CS259079B1 - Zařízení pro anemometrická měření rychlosti proudění média v uzavřeném prostoru - Google Patents

Abstract

Zařízení pro anemometrická měření rychlosti proudění média v uzavřeném Drostoru, zvláště ve válci motoru opatřeného hlavou s kanálem propojujícím přes vyrovnávací tlakovou nádobu uzavřený prostor s průtokoměrným zařízením,, přičemž na výstupu z kanálu do uzavřeného prostoru je uspořádán uzavírací ventil a v uzavřeném prostoru uzavřeném čelním nosičem jsou uspořádány odváděči otvory ústící do sběrného prstence vývěvy a čelním nosičem prochází měřící sonda. Podstata řešení spočívá v tom, že čelní nosič uložený otočně a souose vzhledem k měřenému válci, je opatřen vodící drážkou pro uložení nosné koótky, v níž je otočně uloženo vodicí J ouzdro měřící sondy? jejíž vnější konec e opatřen suvným zařízením.

Description

. Vynález se týká zařízení pro anemometrické měření rychlosti proudění media v uzavřeném prostoru, zvláště ve válci motoru opatřeného hlavou a kanálem propojujícím přes vyrovnávací tlakovou nádobu uzavřený prostor s průtokoměrným zařízením, přičemž, na výstupu z kanálu do uzavřeného prostoru Je uspořádán uzavírací ventil a v uzavřeném prostoru uzavřeném čelním nosičem jsou uspořádány odváděči otvory • ústící do sběrného prstence vývěvy a čelním nosičem prochází měřící sonda.

Ve výzkumnš-vývojové praxi, se často vyskytuje potřeba měření rychlostního pole proudění media, které může vykonávat pohyb přímočarý, vířivý nebo šroubovitý. Přitom je zapotřebí mít přehled o detailním obrazu ve válci, v potrubí a v kanálech spalovacího motoru nebo pístového kompresoru, případβ ně v průtočných částech, lopatkových strojů a zařízení. Při vývoji spalovacího motoru je navíc nutno zjistit, jaký vířivý účinek vyvolává ve válci sací kanál, jaká bude celková ehergie vírů a antivirů ve spalovacím prostoru před zahájením vstřikování paliva. Podle zjištěných výsledků se pak může vhodně dimensovat a orientovat výstřikové otvory vstřikovací trysky, ale také vhodně tvarovat samotný sací kanál.

V současné době je známo několik zařízení pro anemometric ké měření rychlostního pole proudění media planného nebo ka259079

2.

palného v prostoru. Některé z nich poskytují jen vizuální obraz o směru proudění bez možnosti určení rychlostních a energetických veličin. Takový obraz můžeme získat s pomocí sítě a nití, upevněných v jejich okách, s pomocí barvicích prášků periodicky přidávaných do media na jeho vstupu, s pomocí stopových nátěrů na stěně, pístu a spalovacího prostoru anebo nakonec metodou, zviditelnění teplotního rozhraní proudícího media šlírovací metodou.

Jiná zařízení j3ou uzpůsobena tak, že proudění media lze do jisté míry již kvjmtifikovat co do rychlosti a jeho směru, vírových a průtokových charakteristik. U dalšího zařízení, používajícího známou metodu G« Thiena, je do cesty proudícímu mediu vkládána vrtulka s možností měření, úhlové rychlosti její rotace kolem její osy. U jiného zařízení je namísto vrtulky vkládána do pokusného válce voštinová kruhová destička, vyehylující se rovněž kolem své osy, pokud existuje ve válci rotační pohyb media. ¥ poslední době také byla vyvinuta zařízení, u nichž se měření provádí pomocí laserová techniky.

Další možností měření rychlostního pole je pomocí anemometrické sondy, snímající rychlost plynu termoelektricky nebo pneumaticky, která se přestavuje ručně v otvorech držáku uzavírajícím měřený válec.

Těchto uvedených zařízení se dosud u uživatelů běžně používá. Avšak bylo zjištěno, že mají některé nedostatky. Například' jsou tak jednoduchá, že jimi nelze přesně určit rychlostní a jiné potřebné veličiny. U zařízení používajících vrtulku a voštinovou destičku pak nedostatek spočívá v tom, že jejich osa rotace leží daleko mimo osu vířivého či šroubového pohybu náplně ve válci a navíc má ještě jiný sklon.

