровод, состоящий из жестко закрепленных участков 1 и установленного с возможностью осевого перемещения участка 2, подвешенного на пружинах 3. Эти участки сочленены с помощью резиновых манжет 4. К участку 2 прикреплен шток 5, выполненный в виде иглы, упирающейся в датчик 6 перемещения. К участкам 1 трубопровода жестко прикреплена герметичная камера 7, сообщающаяся с трубопроводом посредством отверстий 8.

Устройство для измерения силы поверхностного трения о стенку трубопровода восходящего газового потока с твердыми частицами работает следующим образом.

В трубопровод снизу подается поток газа с твердыми частицами. При движении потока возникает сила трения, которая нарушает равновесие между силой упругости пружины 3 и весом участка 2 трубопровода, вследствие чего пружина сжимается, а участок 2 трубопровода, установленный с возможностью перемещения, сдвигается в осевом направлении. Благодаря наличию отверстий 8, посредством которых полость трубопровода сообщается с герметичной камерой 7, происходит выравнивание давлений внутри трубопровода и внутри камеры 7, тем самым исключается деформация резиновых манжет 4, отрицательно влияющая на измерения. Величина диаметра отверстий 8 зависит от частоты пульсаций давления в потоке и определяется экспериментально: большим частотам пульсаций соответствует больший диаметр и, наоборот, меньшим частотам соответствует меньший диаметр. Наличие острых кромок в верхнем торце подвижного участка 2 трубопровода препятствует накоплению на них твердых частиц и тем самым повышает достоверность измерений. При перемещении участка 2 шток 5 в виде иглы деформирует датчик 6, который выдает сигнал на прибор, регистрирующий величину этой деформации (НДЦ-1 Измеритель деформации цифровой). Получают зависимость деформации датчика от силы трения потока. Сравнивая эту зависимость с калибровочной зависимостью деформации датчика от перемещения трубы, судят о величине силы трения. При этом учитывают ток газа от нижнего отверстия к верхнему, возникающий в связи с тем, что избыточное давление вблизи нижнего отверстия выше, чем вблизи верхнего отверстия.

Предлагаемая конструкция прошла лабораторные испытания.

При измерениях было использовано устройство с диаметром трубопровода 50 мм, длиной подвижного участка трубопровода 1000 мм, диаметром герметичной камеры 160 мм, диаметры отверстий 8-2 мм. В качестве потока с твердыми частицами использовали смесь азота с частицами стекла диаметром 1,18 мм. Скорость газа 16,5 м/с. На полученном графике дана зависимость силы трения F потока о стенку трубопровода от массовой расходной концентрации μ. При этом сначала измеряли силу трения F чистого газового потока ( μ= 0), которую сравнили с теоретическим значением, известным для газовых потоков.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТРЕНИЯ о стенку трубопровода восходящего газового потока с твердыми частицами, содержащее три последовательно установленных участка трубопровода, два из которых жестко закреплены, а размещенный между ними, соединенный с их торцами резиновыми манжетами третий участок установлен с возможностью осевого перемещения и скрепленный с третьим участком трубопровода, связанный с датчиком перемещения шток, отличающееся тем, что оно снабжено установленной на жестко закрепленных участках трубопровода герметичной камерой, а в стенках жестко закрепленных участков трубопровода выполнены отверстия, диаметр d которых определяют из соотношения d = (0,04 - 0,01) D, где D - диаметр частей трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2