Модернізація проточної частини існуючої малотурбулентної труби ІГМ

Модернізація проточної частини існуючої малотурбулентної труби ІГМ

Вступ

аеродинамічний труба малотурбулентный

Аеродинамікою називається наука, що займається вивченням руху повітря в різних умовах і досліджує дію повітря на дотичні з ним тіла.

В аеродинаміці (так само, як і в гідромеханіці) вивчаються дві основні проблеми:

Проблема руху твердого тіла в газоподібному середовищі, або, те ж саме, обтікання цим середовищем нерухомого тіла («зовнішня» задача)

Проблема руху газів в просторі, обмеженому з усіх боків стінками («внутрішня» задача).

З цих двох проблем аеродинаміки особливо важливою з точки зору практичних застосувань є перша, до якої зводяться майже всі завдання сучасної так званої авіаційної аеродинаміки покликаної обслуговувати запити авіації та повітроплавання. Однак, в останні роки почало зростати значення і другої проблеми, головним чином, у зв'язку з розвитком нової реактивної техніки, турбобудування, а так само у зв'язку з будівництвом потужних газопроводів.

Місце аеродинаміки серед інших наукових дисциплін, що відносяться до області механіки, визначається схемою на рис. 1.

Як і у всій науці, що вивчає закони природи, в аеродинаміці можливі два шляхи. Перший шлях - з основних положень механіки, можна дати математичні характеристики рідкого або газоподібного середовища і намагатися потім вивести все більш складні закони руху рідини чисто математичним шляхом. Другий шлях полягає в тому, що вивчає експериментальним методом аеродинамічні явища, і результати таких досліджень обробляють стосовно потребами практики. Така обробка зводиться здебільшого до отримання особливих «розрахункових коефіцієнтів» для простих формул, що виражають «закон подібності» для досліджуваного явища.

У зв'язку з цим аеродинаміка як наука поділяється на:

Ø  Теоретичну аеродинаміку;

Ø  Експериментальну аеродинаміку.

Однак розвиток механіки рідини і газу нерозривно пов'язане зі спостереженням і вивченням фізичних фактів, що лежать в основі теорії. Експериментальні методи аеромеханіки не тільки використовуються для перевірки вже створених теорій, але є джерелом створення більш точних теорій на основі фактів, виявлених досвідченим шляхом. З іншого боку, з розвитком теорії все більш удосконалюються експериментальні методи, установки та вимірювальна апаратура.

Рис. Місце аеродинаміки в ряді інших наук

Технічні засоби експериментальної аеромеханіки, вимірювальна апаратура і методика досліджень безперервно вдосконалюються. В даний час можна умовно поділити області швидкостей, які визначили типи установок і методику аеродинамічних досліджень та вимірювань, наступним чином:

1. Малі дозвукові швидкості

. Великі дозвукові швидкості

. Близькозвукові швидкості

. Надзвукові швидкості

. Великі надзвукові (гіперзвукові) швидкості.

Основу експериментальної аеромеханіки заклали Жуковський Н.Є.,Прандтль Л., які проводили дослідження в області малих дозвукових швидкостей.

У Росії аеродинамічні лабораторії були створені вперше Жуковським Н. Є. У 1904р. Ним був побудований дослідний інститут в Купчино під Москвою. У 1902р. Була побудована аеродинамічна лабораторія в Московському університеті, а в 1906р. - лабораторія при МВТУ. З 1910р. існує аеродинамічна лабораторія в ленінградському політехнічному інституті. В даний час аеродинамічні лабораторії є у всіх інститутах пов'язаних з авіаційною спеціалізацією.

Головним методом досліджень, що визначив успіх аеромеханіки як науки та її широке впровадження в багато галузі техніки і промисловості, є метод випробувань в аеродинамічних трубах. Аеродинамічна труба являє собою фізичний прилад,. Дозволяє отримувати в одному з його елементів, а саме в «робочій частині», рівномірний прямолінійний потік повітря певної швидкості.

