книги из ГПНТБ / Лебедев И.В. Элементы струйной автоматики

Рис.90.Элементсдифференциальным выходом:

Элемент с дифференциальным выходом. Элемент с диффе­ ренциальным выходом состоит из двух встречно направленных сопел и двух диафрагм, расположенных между ними (рис. 90, а).

Камеры, образованные между соплами и диафрагмами, исполь­ зуются в качестве приемных, а камера между диафрагмами сое­ диняется со сливом. Давления в приемных камерах рв1 и рв2

меняются в зависимости от давлений перед соплами, соотноше­ ние которых определяет положение радиального потока между соплами. На рис. 90, б приведены экспериментальные зависи­ мости давлений рв1 (штриховые линии) и рв2 (сплошные линии) от отношения давлений рі и р2.

Если расстояние между диафрагмами выбрано равным 1,2dc,

то, используя формулу (325), полученную для элемента с одной приемной камерой, можно найти зависимость выходных давле­ ний от входных:

Экспериментальные прямые на рис. 90, б подтверждают по­

лученные выражения. Точки пересечений прямых лежат в сере­ дине диапазона изменений выходных давлений.

Если расстояние между диафрагмами увеличить, то точка пересечения кривых снижается и при расстоянии, равном 2,4dc,

пересечение кривых, как показано на рис. 90, в, произойдет при

210

Двухсопловой элемент. Как видно из графика, изображенно­ го на рис. 85, в, сопротивление соединительного канала сопла 2 вызывает существенное снижение чувствительности элемента.

Поскольку в реальных схемах неизбежно наличие сопротивле­ ний в линии обоих сопел, приходится усложнять схемы устройств для того, чтобы увеличить чувствительность элемента. С этой точки зрения представляют интерес некоторые свойства простей­ шего струйного устройства, выполненного в виде двух встречно направленных сопел, расстояние между которыми равно 2,4dc (рис. 91, а). Камера элемента, охватывающая пространство ме­

ж ду соплами, соединена со сливом. Экспериментальные кривые зависимости давления /?,' перед соплом 2 от давления р2 перед

сопротивлением R, приведенные на рис. 91, б, имеют характер­

ный горизонтальный участок.

Рассмотрим протекание процессов на примере кривой 1. До тех пор, пока давление р'2 , создаваемое струей, вытекающей из

в обычном дроссельном сумматоре, состоящем из сопротивления

постепенно смещается влево так, что сопротивление выходу по­ тока, вытекающего из сопла 2, уменьшается. Причем расход из

сопла растет быстрее давления, компенсируя тем самым увели­ чение давления р2 . Это имеет место до тех пор, пока радиальный

поток не переместится на расстояние, где он практически не действует на струю, вытекающую из сопла 2. Радиальный поток

оказывается равноудаленным от обоих сопел. Этому состоянию соответствует точка б на кривой 1. Как и в рассмотренном выше

элементе, здесь также выполняется условие равенства давлений перед соплами р,' = р'2 в области изменения давления р2 от точки а до б.

При дальнейшем увеличении давления р2 давление р 2 про­

порционально возрастает. При этом крутизна кривой опреде­ ляется соотношением сопротивлений дросселя R и сопла 2.

Включением двухсоплового элемента по схеме, показанной на рис. 92, а, можно существенно повысить коэффициент усиления усилительной цепи в случаях, когда во всех линиях необходимо установить гидравлические сопротивления.

Получим выражение для коэффициента усиления такой цепи

ет. Рассматривая цепь из двух последовательно включенных со­

212

находим

'^_ (Ro + а д 1 + R1)р2

Р22 (i+Ro)(Ro + Ri)

Вычисляя коэффициент усиления kv как тангенс угла накло­

на статической характеристики элемента, получим

графиком, представленным на рис. 92, б, на котором приведена экспериментальная зависимость коэффициента усиления от ве­ личины R o , совпадающая с формулой (326).

Элемент с двумя диафрагмами. Рассмотренный способ повы­ шения чувствительности для элементов, выходные камеры кото­ рых с одной стороны ограничены соплом, вызывает существен­ ное усложнение схемы усилительного каскада. Кроме того, усилительное устройство, выполненное по схеме, показанной на рис. 92, а, требует точного подбора сопротивлений. Поэтому

представляет интерес элемент, камера которого с двух сторон отделена от сопел диафрагмами. При этом выходное давление не оказывает обратного влияния на давление перед соплами.

характерных положений радиального потока, когда выход эле­ мента соединен с глухой камерой. Максимальное давление в при­ емной камере устанавливается, если давления перед соплами р [

и р 2 равны (рис. 93, б). Радиальное течение при этом образует­ ся на диафрагмах. Если давления р[ и р'2 отличаются, то ра­

диальный поток смещается в одну из сливных камер в сторону того сопла, где давление стало меньше. При равноудаленном положении радиального потока в сливной камере давление в приемной камере минимально. Минимальное давление выхода будет равно давлению слива в камере, где радиальный поток отсутствует (рис. 93, ß). При этом расстояния между соплами и диафрагмами, как указывалось выше, равны 2,4dc.

213

Элемент, который подключен по схеме, показанной на рис. 94, а, выполняет функцию сравнения двух давлений р\ и р2.

нулю. Это сопротивление будет сказываться незначительно, если сливные каналы объединить в общий канал, так как одновре­ менное изменение давления в сливных камерах не вызывает перемещения радиального потока.

