книги из ГПНТБ / Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики

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

«)

ѵѵ

Рис. 71. Логическим элемент ИЛИ, НЕ — ИЛИ:

а— схема элемента; б — условное обозначение; в — таблица включений; г — условная схема модификации элемента

Рис. 72. Двоичный струйный полусумматор:

п — схема двоичного полусумматора на одном струйном элементе; б — таблица включений

ческпх операций. Наиболее распространенные из них представ­ лены на рис. 71—73.

На рис. 71 дана схема элемента, выполняющего логические операции ИЛИ, НЕ—ИЛИ. Если хотя бы одни из управляющих сигналов отсутствует, то струя за счет несимметрни (пли в результате подачи подпирающего давления в канал, располо-

Рмс. 73. Струнным триггер со счетным входом:

а. о, в, г, д — схемы различ­

ных состоянии триггерного эле­ мента при его работе; е —

циклограмма работы

женныи напротив управляющих каналов и не показаиным на рис. 71) всегда в начальном состоянии направляется в выход­ ной канал В2. При подаче управляющих сигналов в каналы Л, пли или же в оба капала одновременно питающая струя от­ клоняется, прилипает к правой стенке и направляется в выход­ ной канал В]. Соответствующим подбором геометрии элемента можно устанавливать величину гистерезиса, необходимую для обеспечения требуемой помехоустойчивости '. При снятии уп­ равляющих сигналов питающая струя переключается к левой стенке. Таким образом, с помощью рассматриваемого элемента

= У, + У2; В = У, + У2.

Один из вариантов струйного элемента рассматриваемого типа может менять режим работы и в зависимости от способа включения выполнять либо логические операции (например, НЕ—ИЛИ, рис. 71,о, б, в), либо операцию запоминания спгпа-

1 Действительно, если флюктуации входного сигнала (помеха) меньше ширины петли гистерезиса, то ложного срабатывания не происходит.

134

лов (рис. 70). Элемент, имеющий несколько режимов работы, обычно имеет две пары управляющих каналов, расположенных симметрично относительно канала питания (рис. 71, г). Подоб­ ного типа элемент [55] в зависимости от способа включения работает в одном из следующих трех режимов: режиме ИЛИ—НЕ—ИЛИ (используются входы Уь и У2, вход У3 соеди­ нен с окружающей атмосферой); режиме «запрет — имплика­ ция» (используются входы У, и У4, вход У2заглушен, вход Уз сое­ динен с окружающей атмосферой); режиме триггера с раздель­ ными входами (используются входы У2 и У3, входы Уі и У4 заглушены).

Как уже отмечалось ранее, при сложении чисел, заданных в двоичном коде, применяют двоичный сумматор на определен­ ное число п разрядов, включающий п -— 1 одноразрядных сум­ маторов. Схема одноразрядного сумматора может быть собрана

зволила реализовать схему суммирования значительно проще. Схема двоичного полусумматора на одном элементе имеет два входа У, и У2 и два выхода Вj и В2 (рис. 72). На два входа Уі и У2 подается код суммируемых чисел, на выходе Ві получается код суммы, на выходе В2 — код переноса. Последовательность операций показана в таблице на рис. 72, б. Действительно, поданная только на вход У2 струя направляется в выхлопной канал В\. Тоже самое происходит и при подаче сигнала на вход У,, когда струя, обтекая вогнутую криволинейную стенку, направляется в выходной канал В\. И только при наличии обоих входных сигналов р уі и р у2 суммарная струя направляется в канал В2, где появляется сигнал рт- Таким образом реализуютлогические операции:

5, = У2У\ + У|У2, В2= У,У2.

Струйный триггер со счетным входом. Используя свойства пристеночных течений и эффект Коанда, удалось создать [65] струйный триггер со счетным входом. Оригинальная схема такого триггера на одном элементе показана на рис. 73, где цифрами обозначены каналы: 1, 2 — каналы выхода, 3 — коль­ цевой канал цепи внутренней обратной связи (реализуется за счет изменения направления циркуляции потока), 4 — канал управления, 5 — канал питания.

Рассмотрим действие триггера со счетным входом.

Питающая струя может находиться в двух устойчивых состояниях (рис. 73,о,б). В одном устойчивом состоянии (рис. 73, о) питающая струя, вытекая из канала питания 5 под давлением р0, направляется в выходной канал 1, где создается давление рв\. При этом питающая струя, прилипая к левой стенке, прикрывает левое сопло кольцевого канала 3. Вслед­

135

ствие этого за счет подсоса воздуха через левое сопло из кана­ ла 3, а также подсоса из окружающей среды через атмосферные

канала 3 прикрыто, вблизи него образуется разрежение, и цир­

с питающим потоком (рис. 73, в), отрывает его от правой стенки. Струя питания направляется в выходной канал 1, где создается

следующего управляющего импульса струя под давлением ру (рис. 73, г) направляется в канале 3 в сторону циркуляции к левому соплу и, взаимодействуя с питающим потоком, направит его в выходной канал 2. Циклограмма работы триг­ гера приведена на рис. 73, е.

Выбор геометрических параметров элемента, работающего по принципу отрыва пограничного слоя. Рациональный выбор геометрии струйного элемента, работающего по принципу отрыва пограничного слоя, может быть сделан на основании изучения гидродинамических процессов, протекающих в эле­ менте.

При проектировании струйных элементов рассматриваемого типа необходимо знать связь между основными геометрически­ ми размерами элемента и его рабочими параметрами — числом Ре питающей струи, величинами давления и расхода переклю­ чения, внешними характеристиками и т. п. [44, 63].

Влияние кривизны стенки на рабочие характеристики струй­ ного элемента. Кроме прямолинейной и вогнутой стенок для построения струйных элементов используют и выпуклые стенки, профиль которых подобен профилю крыла самолета (рис. 74). В такого типа релейном элементе при подаче давления питания Ро струя направляется в выходной канал, где появляется дав­ ление рв\. При подаче управляющего сигнала ру происходит отрыв потока от стенки, и давление в нижнем выходном канале резко падает. На рис. 74, б показана статическая характеристи­ ка элемента для верхнего выходного канала при отсутствии нагрузки в выходном канале. На основе элемента может быть

136

Рис. 74. Струпный элемент, имеющий профиль крыла:

а — схема элемента; и — статическая характеристика; в, г — схемы состоянии генератора колебаний

Рис. 75. Влияние формы стенки на характеристики струнного эле­ мента:

а — элемент с выпуклой стенкой; б — с плоской стенкой; в — с вогнутой стенкой; г — сравнительные характеристики

пым на рис. 76, в, имеет панхудшне характеристики. Экспери­ менты проводились на несжимаемой жидкости (воде) в струп­ ном элементе без атмосферных отверстии. Расстояние между

Рис. 76. Влияние формы рассекателя па характеристики переклю­ чения:

а — схема образования вихря в рассекателе; б, в, г, д, е, ж — различные формы рассекателей; з — сравнительные характеристики переключения

торцом питающего канала до рассекателя / = (10-г- 11)о0. При изменении расстояния / от / = 8а0 до I = Пао вид характеристи­ ки практически не менялся.

3. СТРУЙНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С ТУРБУЛИЗАЦИЕЙ ТЕЧЕНИЯ (ТУРБУЛЕНТНЫЕ УСИЛИТЕЛИ)

При построении устройств пневмоавтоматики широко исполь­ зуют усилители типа трубка— трубка с ламинарным питающим капилляром (турбулентные усилители). По сравнению с рас­ смотренными ранее элементами турбулентные усилители имеют ряд существенных преимуществ, главными из которых являют-

139