В аеродинамічних трубах проводяться наступні експерименти:

. Дослідження впливу форми обтічного повітрям тіла на аеродинамічні характеристики цього тіла в залежності від швидкості набігаючого потоку і положення тіла в просторі

. Дослідження повітряних машин - газових турбін, компресорів, гвинтів, вітряків, вентиляторів

. Дослідження характеристик двигунів - поршневих, турбореактивних, прямоточних та інших і їх елементів

. Дослідження динаміки польоту літальних апаратів

. Дослідження впливу аеродинамічних сил на пружні характеристики конструкцій літальних апаратів (наприклад, дослідження флатера крил літака)

. Фізичні дослідження, пов'язані з перебігом повітря в різних умовах: дослідження прикордонного шару, надзвукових течій, просторових течій і т.п.

. Методичні дослідження, пов'язані з перебігом повітря в аеродинамічних приладах, трубах. Розробка методів випробувань в трубах і обробки отриманих результатів вимірювань.

Аеродинамічні труби і установки в даний час набули найширшого розповсюдження. Існує величезне різноманіття типів і конструкцій сучасних аеродинамічних труб, що викликано завданнями для вирішення яких призначена та чи інша установка. Розміри існуючих установок коливаються в самих широких діапазонах - від труб з перетином робочої частини в кілька кв. сантиметрів до труб дозволяють відчувати сучасні літальні апарати в натуральну величину. Потужності, необхідні для приведення труб в дію коливаються від декількох кВтдо сотень тисяч кВт. Однак при всій різноманітності типів, розмірів і конструкцій аеродинамічних труб їх основні принципові характеристики є загальними і міняються лише в залежності від завдань, для дослідження яких призначена та чи інша аеродинамічна установка.

В даний час у зв'язку з рішенням завдань поставлених новою технікою (методи теплового захисту літальних апаратів) і завдань поставлених хімічною промисловістю особливо зросло значення досліджень з вивчення структури повітряних течій, прикордонних шарів і явищ перенесення різних субстанцій в прикордонних областях.

Якщо теоретичні дослідження перебувають на належному рівні, все ж вони потребують підтвердження, в дослідній перевірці. Дослідних же даних ще недостатньо. Для створення суворої теорії турбулентності необхідні експериментальні дослідження з вивчення структури турбулентних течій, явища переходу ламінарного течії в турбулентний.

1.Загальні відомості

.1 Огляд аеродинамічних труб

Зважаючи на істотні недоліки методу аеродинамічного дослідження з використанням природного вітру виникла думка про використання штучного вітру або штучного потоку повітря створюваного, наприклад, за допомогою вентилятора. Створюючи штучно повітряний потік, можна підібрати такі умови експерименту, які б щонайближче відповідали поставленому завданню. Усе це і стало причиною виключно широкого поширення аеродинамічних труб. Розберемо коротко шлях розвитку аеродинамічної труби.

Рис1.2 Простий спосіб отримання штучного потоку

Простий спосіб отримання штучного потоку (рис. 2) полягає у використанні вентилятора, що вільно стоїть, направляє повітряний струмінь на досліджуваний об'єкт. Такий вентилятор, як показує досвід, створює струмінь, що звужується, в якому можна встановити випробовуваний об'єкт. Проте цей спосіб мало відрізняється від способу, що використовує природний вітер. Річ у тому, що хоча вентилятор і створює більш менш фіксований струмінь, але швидкість в цьому струмені дуже непостійна і за величиною і по напряму - потік сильно закручений за вентилятором і схильний до сильних пульсацій.

Деякого поліпшення якості потоку можна досягти застосування жорстких стінок, що визначають межі потоку, і випрямляючих сіток, вирівнюючих потік і зменшуючи його закручування. Така аеродинамічна труба використовується для вивчення охолодження авіамоторів.

Подальший розвиток подібної схеми полягає в обмеженні стінками так званої робочої частини труби, т. е. місця, де встановлюється об'єкт випробування. Така схема може бути названа схемою відкритої труби, працюючої на нагнітання, із закритою робочою частиною, оскільки робоча частина труби розташовується за вентилятором, що нагнітає в неї повітря. Уперше подібну трубу здійснив відомий російський вченийК. Е. Ціолковський.

