Development of throttle selector of significantly different pressures for gas-dynamic tools

The results of the study of the developed scheme of the selector of significantly different pressures, based on combining flow and pressure dividing valves with flow summarizing valve, allowing a proportional increase of all interthrottle pressures of the scheme are presented in the paper. The mathematical models that provide a choice of optimal parameters of the scheme elements and the study of the effect of the influence factors on the operation quality of the throttle selector scheme are obtained. These models are a system of n nonlinear algebraic equations that can be solved by known numerical methods.  Using pressure reproduction tools, based on the developed scheme is especially relevant for gas-dynamic synthesizers of mixtures with a given composition with microconcentrations of components. Due to providing a linear change of interthrottle pressures in the scheme and applying gas-dynamic synthesizer of linear metering capillaries in the mixer, there is the prospect of obtaining complex multicomponent mixtures with microconcentrations of components with higher concentration maintaining accuracy than in the known tools for the continuous preparation of mixtures with given composition.

section_content: Доктор технічних наук* Е-mail: atxp2010@gmail. com *Кафедра автоматизації теплових і хімічних процесів Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013
section_name: З . М . Т е п л ю х

section_name: Досліджена дросельна схема задавача суттєво різних тисків, що побудована на основі суматора потоків, подільників тисків і потоків і яка забезпечує лінійний приріст міждросельних тисків при зміні тиску живлення схеми. Розроблена схема знайде застосування також для відтворення суттєво різних перепадів тисків, зокрема для засобів приготування газових сумішей з мікроконцентраціями компонентів Ключові слова: дросельна схема, лінійна зміна тиску, подільник тисків і потоків, капіляр

section_content: УДК 681. 2. 53. 082. 3 DOI: 10. 15587/1729-4061. 2014. 31390
section_name: Исследована дроссельная схема задатчика существенно разных давлений, построенная на основе сумматора потоков, делителя давлений и потоков и которая обеспечивает линейный прирост междроссельных давлений при изменении давления питания схемы. Разработанная дроссельная схема может найти применение для воспроизведения существенно разных перепадов давления, в частности для средств получения газовых семей с микроконцентрациями компонентов Ключевые слова: дроссельная схема, линейное изменение давления, делитель давления и потоков, капилляр

section_content: У контрольно-вимірювальній техніці одним з найважливіших питань є підвищення точності вимірювань і задання значень параметрів, що є особливо актуальним для газоаналітичних засобів, похибка яких досить часто є на рівні 10 і більше відсотків [1, 2]. 

Останнім часом як у промисловості, так і в науково-дослідницькій практиці вимоги щодо точності газоаналітичних засобів суттєво зросли, що пов'язано, зокрема із зростанням забруднення довкілля димовими газами [3]. Особливо актуальним є підвищення точності в метрології, наприклад для засобів приготування перевірювальних газових сумішей [4], а також для  I. В. Дiлай, З. М. Теплюх,. 2014 Прикладная механика систем задання постійних витрат газових потоків [5]. Дотепер одним із способів вирішення цього завдання є зменшення впливу завад, зокрема завдяки стабілізації тисків та витрат газових потоків за допомогою засобів пневмоавтоматики, проте, як показує практика, таке розв'язання завдання не завжди дає потрібний результат [6, 7].
section_name: Вступ

section_content: Для стабілізування тисків і витрат газових потоків застосовують стабілізатори абсолютних і надлишкових тисків [8]. У газоаналітичних системах часто використовують в одній схемі декілька стабілізаторів, наприклад для задання різних тисків. Проте використання кількох (часто різнотипних за діапазоном стабілізованих тисків) стабілізаторів, які в силу навіть незначних конструктивних відхилень при їх виготовленні мають різні витратні характеристики, не забезпечує однонапрямленої і пропорційної зміни тисків [9, 10]. Крім того значення підтримуваного тиску залежить від величини завдання тиску і значення витрати газу через стабілізатор, отже відоме застосування стабілізаторів не завжди забезпечує підвищені вимоги до точності завдання тиску і витрати. 

