ES2331822B1 - Dispositivo de ensayos de ruido aerodinamico para valvuleria trabajando en rangos subsonicos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de ensayos de ruido aerodinámico
para valvulería trabajando en rangos subsónicos.
La presente invención se refiere a un
dispositivo que permite medir y analizar el comportamiento
fluidodinámico y el ruido aeródinámico producido en situaciones de
flujo interno comprensible circulando a través de válvulas que
funcionan en rangos subsónicos (Mach 0.3-0.9). El
dispositivo controla de manera precisa el flujo de aire que pasa a
través de la válvula, incorpora la utilización de equipos de medida
de ruido y fluidodinámicos y se caracteriza por el bajo ruido de
fondo producido por el propio funcionamiento del dispositivo. Para
conseguir esto, se utiliza una tobera convergente (8) con flujo
supersónico bloqueado mediante la utilización de un
cono-tornillo micrométrico regulador del caudal
(12), así como un diseño modular constituido por módulos
intercambiables que se unen por medio de uniones atornilladas que
permiten la modificación de las características del flujo
analizado.
Description
Dispositivo de ensayos de ruido aerodinámico
para valvulería trabajando en rangos subsónicos.
La invención se encuadra en el área científico -
técnica de la Ingeniería mecánica, naval y aeronáutica, más
concretamente en las áreas de conocimiento de Ingeniería mecánica y
Mecánica de fluidos.
Los dispositivos habitualmente utilizados para
el análisis del flujo y la medida de ruido aerodinámico por él
provocado se constituyen mediante complejos y caros túneles de
viento, de sección de análisis del orden de 0.5 - 1 m^{2}. Dichos
túneles suelen disponer dé sistemas de soplado de aire con
generadores capaces de suministrar caudales de aire superiores a los
35000 m^{3}/h (en función de las secciones de estudio deseadas
así como de las velocidades del fluido contempladas en las
especificaciones). Estos caudales pueden generarse tan sólo
mediante la utilización de potentes ventiladores o sistemas de vacío
o sobrepresión formados por multitud de elementos en serie y con
grandes acumuladores. Los dispositivos de medida construidos
conforme a las características mencionadas en el presente párrafo
son herramientas potentes pero extremadamente costosas: equipos de
generación de presión o vacío caros, ventiladores con diseños
específicos de palas que disminuyan la generación de ruido de
fondo, utilización de complejos sistemas de amortiguamiento
acústico.
La patente US3952590 planteada una solución para
disminuir el nivel de ruido de fondo en dispositivos de medida
aerodinámicos basada en la utilización de pantallas finamente
perforadas y ubicadas cerca de las zonas de medición. Otras patentes
coma la JP11166856 plantean dispositivos sencillos y de bajo
coste para medir ruido aerodinámico pero que no permiten medir
dicho ruido cuando de flujo confinado se trata.
El objeto de la presente invención es un banco
de ensayos de ruido aerodinámico para valvulería trabajando en
rangos subsónicos (número de Mach entre 0.3 y 0.9) y caracterizado
porque presenta un sistema generador de vacío y una serie de módulos
tubulares (módulo de estabilización, módulo de análisis, módulo de
desarrollo y módulo de generación y control de caudal) engarzados
de diámetro no superior a 100 mm. (caudales máximos del orden de 3
m^{3}/h), en cuyo interior se genera un flujo compresible.
Respecto al módulo de estabilización y al módulo
de desarrollo, se disponen (de forma precisa y sin interferir en
el desarrollo del flujo dentro de la válvula objeto de estudio) unos
sensores encarados de realizar las medidas fluidodinámicas y de
ruido.
El módulo de análisis, conectado por un extremo
al modulo de estabilización y por otro al módulo de desarrollo, es
el módulo donde se coloca la valvulería objeto de estudio. Este
módulo es transparente, permitiendo validar la generación de
vórtices.
Por otro lado, el módulo de generación y control
de caudal, conectado por un extremo al sistema generador de vacío y
por el otro al módulo de desarrollo, cuenta con una tobera
convergente donde se produce flujo bloqueado. La apertura de la
tobera se controla mediante el cono-tornillo
micrométrico regulador del caudal, que controla de manera sencilla
el caudal y elimina el ruido de fondo de la bomba.