Pak tedy energie rotace vrtulky a náplně válce nemohou mít předpokládanou souvislost,a tudíž ani přímou závislost»

Sklon osy rotace náplně ve válci se také mění v průběhu sacího taktu v závislosti na otevření sacího ventilu. Není zanedbatelná ani ta skutečnost, že největší energii mají ty vrstvy proudícího media, které rotují na okraji válce a na které vrtulka ani voštinová destička nedosáhnou» Z těchto důvodů jsou výsledky anemometrických měření uvedenými metodami obvykle ve velkém rozporu s výsledky měření na motoru za tepla a použitelné jsou jen zjištěné údaje o průtokovém čísle.

♦

Nevýhodou použití anemometrické sondy je doposud ruční přestavování sondy v otvorech, zdlouhavé a pracné vyhodnocování. Ani touto metodou nelze měřit ve všech bodech měřeného prostoru.

Laserová metoda anemometrování se svou složitou zkušební a měřící aparaturou vyniká možnostem využití v aplikovaném výzkumu a při vývoji motoru.

Cílem vynálezu je zajistit možnost měření ve všech místech měřeného prostoru a urychlit vyhodnocování rychlostního pole proudění s možností automatického vyhodnocování.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že čelní nosič, uložený otočně a souose vzhledem k měřenému válci, je opatřen vodicí drážkou pro uložení nosné kostky, v níž je otočně uloženo vodící pouzdro měřící sondy, jejíž vnější konef je opatřen suvným zařízením. Dále je měřící sonda svým vnějším koncem propojena pneumaticky přes přiváděči potrubí s analogově-číslicovým převodníkem, pneumaticky spojeným a průtokoměrným zařízením a s výstupním otvorem vývěvy· Měřicí sonda jo převodově spojena s šestým krokovým motorkem, přes vodicí pouzdro je převodově spojena s pátým krokovým motorkem, přes nosnou kostku je převodově spojena ae čtvrtým krokovým motorkem, přes celní nosič je převodově spojena s třetím krokovým motorkem a zároveň je klapka vývěvy mechanicky spojena s druhým krokovým motorkem a ventil je mechanicky spojen s prvním krokovým motorkem, přičemž všechny krokové motorky a průtokoměrná zařízení jsou elektricky spojena s jednotkou pro 3tyk s vnějším prostředím, která je spolu s analogověčíslicovým převodníkem elektricky spojena a procesorem.

Dále je podstata vynálezu v tom, že k měřicí sondě j^ připojena alespoň jedna další sonda, je jíž druhé ústí vyúsťuje do prostoru měřeného válce ve směru, odchylném od vyústění měřicího ústí měřicí sondy*

Takové anemometrické zařízení spojuje výhody sondovaclck metod, které umožňují automatické ponoření sondy (termickémebo pneumatické) do libovolného místa v měřeném prostoru s nenáročností zařízení v pořizovacích nákladech i v provozu (sma4 nější cejchování, jednodušší elektronická aparatura, nenáročnost na čistotu proudícího média a prostředí)»

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je vyobrazei na přiložených výkresech, Ha nichž. obr. 1 představuje jeho schematické znázornění v nárysu s částečnými řezy, obr» 2 znázorňuje část alternativního proudění v částečném řezu.

Zařízení sestává z hlavy 1 válce, na který dosedá měřený válec 2. V hlavě 1 je vytvořen kanál 4/¹¹³ vnějším konci napojený s vyrovnávací tlakovou nádobou Proti vnitřnímu konci kanálu J ústícímu v měřeném válci 2 je umístěn ventil uložený· na první hřídelce 6 prvního krokového* motorku J. Vyrovnávací tlaková nádoba £ je opatřena průtokoměrným zařízením 8. Měřený válec 2, je uzavřen čelním nosičem Pod čelním nosičem % je měřený válec. J2. opatřen odváděcími otvory 10. které spojují vnitřní prostor měřeného válce 2, se sběrným prstencem 11 umístěným na vnější straně měřeného válce 2· Na sběrný prstenec 11 je napojeno třetí potrubí 12 ústící ve vývěvě 1J. Výstupní otvor 14 vývěvy 13 je opatřen klapkou 15 spojenou s druhou hřídelkou 16 druhého krokového motorku 17> Spodní strana čelhího nosiče je opatřena ozubeným věncem 18 259079 zapadajícím do prvního ozubeného kola 19 upevněného na třetí hřídelce 20 třetího krokového motorku 21. Celní noeič 2 Je opatřen vodící drážkou 22, ve které je přestavitelně uložena nosná kostka 23. S nosrtou kostkou 23 je spojena čtvrtá hřídelka 24 čtvrtého krokového motorku 25. V nosné kostce 23 Je otočně uloženo vodící pouzdro 26, v němž je ve směru svislé osy X měřeného válce 2 vytvořena drážka 27. S vodicím pouzdrem 26 Je pevně spojeno druhé ozubené kolo 28, do něhož zapadá třetí ozubené kolo 29 uložené na páté hřídelce 30 pátého krokového motorku 31. Drážkou 2T vodícího pouzdra 26. nosnou kostkou 23 a čelním nosičem £ prochází měřící sortda 32. jejíž měřící ústí 33 je umístěno ve vnitřním prostoru měřeného válce Z. Opačný konec měřící sondy 32 je opatřen ozubeným hřebenem 34^ do něhož zapadá pastorek 25 uložený na šesté hřídelce 36 šestého krokového motorku 37.' K měřicí, sondě 32 je v místech vodícího pouzdra 26 upevněn kolík 38 za¹ sáhující do drážky 27. Přesahující konec měřicí sondy 32 ja opatřen přiváděcím potrubím 39 napojeným k analogově-číslicovému převodníku 40. S analogoVě-číslicoVým převodníkem 40 je také spojena druhým potrubím 49 vyrovnávací tlaková nádoba £ a prvním potrubím 50 výstupní Otvor 14 vývěvy 13. Krokové motorky 2, 12, 21, 2£, 31 a Jljsou umístěny jednak na ne znázorněných držácích, které jsou upevněny k pevným částem zařízení, jednak jsou připojeny k jednotce JI pro styk s vnějším prostředím/k níž je také připojeno průtOkoměrné zařízení 8. Jednotka 41 pro styk s vnějším prostředím, stejně jako analogově-δίslicový převodník 40 Jsou připojeny k procesoru 42. který je propojen s paměťovou jednotkou 43 snímačem 4J děrné pásky, děrovačem děrné pásky, tiskárnou 46, souřadnicovým zapisovačem 47 a alfanumerickým terminálem J8.

