Пневматическая индуктивность

Пневматическая индуктивность

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцнапистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 160579 (21) 2765989/18-24 (51)М. Кл. с присоединением заявки HP—

G 06 G 5/00

Государстеениый комитет

СССР

Ilo делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано З00981, Бюллетень Hо Зб

Дата опубликования описания 300981 (53) УДК 621. 525 (088. 8) (72) Автор изобретения

Р.A.Íåéäoðô

Новочеркасский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им.Серго Орджоникидзе (71} Заявитель (54) ПНЕВМАТИЧЕСКАЯ ИНДУКТИВНОСТЬ

Изобретение относится к пневмоавтоматике, к технике реализации пневматических устройств с заданными динамическими свойствами.

Известно возникновение эффекта пневматической индуктивности при поступательном перемещении твердых тел в пневматических устройствах (1).

Однако это явление упоминается в связи с необходимостью учитывать эффект индуктивности при математическом описании пневмоустройств, содержащих движущиеся части; элементы, искусственно создающие индуктивность в пневматических цепях, неизвестны. Ис- 15 пользование же для искусственного создания индуктивности пневмоэлементов, содержащих движущиеся части,или создание устройств, реализующих по аналогии индуктивность с помощью по- 20 ступательно движущихся частей, неэффективно в силу ограниченного времени действия такой индуктивности, определяемого ограниченным -перемещением этих частей.

В роторных пневматических машинах. поток, проходящий через машину, зависит от перепада давления на роторе (2) .

Цель изобретения. — .реализация пневматического аналога индуктивности непрерывного действия.

Укаэанная цель достигается применением ротора пневматической роторной машины.

На фиг.1 представлен пример использования ротора центробежной машины в качестве пневмоиндуктивности; на фиг.2 — 4 приведены рисунки, иллюстрирующие вывод уравнения ротора воздушной машины.

Входной пневмосигнал 1 подведен к центру ротора 2, имеющего профильные лопасти 3. Ротор свободно размещен на оси 4 в корпусе 5, от.которого отходит выходной пневмоканал 6 °

Действие такой индуктивности основано на способности ротора вращаТься под действием проходящего через него потока воздуха и создавать поток воздуха при принудительном вращении.

Эффект индуктивности возникает эа счет инерционности ротора, который оказывает сопротивление, пропорциональное угловому ускорению (замедлеt нию) ротора, увеличению расхода воздуха и его уменьшению. По основному назначению (нагнетание воздуха) это качество ротора не используется.

868781

Для вывода уравнения динамики системы ротор-воздушный поток пользуются известными для центробежных машин соотношениями (2).

Основу математического описания воздушной машины составляет уравнение

Эйлера,, являющееся выражением закона сохранения энергии и вскрывающее связь процесса передачи энергии от ротора к потоку со скоростью вращения ротора и производительностью машины

Д СДи -У С 1и ЫХС 1и (Л Cf g где Н вЂ” теоретический напор ротора (м) при бесконечном количестве лопастей;. окружные скорости ротора; 15

С„„,С - проекции полных скоростей частиц потока, сходящего с лопастей ротора на касательную в точке входа (фиг.1) ° 2О

Величина С>к определяется из плана скоростей

СН ф,1

lu 1 1л а 1 «р

Тогда теоретическая напорно-расходная характеристика ротора центробежной машины получится подстановкой (2) в (1)

С (Ь1- G

, = o„=(z —,-д — )P R, t» 1) яУ где bPð — перепад давления на роторе, Отсюда

ЯЛАМ >1У < + Р с )ь и с«(Ф

° Ш" Ь р. где где - момент инерции ротора.

Умножив обе части (5) на а р лучают с учетом -(2) и (3) ЬР G- eg:). р поили 35 б% си р " (Ф)

1.)Г Ъ | Q.

CI -" Я =apRg с )Ъ,1

Таким образом, расход газа через 40 ротор формируется как бы двумя составляющими: расходом Яр, генерируемым вращением ротора независимо от внешней цепи, и байпасным расходом

Ьрр, определяемым обратной протечкей газа под действием перепада давления во внешней цепи между входом и выходом нагнетателя.