Для задання та підтримання постійного співвідношення тисків перспективним є розділення газодинамічних кіл стабілізування тисків і дозування газів, а також використання капілярних подільників для завдання різних тисків [11]. Завдяки цьому досягається однонапрямленість зміни міждросельних тисків при можливих відхиленнях тиску живлення подільника, а за певних співвідношень розмірів прохідних каналів капілярів подільника -пропорційність зміни всіх його міждросельних тисків. Проте окремий лінійний подільник тиску (ПТ) при дроселюванні повітря має коефіцієнт поділу тисків, який не перевищує 30. Для забезпечення більших значень коефіцієнтів поділу можна використовувати каскадне з'єднання ПТ. Однак така схема потребує для живлення усіх каскадів ПТ окремих повторювачів тиску, кожен з яких може вносити похибку відтворення тиску з попереднього каскаду. Тому ефективнішим для забезпечення постійного відношення тисків є відтворення тисків на основі дросельної схеми, утвореної поєднанням базових з'єднань подільників тисків і потоків та суматора потоків, що може забезпечити однонапрямлений та пропорційний приріст всіх міждросельних тисків від зміни тисків живлення.
section_name: Аналіз публікацій та постановка проблеми

section_content: Метою роботи є підвищення точності газодинамічних засобів, які потребують задання суттєво різних за значенням тисків (абсолютних, надлишкових, перепадів) і однонапрямлених та лінійних їх приростів від зміни тисків живлення, для чого необхідним є:

-розроблення і дослідження математичної моделі дросельної схеми, утвореної поєднанням базових з'єднань -подільників тисків і потоків та суматора потоків;

-розроблення алгоритму проектування задавача тисків для вирішення конкретного завдання;

-розроблення, як приклад застосування задавача тисків, високоточного газодинамічного синтезатора багатокомпонентних газових сумішей з мікроконцентраціями компонентів. 

Вирішення цих завдань дасть можливість будувати апаратурний засіб як джерело стабілізованих тисків живлення газодинамічних дросельних систем з поліпшеними метрологічними і експлуатаційними характеристиками.
section_name: Мета та задачі дослідження

section_content: Результати досліджених базових дросельних схем [11] уможливили, зокрема, побудову схеми капілярного задавача, призначеного для встановлення та підтримання суттєво різних перепадів тисків.
section_name: Розроблення та дослідження задавача

section_content: На рис. 1 представлена розроблена нами дросельна схема, в якій на основі поєднання схем подільників тисків (І) і потоків (ІІ), а також суматора (ІІІ) реалізована функція лінійної зміни міждросельних тисків від тиску Р 1, 2 живлення. У зображеній на рис. 1 схемі показані лише двокапілярні (І) ПТ, проте для задання кількох значень проміжних тисків можуть бути використані і багатоелементні. Так, наприклад, якщо у синтезованій суміші має бути кілька компонентів з макроконцентраціями (1…100 % об. ), то у першому каскаді доцільно використати багатокапілярний ПТ.
section_name: 1. Принципова схема задавача

section_content: Дросельна схема побудована так, що до входу першого капіляра К і,1 і-го каскаду (і=1,…, n-1) під'єднаний вхід наступного і+1-го каскаду, а точка з'єднання цих входів утворює і-й вузол схеми. У разі застосування в схемі n каскадів лінійних ПТ, максимальне співвідношення перепадів тисків  і+1max = ( ) ( ) i,1 0 i 1,1 0 P P / P P + -кожного з яких є на рівні 30, загальний коефіцієнт поділу складатиме 30 n. 