V alternativním provedení podle obr· 2 je s měřicí sondou 32 spojena další měřicí sonda 32_. Její ústí 32. Ρ^Ι259079 tom oproti měřícímu ústí 33 podle potřeby vychýleno, jako například v tomto případě o 45°· Opačný konec další měřící sondy 32 je opatřen druhým přiváděcím potrubím 39 napojeným na analogově-číslicový převodník 40. Je také možné, aby bylo takto spojeno i několik měřících sond 32. jejichž měřící ústí 33 by směřovala do různých směrů vnitřního prostoru měřeného válce 2i činnost zařízení spočívá v přestavování měřícího ústí měřící sondy 32 ve vnitřním prostoru měřeného válce 2,a to ve směru radiálním, axiálním vůči podélné ose X měřeného válce 2. Rovněž lze uskutečňovat pohyb kolem osy X měřeného válce j* a navíc ještě pohybkolem vlastní osy měřící sondy 21 • To znamená, že měřící ústí 33 lze prakticky přestavit do každého bodu vnitřního prostoru měřeného válce 2.

Ve směru radiálním se měřící sonda 32 přestavuje prostřednictvím čtvrtého krokového motorku 23» jehož čtvrtá hřídélka 24,spojená s nosnou kostkou 22,jej přestavuje» Ve směru axiálním je měřící sonda 32 přestavována šestým krokovým motorkem 37. jehož šestá hřídelka 3.6 otáčí pastorkem 35. který posouvá ozubený hřeben 34 ^{a s} ní® spojenou měřící sondu 32» Pohyb kolem osy X měřeného válce 2. obstarává třetí krokový motorek 21, jehož třetí hřídelka 20 otáčí prvním ozubeným kolem 12a to otáčí ozubeným věncem 18» 3 ozubeným věncem 18 se současně otáčí čelní nosič 3· Kolem vlastní osy je měřící sonda 12 otáčena pomocí pátého krokového motorku 31» jehož pátá hřídelka 30 otáčí třetím ozubeným kolem 29 zabírajícím do druhého ozubeného kola 28. S otáčejícím se druhým ozubeným koiem 28 se otáčí i vodicí pouzdro 26, čímž drážka .27 přestavuje kolík 38 a ten otáčí měřící sondou 32»

Při uvedení do činnosti vývevy 13 je odsáván z vnitřního prostoru měřeného válce 2 vzduch, který je odebírán sběrným prstencem 11 do třetího potrubí 12 ústícího ve vývěvě 13. Množství odsátého vzduchu je podlé potřeby regulováno druhým krokovým motorkem 17, jehož druhá hřídelka 16 přestavuje klapku 15 ve výstupním otvoru 1£. Současně lže množství vzduchu regulovat prostřednictvím prvního krokového motorku X, jehož první hřídelka 6 ovládá ventil měřeného válce 2. Množství nasátého vzduchu se při činnosti měří průtokoměrným zařízením 8 a vyrovnává se ve vyrovnávací tlakové nádobě 4.