Кривая 1 (рис. 94, б) относится к элементу с толщиной диа­ фрагм 0,5dc. Чтобы получить более пологую статическую харак­

теристику в области максимума, гидравлическое сопротивление диафрагм следует увеличить путем увеличения их толщины до l,5rfc (кривая 2).

Элементы с симметричной характеристикой можно использо­ вать только в отдельных случаях, например, в приборах для экстремального регулирования. Обычно для операционных уси­ лителей с обратной связью необходимы элементы с монотонно возрастающей или убывающей характеристикой. Для получения такой характеристики необходимо, чтобы перемещение радиаль-

214

ного потока происходило в пределах только одной сливной ка­

сопла 2 или повернуть сопло 1 на 3°— 5° так, чтобы его ось пере­ секла общую ось в плоскости диафрагмы 3. Такое конструктив­

ное изменение предотвращает переход радиального потока из одной сливной камеры в другую, так как струя, вытекающая из сопла 1, не может пройти через две диафрагмы. Смещение соп­

ла на величину, большую указанной, может привести к появле­ нию релейного эффекта.

Так как радиальный поток перемещается только в сливной камере со стороны сопла 1, то расстояние от этого сопла до диафрагмы 3 было выбрано также равным 2,4Д0, а расстояние от сопла 2 до диафрагмы 4 в 2 раза меньше — 1,2dc.

Отверстия в диафрагмах выполняются коническими, с углом раскрытия 13° и сужением конуса в сторону сопла /; диаметр

215

отверстия на диафрагме 3 равен l,3äc, а на диафрагме 4 — l,0dc при толщине диафрагмы 0,5dc.

Конические отверстия в диафрагмах способствуют свободно­ му проходу через диафрагмы струи, вытекающей из сопла 2, и

препятствуют проходу противоположной струи.

Элемент можно выполнить н с соосными соплами. Однако

мало меняться при изменении выходного давления. Это можно

кости из приемной камеры направлено от сопла 2 в сторону соп­ ла 1. Это препятствует переходу радиального потока из одной

сливной камеры в другую.

Величину сопротивления R n при определенном значении дав­ ления ра необходимо выбирать такой, чтобы диапазон изменения

выходного давления уменьшился незначительно. Это объясняет­ ся тем, что с уменьшением сопротивления дросселя R n мини­

мальное значение выходного давления растет быстрее, чем его максимальное значение.

В качестве примера на рис. 95, б показано несколько стати­

Давления в сливных камерах были постоянны и равны нулю. Кривая 1 относится к случаю, когда источник давления от­

ключен от приемной камеры, т. е. при R u = оо. Для кривых 2 и 3 значения R f, = 350 и Rn = 41 соответственно.

Если выход элемента связан, например, с мембранной каме­ рой, то соединять его с источником давления наиболее удобно. Так как диаметры отверстий диафрагм различны, то минималь­ ное значение выходного давления ниже нуля. В приемной камере при равноудаленном положении радиального потока от сопла 1 и диафрагмы 3 создается разряжение.

всем диапазоне изменения выходного давления. Согласно опы­ там, изменение выходного давления происходит практически

216

Чі

В)

5)

Рис.96.Расчетныесхемыэлементасдвумядиафрагмами:

а — общ ая схем а; б — схем а д ля случая, когда р = р '0; в — схема для случая,

когда р в ~ О

линейно, поэтому зависимость выходного давления от давлений р[ и Ро можно представить следующим образом:

где

Р-2= Р2 ІР2 И Рв = Рв/Р2-

Чтобы определить значения коэффициентов а2 и Ь2, восполь­

зуемся граничными условиями.

где величина относится к соединительному каналу сливной ка­ меры, где расположено сопло 2. Расход через диафрагму при

этом равен нулю. Жидкость течет от источника через сопротив­ ление R2, сопло 2 и сопротивление R c2 (рис. 96, б).

Из граничных условий можно определить значения коэффи­

217

1 и прилегающей к нему сливной камере).

При этом жидкость течет от источника только через сопротив-

.ление R\, сопло 1 и сопротивление R ci.

2. Если рв — 0, то радиальный поток занимает в сливной

камере среднее положение между соплом и диафрагмой. В этом случае расход жидкости через диафрагму должен быть равным расходу через сопло 1, тогда расчетную схему можно предста­

вить так, как показано на рис. 96, а. Согласно этой схеме, при

.турбулентном течении

218

Если в выражении (337) рассматривать избыточные (сверх р сі) давления, то можно получить

( і + / ? і + 1/ 2 і? с і) ( 1 + Я с і )

расчета статической характеристики элемента по давлению су­ щественно упрощается. Кривые на рис. 97, полученные расчет­ ным путем по формуле (339), хорошо совпадают с эксперимен­ тальными данными. Формулой (339) удобно пользоваться, если

Как видно из формулы (339), выходное давление элемента зависит не только от давлений перед соплами, но и от давлений слива рсі и рс2. Поэтому выходное давление можно изменять, изменяя давление в сливных камерах. Если по входам со сторо­ ны сопел элемент является пассивным, то по входам со стороны сливов — активным, так как давления рс1 и рс2 могут быть су­ щественно меньше, чем давления р { и рг.

В этом случае можно сравнивать давления рсі и рс2 на раз­ личных уровнях, меняя величину сопротивлений перед соплами. При таком способе управления выходным давлением сопротив­ ления R ci и R C2 резко снижают чувствительность элемента, так как сливные камеры граничат с приемной камерой (рис. 97, б).

Поэтому сливные каналы необходимо делать достаточно широ­ кими и соединять их с источниками давлений. Коэффициент уси-

219