ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ ЦЕНТРОБЕЖНАЯ УСТАНОВКА ИЦУ40
CENTRIFUGAL TEST SETUP ITSU40

Изобретение относится к испытательным машинам, а конкретно к каплеударным испытательным установкам.
Известны каплеударные испытательные установки [1, 2, 3], принятые нами в качестве аналогов. Из выбранных аналогов наиболее близкой по технической сущности является установка [1], принятая нами в качестве прототипа.
Предлагаемая установка включает основание; камеру с крышкой; привод; подшипниковый узел с валом, на котором закреплена муфта с размещенной в ней пластиной, на концах которой закреплены в одном положении исследуемые образцы. Установка также снабжена генератором пара, устройствами для подогрева и вакуумирования.
Установка работает следующим образом.
При заданной температуре и вакууме включается привод и образцы, закрепленные на концах пластин, разгоняются до заданной скорости. С помощью генератора пара в камеру подается пар и исследуется влияние процесса соударения частиц пара на образец и влияние соударения на структуру металла образца. К недостаткам конструкции прототипа относится то, что для получения больших скоростей соударения (150-500 м/с) образца с частицами пара установка должна быть больших габаритов, порядка двух метров и более в диаметре.
Если же речь пойдет о работе на скоростях, близких к реальным, для паровых турбин, т.е. 300-700 м/с, то габариты установки существенно возрастут, что поставит под сомнение саму возможность изготовления установки таких габаритов. Предлагаемое изобретение позволит устранить отмеченный недостаток прототипа и существенно повысить исследуемые скорости соударения частиц пара с образцом.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где изображена схема испытательной центробежной установки:
1 - основание; 2 - рабочая камера; 3 - электродвигатель нижний; 4 - подшипниковый узел нижний; 5 - муфта; 6, 7 - пластины; 8, 9 - образцы; 10 - электродвигатель верхний; 11 - подшипниковый узел верхний; 12 - парогенератор; 13 - трубка подвода пара от парогенератора; 14 - кран; 15, 16 - трубки распределения пара; 17 - трубка отвода конденсата; 18 - кран; 19 - лопатка парогенератора; 20 - крышка; 21 - ускорительная чаша; 22, 23 - конденсаторы; 24 - насос; 25 - трубка подвода жидкости от конденсаторов к насосу.
Принцип работы установки.
Два образца 8 и 9 закрепляются на концах пластин 6, 7 при открытой крышке 20, после чего крышка 20 закрывается. При необходимости в камере 2 обеспечиваются подогрев и вакуум. Включается электродвигатель 3 и образцы 8 и 9 вращаются с заданной скоростью, например по часовой стрелке. Затем включается электродвигатель 10 верхнего привода и открывается кран 14. Пар из парогенератора 12 по трубке 13 поступает в ускорительную чашу 21, далее по трубкам 15, 16 и на выходе из трубок 15, 16 попадает на образцы 8, 9. Согласно принципу классического сложения скоростей частицы пара попадают на плоскость испытуемого образца с дополнительно увеличенной скоростью. Таким образом, в предлагаемом изобретении существенно возрастает скорость соударения частиц пара на образцы, что позволит уменьшить габариты и массу установки. В установке предусмотрен замкнутый цикл циркуляции жидкости. Вода по трубкам 18 попадает в конденсаторы 22, 23, от конденсатора по трубке 25 вода попадает в насос 24, который подает жидкость по трубке 26 в парогенератор 12. По окончании опыта выключаются приводы 3 и 10, открывается крышка 20 и образцы 8 и 9 снимаются для исследования.
На фиг.2, 3 и 4 изображены схемы распределения относительных скоростей, а также скоростей соударения в зависимости от конструкций концов трубок 15 и 16. Как видно из приведенных схем и уравнений, максимальная скорость соударения образца и пара получается в случае использования трубки с загнутым концом в направлении вращения ускорительной чаши 21 с ускорительными насадками, например, в виде сопел Лаваля.
c
тр
у.нac
V=V+ΔV,
c
где V - скорость соударения образца и пара;
тр
V - скорость трубки;
у.нас
ΔV - приращение скорости за счет использования ускорительных насадок, например сопел Лаваля.
Схемы скоростей (варианты) в зависимости от конструкции конца трубки
1. На фиг.2 представлена схема скоростей в случае расположения конца трубки тангенциально относительно траектории движения.
абс
тр
пара
V=V+V,
абс
где V - абсолютная суммарная скорость;
тр
V - скорость трубки;
пара
V - скорость пара в движущейся трубке.
2. На фиг.3 представлена схема скоростей в случае, когда конец трубки загнут в направлении вращения.
c
тр
пара
V=V+V
На фиг.4 представлена схема скоростей, когда в трубке, загнутой в направлении вращения, размещена ускорительная насадка, например сопло Лаваля
c
тр
пара
V=V+V,
c
где V - скорость соударения образца и пара;
тр
V - скорость конца трубки;
пара
V - скорость пара.
Источники информации
1. Схема каплеударной установки МАИ.
2. Крайнев А.Ф. Справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1981.
3. Схема каплеударной машины «Эрозия».
4. Ильин М.И. Исследование и разработка рациональных форм рабочих поверхностей роторов непрерывнодействующих инерционных центрифуг. Докторская диссертация. Краснодарский политехнический институт 1975 г. Краснодар.