Proudící vzduch, který v měřeném válci 2 simuluje pohyb plynů při činnosti motoru, se snímá měřicím ústím 33 měřicí sondy 32, které se v prostoru měřeného válce 2 přestavuje zmíněnými krokovými motorky 21. 2£, 31 a 31° Zjištěné tlaky v každé poloze měřicí sondy 32 jsou vedeny přes přiváděči potrubí 39 do analogově-čís lícového převodníku 40 a odtud k dalšímu zpracování do procesoru 42. Z procesoru 42 jsou údaje převáděny do paměťové jednotky 43, snímače 44 děrné pásky, děrovače 45 děrné pásky, tiskárny £6, souřadnicového zapisovače 47 a alfanumerického terminálu 48»

Obdobně se informace o činnosti krokových motorků 2, 17. 21. 25. 31 a 37 a o stavu průtokoměrného zařízení 8 předávají do jednotky pro styk s vnějším prostředím a odtud k dalšímu zpracování do procesoru 42. Z procesoru 42 jsou pak patřičné údaje převáděny do paměťové jednotky £3, snímače 44 děrné pásky, děrovače 45 děrné pásky, tiskárny 46. souřadnicového zapisovače. 47 a alfanumerického terminálu 48.

Procesor 42 pracuje se dvěma hlavními programy, měřicím a vyhodnocovacím, na základě kterých se obdrží celkový obraz o rychlostním poli ve válci 2.

Činnost alternativního zařízení podle obr» 2 je totožná s činností jak byla popsána u základního zařízení. Rozdíl je pouze v tom, že se pohyb proudícího vzduchu v měřeném válci.

snímá současně pomocí dvou měřicích ústí 33» 33^ měřicích sond J2, J2' , které jsou samostatně opatřeny přiváděcím potrubím Jg, 39 * do analogově-číslicového převodníku 40.

Vynálezu lze využít v laboratorních a provozních podmínkách, kde je zapotřebí měřit rychlost proudění media v uzavřeném prostoru.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VINÍ LE Z U

   1. Zařízení pro anemometriRké měření rychlosti proudění media v uzavřeném prostoru, zvláště ve válci motoru opatřeného hlavou s kanálem propojujícím přes vyrovnávací tlakovou nádobu uzavřený prostor s průtokoměrným zařízením, přičemž na výstupu z kanálu do uzavřeného prostoru je uspořádán uzavírací ventil a v uzavřeném prostoru uzavřeném čelním nosičem jsou uspořádány odváděči otvory ústící do sběrného prstence vývěvy a čelním nosičem prochází měřici sonda, vyznačené tím, že čelní nosič (95, uložený otočně a souose vzhledem k měřenému válci (2), je opatřen vodicí drážkou (22) přo uložení nosné kostky (23), v níž je otočně uloženo vodicí pouzdro (26) měřicí sondy (32), jejíž vnější konec je opatřen suvným žářízením.
2. 2. Zařízení pro anemometrlcké měření rychlosti proudění media v uzavřeném prostoru podle bodu 1, vyznačují c í se t í m, že měřicí sonda (32) je svým vnějším koncem propojena pneumaticky přes přiváděči potrubí (39) a analogově-číslicovým převodníkem (40), pneumaticky spojeným s průtokoměrným zařízením (8) a s výstupním otvorem (14) vývěvy (13)«
3. 3o Zařízení pro anemometrické měření rychlosti proudění media v uzavřeném prostoru podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že měřící 3onda (32) je převodově spojena s šestým krokovým motorkem (37), přes vodící pouzdro (26) je převodově spojena s pátým krokovým motorkem (31), přes nosnou kostku (23) je převodově spojena se čtvrtým krokovým motorkem (25), přes čelní nosič (9) je převodově spojena s třetím krokovým motorkem (21) a zároveň je klapka (15) vývěvy (13) mechanicky spojena s druhým krokovým motorkem (17) a ventil (5) je mechanicky spojen s prvním krokovým motorkem (7), přičemž všechny krokové motorky (7, 17, 21, 25, 31, 37) a průtokoměrné zařízení (8) jsou elektricky spojeny s jednotkou (41) pro styk s vnějším prostředím, která je spolu s analogově-Číslicovým převodníkem (40) elektricky spojena s procesorem.
4. 4. Zařízení pro anemometrické měření rychlosti proudění media v uzavřeném prostoru podle bodů 1 až 3 / v y z n fičené tím, že k měřicí sondě (32) je připojena alespoň jedna další měřící sonda (32*), jejíž měřící ústí (33*) vyúsťuje do prostoru měřeného válce (2) ve směru odchylném od vyústění měřícího ústí. (33) měřicí sondy (32).