Надалі було з'ясовано, що при установці всмоктуючого, а не нагнітаючого вентилятора потік стає рівномірним, пульсації значно слабкіше і закручування відсутнє. Тому в трубах подібного типу перейшли до схеми відкритої труби, працюючої на всмоктування із закритою робочою частиною. Далі було встановлено, що в трубі, переріз виходу з якої дорівнює перерізу робочої частини, дуже великі втрати енергії і потужність мотора, що обертає вентилятор, використовується нераціонально. Причина цього полягає у відомому з гідравліки закону, який формулюється таким чином, втрачений при раптовому розширенні натиск дорівнює натиску втрачених при розширенні швидкостей. Інакше кажучи, якщо потік викидається з аеродинамічної труби в приміщення з нерухомим повітрям, то натиск, втрачений на гідравлічний удар, дорівнює швидкісному натиску потоку на виході з труби. При великій швидкості на виході буде великий і втрачений напір, а отже, і втрачена енергія. Зважаючи на це було запропоновано знижувати швидкість на виході з труби в порівнянні зі швидкістю в робочій частині. Для цього в схему труби ввели так званий дифузор - трубу, що розширюється. Нині дифузор є невід'ємною частиною будь-якої аеродинамічної труби, забезпечуючи велику економію енергії.

Так виникла аеродинамічна відкрита труба із закритою робочою частиною (рис. 3). Вона складається з колектора, тобто насадку, в якому швидкість підвищується до величини швидкості в робочій частині, що йде за колектором, і дифузора, що перетворює кінетичну енергію потоку в потенційну енергію тиску.

Рис.1.3 Схема відкритої аеродинамічної труби із закритою робочою частиною

Застосуємо для аналізу процесів, що відбуваються в такій трубі, рівняння Бернуллі. Перший переріз помістимо далеко від колектора,депотік незбурений і має нульову швидкість, а інші - в різних місцях труби (рис 3.). Тоді, нехтуючи стисливістю, можна написати:

 (1.1)

де ζ₂, ζ₃, ζ₄ - коефіцієнти втрат віднесені до швидкісного натиску в робочій частині труби,

 - швидкість в перерізі І; ,

 - швидкість на вході в трубу,

 - швидкість в робочій камері,

 - швидкість на виході з труби,

 - тиски в відповідних перерізах.

Рис.1.4 - Вимір параметрів потоку уздовж аеродинамічної труби.

Зображуватимемо написане графічно. На рис. 1.4 нанесені лінії, що зображують зміну швидкісної і п'єзометричної висот, а також висоти втрат упродовж осі труби. Заповнення відбувається за рахунок натиску, створюваного вентилятором. Таким чином розрахунковою умовою для вентилятора є створення натиску, рівного натиску, втраченому в трубі із-за різних видів втрат енергії. У розглянутому прикладі втрати складаються з тертя в колекторі, робочій частині і дифузорі, опору спрямляючої сітки, обумовленого тертям і спотворенням потоку її елементами, втрат на розширення в дифузорі і втрат на гідравлічний удар при виході з труби.

Подальший розвиток аеродинамічної труби відкритого типу із закритою робочою частиною йшов шляхом зменшення втрат енергії в ній шляхом вдосконалення елементів труби. Крім того, по пропозиції А. Н. Туполева в схему труби був введений так названий зворотний дифузор. Ідея застосування зворотного дифузору полягає не в аеродинамічному удосконаленні труби, а у бажанні зменшити її габарити, що стало особливо важливим при загальному рості геометричних розмірів труб.

Аеродинамічною трубою прямої дії називається установка, в котрій потік повітря, який проходе крізь трубу, знову викидається в приміщення або атмосферу. Нерівномірність розподілу швидкостей в трубах прямої дії доходить до 3 - 5 %. Поліпшення поля швидкостей і зменшення міри турбулентності потоку в такого типу трубі можуть бути отримані за рахунок застосування колектора з подвійним підтисканням і установки спеціальних вирівнюючи решіток - хонейкомбів. На рисунку 5 зображено подібного роду трубу.

