Спосіб випробування кавітаційного апарату

1. Способ испытания кэвитэционного аппарата, содержащего последовательно установленные по ходу потока жидкости подводящий трубопровод, конфузор, рабочий участок и диффузор, включающий ооз Изобретение относится к контрольноизмерительной аппаратуре для диагностики суперкавитзционных технологических аппаратов и позволяет определять возникновение и степень р а з в и т и я процесса суперкавитации. Известны способы обнаружения явления кавитации путем генерирование ультразвуковой волны, которая проходит через зону кавитации и затем регистрируется. По степени ослабления ультразвуковой волны буждение кавитацми R рабочем участке и выявление наличия кавитационной каверны по результатам измерения статического давления Pi в подводящем трубопроводе в зоне ненарушенного течения и статических давлений Рг и Рз в двух сечениях рабочего участка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что возбуждение кавитации осуществляют путем обтекания потоком жидкости кавмтатора. установленного в начале рабочего участка, а выявление наличия кавитациокной каверны производят по соотношению величин (Рг:Рі) и (Рз:Рі), причем давления Р^ и Рз измеряют в сечениях, отстоящих от кавитатора на расстоянии соответственно (0,3-0,4) и > 1,7 номинальной длины каверны. 2. Способ испытания по п. 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что фактическую длину каверны определяют по формуле: 1кф. - А р , где А - коэффициент пропорциональности. судят о наличии или отсутствии кавмтацми [1]. Существенным недостатком зтого способа диагностики является то, что его результаты сильно зависят от наличия і вердой фазы в жидкости, ее газосодержаний, многокомпонентности (многофазности) и т.д. А это как раз те условия, которые наиболее часто имеют место в различных технологических аппаратах. Известен также способ измерений статического давления в зоне схлопывзнид ка С ЧЛЇШ о 9800 витационнчх пузырьков [2]. Недостатком этого способа является низкая достоверность Например, манометр может показать падение давления гри наличии сильной турбулентности потока при отсутствии кавитации. Практика показывает, что часто нестабильная работа иасосоо и различных элементов оборудования приводит к случайным и резким колебаниям давления жидкости в трубопроводах. Эти колебания регистрируются манометром и в результате имеет место ложная информации о кавитационном процессе. Данный способ но позволяет кроме того судить о режиме кавитации (жесткий, мягкий) в аппарате, степени ее развития. Указанные способи не нашли практического применения в технологических кавитациокных аппаратах в связи с тем, что в большинстве случаев із них применяются сложные мчоюкомпонентные (многофазные) среды. Кроме того, аппаратурная реализация этих способов достаточно тяжела, сложно обеспечить высокую нгдежность узлов ввода ?лектродов, оолноводоо ультразвукового генератора в зону кавитации. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения характеристик кавигациомного течения в рабочем участке, содержащем последовательно установленные по ходу потока жидкости подводящий трубопровод, конфузор, рабочий участок и диффузор, а о исследуемых характеристиках судят по результатам измерения статического давления Рі в зоне ненарушенного течения и статических давлений в двух сечениях рабочего участка [3], Недостатком этого способа является то, что наличие кавитации определяется дополнительно, другим методом - акустическим или иным, кроме того, данный метод не позволяет определить степень развития кавитационного процесса. В основу изобретения поставлена задача создания способа испытания кавитационного аппарата, в котором повышена точность и достоверность диагностирования с одновременным измерением длины каверны, при обработке многофазных сред. Поставленная задача решается тем, что в известном способе испытания кавитационного аппарата, содержащем последовательно установленные по ходу потока жидкости подводящий трубопровод, конфузор, рабочий участок и диффузор, включающий возбуждение кавитации в рабочем участке и выявление наличия кавитационной каверны по результатам измерения статического давления в подводящем трубопроводе в зоно ненарушенного течения и статических давлений Рг и Рз о двух Сечениях рабочего участка, согласно изобретению, возбуждение кавитации осуще5 ствллют путем обтекания потоком жидкости кавитатора, установленного в начале рабочего участка, а выявление наличия кавитационной каверны производят по соотношению величин (Рг:Рі) и (Рз.Рі). при10 чем давления Рг и Рз измеряют в сечениях, отстоящих от кзвитатора на расстоянии соответственно (0,3-0,4) и > 1,7 номинальной длины каверны. Кроме того, задача решается тем, что 15 фактическую длину каверны определяют по формуле: L=A ~ VT^' где: А - коэффициент пропорционально20 сти. 25 30 35 40 45 50 55 На чертеже (фиг.1) изображена структурная схема технологического аппарата, точки отбора давления для реализации предлагаемого способа диагностирования. На фиг.2 - график распределения статического давления по длине рабочего участка, а на фиг.