Основною перевагою цієї схеми є те, що зміна тиску Р 1, 2 на вході схеми спричиняє відповідний однонапрямлений приріст всіх її міждросельних тисків Р i, 1 (і=1,…,n), а у разі забезпечення лінійності цих приростів, також постійне співвідношення перепадів тисків на капілярах. Необхідною умовою забезпечення функції лінійності міждросельних тисків схеми є стабілізація на виході суматора потоків (ІІІ) тиску Р 0 газу і його температури T. Для цього на виході встановлюють стабілізатор абсолютного тиску САД-307 [7], а всі елементи дросельної схеми поміщають в термостат.
section_name: Рис. 1. Принципова дросельна схема для одержання суттєво різних перепадів тисків з лінійною функцією їх зміни від тиску на вході

section_content: Мінімальну кількість n каскадів схеми можна визначити за залежністю ( ) l ) згідно із залежностями

де s s i,1 i,1 d, l -діаметр і довжина каналу еквівалентного капіляра і-го лінійного ПТ; ξ -коефіцієнт кінцевих ефектів; X -параметричний ком-плекс газу, X=(512 R г T μ 2 ) -1 ; R г -газова стала, R г =R/M; R -універсальна газова стала; M -молекулярна маса; μ -в'язкість газу при температурі T. 

Далі виконують заміну двох паралельно з'єднаних капілярів K n-1,1 і n,1 одним еквівалентним згідно із залежністю У результаті еквівалентних заміщень паралельних і послідовних з'єднань капілярів трикаскадного (n=3) лінійного задавача тисків (рис. 2) і розрахунків за формулами ( 2 )-( 3 ) одержані такі розміри капілярів, подані в мм: d 1,1 =d 2,1 =d 3,1 =0,3; l 1,1 =l 2,1 =l 3,1 =120,7; d 1,2 =0,109, d 2,2 =0,064, d 3,2 =0,106; l 1,1 =14,0, l 2,1 =5,2, l 3,1 =13,4.
section_name: 2. Алгоритм побудови схеми і розрахунок її елементів

section_content: Для дослідження впливу тисків на вході Р 1, 2 і на виході Р 0 схеми на міждросельні тиски схеми задавача (рис. 1) на основі закону Кірхгофа одержана математична модель, яка представляє собою систему нелінійних алгебраїчних рівнянь: Математична модель дросельної схеми, представленої на рис. 2, а, одержана на основі (4), має вигляд

Ця модель представляє собою систему трьох нелінійних рівнянь і може бути розв'язана відомими числовими методами. 

Моделювання роботи дросельного задавача тисків із розмірами прохідних каналів капілярів, одержаними в підрозділі 4. 2, показало, що зміна вхідного тис-ку Р1, 2 на значення ±10 кПа не спричиняє зміни коефіцієнтів 1 і поділу усіх каскадів. 

Для довільно вибраних розмірів капілярів, наведених в мм: d 1,1 =0,25, d 2,1 =0,33, d 3,1 =0,15; d 1,2 =0,1, d 2,2 =0,08, d 3,2 =0,065; l 1,1 =17,0, l 2,1 =10,0, l 3,1 =25,0 із системи (5) визначені довжини l 1,1 =89,9, l 2,1 =119,4, l 3,1 =101,1 прохідних каналів капілярів К 1,1, К 2,1 і К 3,1 дросельної схеми (рис. 2 а) при забезпеченні тих самих значень міждросельних тисків Р і,1 як і в вищезгаданому прикладі. Моделювання впливу зміни тиску Р 1,2 на вході схеми на ±10 кПа показало, що значення коефіцієнтів 1i χ поділу міждросель- них тисків не є постійними, а відносна похибка є на рівні 1,1 %.
section_name: 3. Моделювання задавача тисків

section_content: На рис. 3 представлена принципова схема газодинамічного синтезатора для приготування суміші з мікроконцентраціями компонентів -0,005 % СО, 0,01 % СН 4, 19 % CO 2 і 80,985 % N 2. Синтезатор побудований на основі оптимального підбору капілярів змішувача (Зм) газових потоків і дросельного задавача тисків, що забезпечило приготування суміші з мікроконцентрацією чадного газу. 