Las ventajas de este nuevo banco de ensayos de
ruido respecto a los dispositivos habitualmente utilizados para
analizar flujo confinado son: ausencia de ruido de fondo (evitando
disponer de elementos absorbentes acústicos), modularidad, montaje y
sistema de control de flujo sencillos y, reducción de tamaño y de
costes.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompañan unos dibujos en los
cuales con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado
lo siguiente:
La figura 1 es una vista en perspectiva del
dispositivo, con sus elementos principales: (1) módulo de
estabilización, (2) módulo de análisis, (3) módulo de desarrollo,
(4) módulo de generación y control de caudal, (5) bomba de vacío,
(6) elementos tubulares y (7) calderín.
La figura 2 es una vista seccionada del módulo
de generación y control de caudal, en la que se identifican los
siguientes elementos: (8) tobera convergente, (9) toma de entrada de
la tobera convergente, (10) cámara de salida de la tobera
convergente, (11) tapa de cierre de la cámara de salida de la
tobera convergente, (12) cono-tornillo micrométrico
regulador del caudal, (13) volante, y (14) sistemas de sellado (por
ejemplo, juntas tóricas).
\newpage
La figura 3a es una vista parcial en perspectiva
en la que se representan 3 módulos unidos entre sí (módulo de
módulo de generación y control de caudal, módulo de desarrollo y
módulo de análisis) y en la que el módulo de análisis cuenta en su
extremo con un sistema de acoplamiento.
La figura 3b es una vista parcial en perspectiva
en la que se representa un posible sistema de acoplamiento que
garantice la modularidad del dispositivo. En concreto, se
representa la disposición de un sistema de montaje rápido en el
extremo del módulo de análisis. La válvula objeto de estudio
aparece montada en el interior del módulo de análisis.
La figura 4 es una vista parcial en perspectiva
en la que se representan los 4 módulos y la colocación de
micrófonos - sonda.
La invención aquí descrita se ha realizado
principalmente mediante el mecanizado de precisión de tubo
comercial realizado en acero inoxidable.
El dispositivo presenta un sistema generador de
vacío (calderín (7) y bomba de vacío (5)), y cuatro módulos que
permiten cambiar cualquiera de ellos sin necesidad de cambiar el
resto:
- \bullet
- módulo de estabilización de flujo (1). Previa a la entrada de la zona de análisis es necesaria una cierta longitud de tubo para permitir el desarrollo del flujo y evitar que los efectos de las turbulencias en la entrada a presión atmosféricas puedan afectar al desarrollo de vórtices en la zona de análisis. En esta zona se disponen soluciones constructivas que permiten la colocación de micrófonos para el registro del ruido producido aguas arriba de la válvula objeto de estudio.
- \bullet
- módulo de análisis (2). Zona principal en donde se colocan los elementos de ensayo para la generación de turbulencias y ruido. Dado que la validación del flujo se realiza en esta zona, se diseña el banco para que sea posible utilizar materiales transparentes a la radiación visible que permitan el análisis con instrumentación óptica (tipo PN). Esta zona tiene que poder ser sustituida con facilidad por los elementos relevantes de diferentes válvulas.
- \bullet
- módulo de desarrollo (3). De igual manera que es necesario eliminar posibles perturbaciones en el flujo causadas por la entrada, también es aconsejable eliminar las producidas por la zona de control. Esto es necesario para poder reducir el dominio fluido objeto de estudio. En esta zona, se instalan micrófonos que registren el ruido producido aguas abajo.
- \bullet
- módulo de generación y control de caudal (4). En esta última zona se encuentra situado el mecanismo para la creación y el control del flujo. Consiste en una tobera convergente (8) conectada al sistema generador de vacío, cuya sección crítica se controla mediante la posición precisa del cono-tornillo micrométrico regulador del caudal (12), cuyo cono se desplaza axialmente con el eje de la tobera con movimiento de avance o retroceso de forma que abre o cierra el paso de aire por la sección menor de la tobera. Esta tobera trabaja con flujo bloqueado (número de Mach 1) para poder calcular de manera sencilla el caudal a partir de la posición del cono.