Рис. 1.5 Схема труби ЦАГІ

У трубах прямої дії з закритою робочою частиною тиск менше, ніж в навколишньому середовищі. Це ускладнює проведення випробувань і вносить неточності у визначення сил, що діють на модель, через те, що в отвори в стінках робочої частини, через які проходять елементи кріплення моделі, протікає повітря з атмосфери. З цих причин у подальшому стали застосовувати труби прямої дії з відкритою робочою частиною, яка оточена спеціальною так званою камерою Ейфеля (Рис. 1.6). У цій камері, зазвичай досить просторою і зручною для розміщення експериментаторів і вимірювальних приладів, статичний тиск вирівнюється до тиску у потоці.

Такі конструкції є досить поширеними незважаючи на те, що втрати повного тиску в робочій частині при наявності такої камери на » 20% більше, ніж у закритій робочій частині.

Рис.1.6 Схема труби прямої дії з камерою Ейфеля

Камера Ейфеля, як і відкрита робоча частина, дозволяє випробувати модель дещо більших розмірів і зменшує границі потоку в порівнянні із закритою робочою частиною, але і при наявності камери Ейфеля вадами труб прямої дії є не зовсім рівномірне поле і відносно велика потужність установки (низька якість труб).

1.2 Призначення аеродинамічної труби і загальні принципи роботи

Теорія турбулентних течій є найважливіший для практики і водночас найбільш важкий розділ гідродинаміки. Наявні експериментальні дані про структуру турбулентних течій є далеко не повними. Однак успішний розвиток теорії турбулентності повинно ґрунтуватися на великих і детальних фактичних відомостей про мікро- і макроструктуру турбулентності течій, а це в свою чергу вимагає розвитку нових тонких методів діагностики таких течій.

Переважна більшість існуючих течій є турбулентними. Турбулентний рух повітря в атмосфері, води в річках, морях і океанах. Турбулентними є течії в трубах - у водопроводах, газопроводах та ін.; руху в прикордонних шарах, що утворюються біля поверхні рухомих літальних апаратів; в слідах за снарядами, кулями, ракетами; в струмені газу, що випливають із сопла ракетного двигуна. Таким чином, турбулентність буквально оточує нас в природі і в технічних пристроях.

Турбулентні течії мають ряд властивостей, які істотні для багатьох завдань природознавства і техніки. До числа таких властивостей відноситься, наприклад, велика здатність турбулентних течій до передачі кількості руху. Турбулентні течії володіють підвищеною здатністю до передачі тепла і пасивних домішок, до поширення хімічних реакцій (зокрема, горіння) - це властивість використовується в РРД, де для поліпшення перемішування в камері згоряння ставлять спеціальні турбулізатори, до переносу зважених часток. Завдяки наявності внутрішніх неоднорідностей турбулентні течії здатні розсіювати проходять крізь рідину, або газ звукові і електромагнітні хвилі і викликати флуктуації їх амплітуд і фаз і т.п.

Таким чином, турбулентність безумовно є дуже важливою практичною задачею.

Спроектована труба служить для створення поступального рівномірного прямолінійного потоку повітря і призначена для проведення досліджень з вивчення структури турбулентних течій і явищ перенесення різних субстанцій в прикордонних областях.

Аналіз існуючих схем аеродинамічних труб привів до висновку, що труби замкнутого типу з закритою робочою частиною є особливо цікавою для практичного використання. Вона має істотні переваги в порівнянні з аеродинамічними трубами прямої дії. Замкнуті аеродинамічні труби мають підвищену економічність, в ній відсутні пульсації потоку і зменшений шум, вироблений вільної струменем.

Схема труби, зображена на рис. 1.12 Це замкнута аеродинамічна труба із закритою робочою частиною.

Рис1.12 Схема аеродинамічної труби до модернізації:

. Сопло,

. Робоча частина,

. Дифузор,

. Вентиляторна установка,

. Коліна з поворотними лопатками,

. Форкамери з випрямляючих потік пристроями (сітками).

Основним є сопло. Це самий відповідальний агрегат аеродинамічної труби.

Відмінною особливістю даної труби є те, що в ній використовується явище ежекції, причому схема ежектування відрізняється від раніше застосовувалися схем. Ежекторний пристрій поміщено в зворотному каналі.