З - градуировочная зависимость устройства, реализующего предлагаемый способ диагностики. Аппарат содержит подводящий 1 и отводящий 2 трубопроводы, которые сопряжены с копфузором 3 и диффузором 4, соответственно. Между комфузором 3 и диффузором 4 установлен рабочий участок 5. Поток 6 формируется конфузором 3 и направляется в рабочий участок 5, в начале которого установлен кэвитатор7. В рабочем участке 5 создается суперкавериа 8 длиной LK. Статическое давление измеряют • точках 9, 10, 11. Сущность предлагаемого способа диагностики заключается в следующем. Теоретический анализ показал, что статическое давление вдоль стенки рабочего участка (РУ) должно иметь три характерных области. Их можно условно разделить на области: 1 тело каверны; II - формирований и ехпопывание кавитациоиных пузырьков; III - установившегося течения. П р о в е д е н н ы е экспериментальные исследования на гидродинамическом стенде подтвердили особенности этого распределения. В качестве рабочей жидкости использовалась вода. Длина РУ-500 мм, его внутренний диаметр35 мм, максимальный диаметр конусообразного кавитатора - 28 мм. Скорость потока регулировалась до 6 м/с. Для улучшения условия кавитации весь стенд вакуумировался. Вдоль РУ сделано пятнадцать точек 9800 отбора давления, которые по очереди подключались коммутатором к образцовому вакуумметру класса 0,4. Чтобы уменьшить влияние колебаний потока от неравномерной работы насоса и других факторов потока используется не само измеренное значение Pi в каждой точке, а относительная величина (Рі:Рз) где Рз - давление в трубопроводе 1 (фиг.1). Полученное распределение показано на фиг.2. Аналогичные распределения получены при проверке распределения статического давления в РУ при использовании многокомпонентных (многофазных) жидкостей. Например, дизтопливо, мелассы, вода+каолин и т.д. Статическое давление на участке 1 - практически постоянно. Участок II начинается не с конца каверны, а на расстоянии 4-5 диаметров кавитатора от хвоста каверны (установлено визуально с помощью фотосъемки). В начале участка II давление начинает резко расти (процесс образования пузырьков) и продолжает возрастать до конца участка (процесс схлопывания). Участок 111 характеризует установившийся в РУ поток. Уровень статического давления здесь определяется гидродинамическими потерями, но он постоянен на всем участке. Полученные результаты позволили критически оценить способ диагностики кавитационного аппарата, взятый за прототип [3]. Согласно этому способу отбор и измерение статического давления выполняется на участке II (см. фиг.2), где измеряемое давление изменяется по случайному закону. Следует также учесть, что процесс схлопывания кавитационных пузырьков определяется также вероятностными законами. Анализ показывает, что по результатам измерения статического давления в любой точке РУ на участке II нельзя принять однозначного и достоверного решения: есть ли в аппарате кавитация. В этом случае можно ложную информацию принять за истинную (например, наличие сильной турбулентности, гидравлический удар и т.д.). Анализ фиг.2 показал, что сравнительно простыми операциями и правильным выбо 5 10 15 20 ром точек отбора и измерения давления можно достоверно оценивать наличие каверны в аппарате. Достаточно сравнить соотношения (Рі:Рз) с (Рг:Рз). где Pt измеряется на участке 1, Рг - на участке III, а Рз - на трубопроводе 1 (фиг.1). Таким образом, (Рг:Рз)/(Рт:Рз) D от точки сопряжения конфузора с трубопроводом 1 (фиг.1). Целесообразно давление Рг измерять в конце РУ. Тогда длина РУ должна удовлетворять требованию > 1 , 7 U . 25 Из полученных результатов также следует, что при вышеуказанном выборе точек отбора и измерения давления кроме диагностики возникновения (наличия) каверны, можно определять степень развития кави30 тации, например, длину каверны. Для этого результаты измерений Pi, Рг. Рз обрабатываются с учетом эмпирической зависимости U - А х [(Рг - Рі)/Рз], где А - коэффициент пропорциональности. 35 Коэффициент А определяется эмпирически. Так для конусообразного кавитатора и воды А - 1; U - измеренное значение длины каверны Ц в см. На фиг.З дан градуировочный график устройства, реализую40 щего предложенный способ. Предлагаемый способ легко реализуется аппаратурно. Его применение позволит проводить достоверную диагностику техно45 логических суперкавмтацііонньїх аппаратов. Аппаратурную реализацию способе можно использовать в системах локальной автоматики и АСУ ТП, 9800 Фиг. I . Zfl і.8 25 4Р,5 285 3^.5 Фиг. 2 42 fi РУ(см) 9800 Ik іп 6 fcf Фиг.З Упорядник Замовлений 4552 Техред М.Моргентая Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 2546Ї35, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гпгаріна, 10J