Поскольку р и G p зависят от ш, необходимо найти связь основных характеристик пневмоиндуктивности как элемента пневмоцепи с и . Для этого запишем уравнение обмена механической энергией ротора и проходящего через него потока, являющегося функцией времени. Момент, развиваемый потоком на роторе, определяет ускорение последнего

С - R G"-3 — (5)

1и 1 д

На основании (4) получают ш3 68р

Я а0 8< или

II% (ale>- ЬРр )

Из (2), (3) и (5) видно, почему в установившемся состоянии (G= cons+) имеет место Равенство ЬРр =0 (без учета потерь на механическое и газовое трение). Движущей силой процесса обмена энергией ротора и потока является проекция полной скорости сходящего с лопаток потока на касательную. Пока эта проекция не равна О, происходит изменение скорости вращения РотоРа согласно (5) . При Q<„о (скорость потока такова, что движение частиц относительно лопаток совпадает с геометрией последних и взаимодействие отсутствует) имеем йрр согласно (3).

Итак, поведение центробежного воздухонагнетателя в динамике описывается следующими уравнениями; .L,ì) — = брр, c7Gy я=*(и>) . Ьрр < ()

G=Qg-Qg где L() Таким образом, для ротора воздухонагнетателя как элемента пневмоцепи можно принять эквивалентную схему, приведенную на фиг.2 ° Верхний элемент схемы имитирует формирование байпасирующего потока дросселем, проводимость которого обратно пропорциональна угловой скорости ротора. Нижний элемент изображает идеально индуктивный ротор, формирующий поток, пропорциональный интегралу от перепада давления по времени. Поток, связывающий пневмоиндуктивность с внешней цепью, будет меньше индуктированного ротором за счет циркуляции части потока по байпасу. Реально такой циркуляции. не существует, поскольку взаимодействие ротора и внешней цепи происходит на уровне движущих сил.

Из (7) .видно, что при достаточно большом значении 1,(и) Соге и G сс р, т.е.@х@р и пневмоиндуктивность приближается по свойствам к идеальному реактивному элементу.

При описании электрических цепей переменного тока эффективно используется понятие импеданса. Однако в пневматике питание цепей с синусоидальным изменением давления не практикуется, но при необходимости использования этого параметра можно воспользоваться для линеаризованной системы (7) известной формулой для параллельных цепей (фиг.2) ь

8б8781 где T. — - импеданс или полное сопротивление;

Я вЂ” частота синусоидального изменения давления в цепи;

6 =1/д — активное сопротивление ротора.

Изменение индуктивности ротора (следовательно, импеданса) осуществляется изменением момента инерции.

Например, если основу ротора составляет массивный диск, то момент инерции его

:)д = " " .рР и изменять его можно, меняя массу rnq; или радиус R Влияние трения в опоре ротора на 15 процессы обмена энергией с потоком незначительно. Достаточно сказать, что общий механический КПД промышленных центробежных машин достигает (,щ-- 0,99. Поскольку ),„, учитывает и 2О гидравлические потери, ими также можно пренебречь. Следует ожидать, что при прецизионном изготовлении деталей воздушной машины механический

КПД можно еще увеличить, что сделает пневмоиндуктивность высокоэффективным элементом любой системы.

При выводе (7) принимается еще одно правомерное допущение о беэынерционности воздушного потока.

Аналогичный результат можно получить и для других типов машин подачи воздуха. Например, для осевых машин имеют, согласно фиг.4, полностью аналогичные соотношения

1(— (:

0 т,а и

В сЬ р1

Ъо™i o J. П(1 Ь где С1 — проекция полной скорости

И частиц, сходящих с лопаток, на окружную скорость;

Йср — радиус средней линии лопаток, ротора;

Ь вЂ” высота лопаток;. р2- угол схода частиц с лопаток ротора.

Формула (8) получена из условия отсутствия закручивания потока при входе на лопатки, а формула (9) в предположении Ь <с R что типично для осевых машин. Совершенно очевидно, что выкладки с (8) и (9), аналогичные приведенным выше, дадут результат вида (7).

То же самое можно показать и для вихревой машины. Таким образом, ротор любой машины подачи воздуха может быть принципиально использован в качестве пневмоиндуктивности.

Формула изобретения

Применение ротора пневматической роторной машины в качестве пневмати" ческой индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. M. Наука, 1973, с.7.

2. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М., Энергия, 1977, с.29-31.

868781

ПРр

Составитель О.Гудкова

Редактор И.Ковальчук Техред А.Савка

Корректор M.Äåì÷èê

Заказ 8331/72 . - Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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