У розробленому задавачі завдяки оптимальному поєднанню базових дросельних схем -подільника потоків, тисків і суматора потоків, вдалося забезпечити високоточне відтворення співвідношення суттєво різних перепадів тисків на дозуючих капілярах при зміні тиску Р 1,2 на вході схеми завдяки лінійності зміни міждросельних тисків. Забезпечення пропорційної зміни міждросельних тисків у схемі стало можливим внаслідок застосування лінійних капілярних подільників тисків, подільників потоків і використанні при визначенні розмірів дроселів схеми еквівалентних перетворень базових з'єднань лінійних капілярів. Це забезпечило функціонування схеми задавача без повторювачів тисків, які потенційно є джерелом похибок відтворення міждросельних тисків на входах наступних каскадів схеми (див. багатокаскадні з'єднання подільників тисків [12] ). За допомогою математичної моделі (5) і моделі змішувача [11] проаналізований вплив зміни вхідного Р 1, 2 і вихідного P 0 тисків дросельного задавача на концентрацію компонентів суміші, які дозують за допомогою лінійних капілярів змішувача. 

Моделюванням встановлено, що для газодинамічного синтезатора, побудованого на основі лінійного дросельного задавача і лінійних дозуючих капілярів змішувача, найбільша відносна похибка концентрації компонента з найменшим вмістом (r CO =0,005 %) в суміші при зміні вихідного тиску в межах Р 0 ± 5 кПа -1,7 % відн. Також підтверджено, що зміна вхідного тиску Р 1,2 не впливає на концентрації компонентів суміші. 

У разі застосування в синтезаторі задавача капілярів із нелінійною залежністю зміни міждросель-них тисків відносна похибка концентрації r CO є на рівні 1 % відн. при зміні тиску живлення Р 1,2 ±10 кПа, а при зміні вихідного тиску Р 0 в межах Р 0 ± 5 кПа -2,3 % відн. Таким чином можна стверджувати, що застосування розробленого дросельного задавача тисків забезпечує вищі метрологічні характеристики газодинамічного синтезатора газових сумішей.
section_name: Приклад газодинамічного синтезатора із заданням тисків від лінійної дросельної схеми

section_content: Розроблена і досліджена дросельна схема задавача тиску, яка поєднує схеми подільника і суматора потоків з подільниками тисків і призначена для підтримання постійного співвідношення суттєво різних перепадів тисків на дозуючих капілярах, зокрема в газодинамічних синтезаторах сумішей заданого складу, задавачах витрати, а також в блоках стабілізованих тисків живлення. Розроблений алгоритм проектування задавача тисків з лінійним однонапрямленим приростом міждросельних тисків, який полягає у визначенні:

-структури схеми -кількості каскадів за залежністю (1); -параметрів прохідних каналів всіх його капілярів -в поетапному еквівалентному заміщенні послідовного і паралельного з'єднань лінійних капілярів відповідно за залежностями (2) і (3), починаючи з останнього каскаду схеми. 

Одержана математична модель (4) високоточного задавача тисків представляє собою систему n нелінійних рівнянь, одержаних на основі закону Кірхгофа, забезпечує розрахунок схеми і дослідження дії факторів впливу на її роботу. 

Застосування розроблених дросельних схем як базових для блоків стабілізованих тисків у синтезаторах газових сумішей забезпечує одержання мікроконцентрацій компонентів, а також підвищення точності підтримання концентрації компонентів складних газових сумішей.
section_name: Висновок

section_content: Кандидат технічних наук, доцент* Е-mail: olexa74@ukr. net *Кафедра сільськогосподарського машинобудування Кіровоградський національний технічний університет пр. Університетський, 8, м. Кіровоград, Україна, 25006
section_name: О . М . В а с и л ь к о в с ь к и й

section_name: Обґрунтовано параметри периферійно розташованих комірок та встановлено вплив їх кроку на рівномірність розміщення насінин в рядку. Використання комірок, утворених отвором і лопаткою, дозволить забезпечити більшу рівномірність дозування на початковому етапі. За результатами виконаних досліджень розроблена секція сівалки для висіву насіння просапних культур, в конструкції якої використано запропонований пневмомеханічний апарат з обґрунтованими конструктивними параметрами Ключові слова: комірка, якість дозування, рівномірність розподілу, висівний диск, пневмомеханічний висівний апарат