El funcionamiento del dispositivo de ensayo se
basa en la generación de un flujo subsónico que circula a través de
la válvula objeto de estudio y supersónico en la válvula de control
de caudal de forma que impide la transmisión del ruido de fondo
producido por el propio funcionamiento de la bomba de vacío. Hay
que tener en cuenta las siguientes consideraciones:
- \bullet
- El módulo de estabilización (1) se encuentra abierto a la atmósfera en uno de sus extremos, de tal forma que la presión en el módulo de estabilización es la atmosférica.
- \bullet
- La presión en la cámara de salida (10) es próximo a 0, dado que está conectada al sistema generador de vacío.
- \bullet
- Debido a la diferencia de presiones existentes entre la toma de entrada del módulo de estabilización (1), es decir, presión atmosférica y la cámara de salida (10), es decir, presión 0, se genera el flujo de aire que circula a través de los módulos de estabilización, análisis y desarrollo y por tanto, a través de la válvula de ensayo.
- \bullet
- El flujo se controla mediante el desplazamiento del cono-tornillo micrométrico regulador del caudal (12), de tal forma que teniendo en cuenta las leyes de flujo isentrópico para gas ideal, cuando la relación entre la presión en la cámara de salida (10) y la presión en la toma de entrada de la tobera convergente (9) sea inferior a 0.5283, se obtendrá un flujo bloqueado (número de Mach 1) y el flujo másico vendrá determinado únicamente por la sección abierta mediante el cono-tornillo micrométrico regulador del caudal (12).
\frac{Presión
\ en \ la \ cámara \ de \ salida}{Presión \ en \ la \ toma \
de \ entrada}\leq
0,5283
- \bullet
- La sección de la válvula de estudio debe ser mayor que la sección controlada mediante el desplazamiento del cono regulador.
- \bullet
- La velocidad supersónica en la válvula de control de caudal impide la transmisión acústica aguas arriba de la válvula, eliminando en la zona de análisis el ruido generado por la bomba de vacío.
Claims (1)
1. Dispositivo de ensayos de ruido aerodinámico
para valvulería trabajando en rangos subsónicos que comprende un
sistema generador de vacío y una serie de cuatro módulos
intercambiables que se unen por medio de uniones atornilladas
caracterizado por:
- \bullet
- un módulo de estabilización (1): segmento tubular con toma de entrada abierta a la atmósfera con toma de salida conectada al módulo de análisis (2) y que dispone de micrófonos para el registro del ruido producido aguas arriba del módulo de análisis (2).
- \bullet
- un módulo de análisis (2): segmento tubular de material transparente en el que se dispone la valvulería a analizar, con toma de entrada conectada al módulo de estabilización (1) y toma de salida conectada al módulo de desarrollo (3).
- \bullet
- un módulo de desarrollo (3): segmento tubular con toma de entrada conectada al modulo de análisis (2), con toma de salida conectada al módulo de generación y control de caudal (4) y que dispone de micrófonos para el registro del ruido producido aguas abajo del módulo de análisis.
- \bullet
- un módulo de generación y control de caudal (4): que comprende una tobera convergente (8), un cono deslizante solidario a un tornillo micrométrico regulador del caudal (12) unido a un volante (13) que controla con su giro la posición del conjunto cono-tornillo-volante soportado por una tapa (11) que a su vez cierra la cámara de salida (10) y sistemas de sellado (14) en la unión entre componentes, conectándose la toma de entrada de la tobera (9) al módulo de desarrollo (3), conectándose la cámara de salida (10) con el sistema generador de vacío por medio de una serie de elementos tubulares (6) unidos entre si, desplazándose el cono axialmente con el eje de la tobera con movimiento de avance o retroceso de forma que abre o cierra el paso de aire por la sección menor de la tobera.
- \bullet
- un sistema generador de vacío que comprende una bomba de vacío (5) y calderín (7).
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| ES200603160A ES2331822B1 (es) | 2006-11-30 | 2006-11-30 | Dispositivo de ensayos de ruido aerodinamico para valvuleria trabajando en rangos subsonicos. |
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| ES2331822A1 ES2331822A1 (es) | 2010-01-15 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP3757269B2 (ja) * | 2001-08-24 | 2006-03-22 | 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 | 回流式超音速風洞における風路内圧力変動低減方法及びその装置 |
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