section_content: Ключевые слова: ячейка, качество дозирования, равномерность распределения, высевающий диск, пневмомеханический высевающий аппарат УДК 631. 33. 02 DOI: 10. 15587/1729-4061. 2014. 29272
section_name: Обосновано параметры периферийно расположенных ячеек и установлено влияние их шага на равномерность размещения семян в рядке. Использование ячеек, образованных отверстием и лопаткой, позволит обеспечить большую равномерность дозирования на начальном этапе. В результате выполненных исследований разработана секция сеялки для посева семян пропашных культур, в конструкции, которой использован предложенный пневмомеханический высевающий аппарат с обоснованными конструктивными параметрами

section_content: Сучасні пневмомеханічні висівні апарати точного висіву, попри довгу історію їх створення і вдосконалення, мають ряд недоліків, основними з яких є: недостатня дозуюча здатність, викликана обмеженістю колової швидкості висівного диска (V к ≤0,5 м/с) і наявність випадкового неконтрольованого перерозподілу інтервалів між насінинами в борозні, внаслідок великої відносної швидкості насіння при контакті з останньою під час руху сівалки на номінальних швидкостях (V с =1,5…2,5 м/с). Усунення зазначених недоліків досягається шляхом збільшення колової швидкості висівного диска і узгодження її з поступальною швидкістю сівалки. Однак, в конструкціях сучасних пневмомеханічних висівних апаратів вирішити дану задачу технологічно неможливо, оскільки це погіршує утворення однонасіннєвого потоку насіння ще на початковому етапі його формування. 

Якість дозування насіння до борозни залежить, в першу чергу, від рівномірності розташування насінин на висівному диску. Тому підхід до обрання форми отворів диска є визначальною початковою умовою рівномірного дозування.
section_name: Вступ

section_content: З початку ХХ сторіччя почався пошук конструкцій висівних апаратів для пунктирної сівби насіння. 

Одним із перших пневмомеханічних висівних апаратів є висівний апарат з дозатором барабанно-пальцевого типу, заявлений у 1904 році у США [1]. 

За конструктивним виконанням пневмомеханічні апарати можуть бути дисковими або барабанними, а за способом використання повітря їх розрізняють на вакуумні та апарати надлишкового тиску [2]. 

Перераховані висівні апарати мають недостатню дозуючу здатність, викликану обмеженістю колової швидкості висівного диска і випадковим неконтрольований перерозподілом інтервалів між насінинами в борозні, внаслідок великої відносної швидкості насіння. 

Якість дозування насіння до борозни залежить, в першу чергу, від рівномірності розташування насінин на висівному диску. 

На сьогоднішній день, створено велику кількість різновидів присмоктувальних отворів, серед яких можна виділити кілька основних типів:

-отвори круглої форми [3] [4] [5] ; -отвори конічної або тороїдальної форми [6, 7] ; -комірки, утворені отвором і лопаткою [8, 9].
section_name: Аналіз літературних даних та постановка проблеми

section_content: 6/7 ( 72 ) 2014 4. Software enabled variable displacement pumps -experimental studies [Electronic source] / Department of Mechanical Engineering University of Minnesota. -Available at: http://www. me. umn. edu/~lixxx099/papers/RannowIMECE2006. pdf/ -16. 11. 2014. -Загл. с экрана. 5. Tonglin Shang. Improving Performance of an Energy Efficient Hydraulic Circuit [Text] : Thesis for the Degree of Master of Science / Tonglin Shang. -Saskatoon, 2004. -158 p. -Available at: http://ecommons. usask. ca/bitstream/handle/10388/etd-04242004-151248/TonglinShang_Thesis. pdf 6. Гидравлический вибратор: пат. RU 2433001 C1 Рос. Федерация: МПК B06В 1/18, [Текст] / Попиков П. И., Юдин Р. В., Платонова М. А., Платонов А. А. -заявитель патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная лесотехническая академия". -№ 2010114610/28 ; заявл. 12. 04. 2010 ; опубл. 10. 11. 2011. -Режим доступа: http://www. freepatent. ru/images/patents/27/2433001/patent-2433001. pdf 7. Rotary hydraulic servo or throttle valve: patent US5242150 USA: MPK F16K3/34 [Text] /