Ежекторна установка працює таким чином. Потік від вентилятора надходить на ежекторну установку. В результаті використання явища ежекції проводиться підсмоктування повітря з робочої ділянки з витратою Q₂. Таким чином, після ежекторної установки витрата стане:

₁+ Q₂ = Q₃   

Частина цієї витрати Q₁ знову засмоктується вентилятором і подається в ежекторну установку. Таким чином, в трубі як би циркулює два потоки, один з витратою Q₁, інший з витратою Q₂. В ежекторної установці відбувається передача енергії від високонапірного потоку з витратою Q₁ до низьконапірної потоку з витратою Q₂. Після ежекторної установки ми отримуємо повітряний потік з витратою Q₃. Таким чином, в робочій частині ми отримали більшу витрату чим забезпечує вентилятор ВВД, отже, і велику швидкість робочого потоку в робочому перетині аеродинамічної труби. Крім того ежекторна установка дозволяє збільшити якість труби - основний показник економічності будь-якої аеродинамічної труби.

Вперше розрахункову формулу для обводів сопла за умови, що поле швидкостей на виході буде рівномірним, отримав Вітошинський. Формула має вигляд:

 (1.3)

, м;

радіус вихідного перерізу сопла;

координата вздовж осі сопла;

 - довжина сопла, м;

- радіус вхідного перерізу, м.

1.3 Вимоги, що пред'являються до аеродинамічних труб і вихідні дані для розрахунку труби

Аеродинамічні труби і установки в даний час набули найширшого розповсюдження. Розміри існуючих установок змінюються в самому широкому діапазоні - від труб з перетином робочої частини в кількасм²до труб, що дозволяють відчувати сучасні літальні апарати в натуральну величину. Потужності, необхідні для приведення труб в дію коливаються від декількох кВт, до сотень тисяч кВт. Однак при всій різноманітності типів, розмірів і конструкцій аеродинамічних труб їх основні принципові характеристики є загальними і міняються лише в залежності від завдань, для дослідження яких призначена та чи інша аеродинамічна установка.

Основними вимогами, що пред'являються до будь-якої трубі:

Ø  Рівномірність поля швидкостей в поперечному перерізі потоку,

Ø  Стійкі режими роботи при будь-якому значенні швидкості повітряного потоку,

Ø  Відсутність пульсацій швидкості,

Ø  Наявність плавних конструктивних форм корпусу труби,

Ø  Співвісність сопла і дифузора.

Основною вимогою є отримання якісного потоку. Виконання цієї вимоги в повному обсязі є найбільшою складністю, що виникає перед дослідником при створенні труби.

У першому наближенні прямолінійність і рівномірність потоку забезпечується геометричній формою внутрішнього контуру стінок і внутрішніх пристроїв аеродинамічної труби.

Особливо важливим є забезпечення плавності аеродинамічного контуру в області конфузора, робочої частини і дифузора.

Менш важливим, але значно більш складним за своїм виконання є забезпечення малому ступені турбулентності потоку в робочій частині труби. Повітряний потік в трубі завжди в тій чи іншій мірі турбулізованим.

Високий ступінь турбулентності значно впливає на результати дослідів, вона може викликати передчасний перехід прикордонного шару на стінці від ламінарного до турбулентного режиму течії, змістити область переходу і т.д. Інакше кажучи, збільшення турбулентності потоку в деякій мірі аналогічно зростанню числа Рейнольдса. Для вивчення впливу початковому ступені турбулентності створюються спеціальні малотурбулентні труби. Оскільки труба призначена для вивчення структури турбулентних течій і явищ переносу в турбулентних прикордонних шарах, то вимога забезпечення малої початковому ступені турбулентності не є для даного випадку дуже жорстким.

Істотною вимогою є вимога відсутності пульсацій швидкості повітряного потоку, виникнення яких в основному пов'язано з періодичними вихрами, що зриваються з різних погано обтічних елементів труби (вентиляторна установка, обтічники, виступи і т.п.), і неплавний загального аеродинамічного контуру труби.

Рис. 1.13 - Характеристики вентиляторів т. ВВД - 9 ВР 154-21-9:_v- повний тиск, Па,- витрата, м³/г,_y- настановна потужність, кВт.

1.4 Елементи аеродинамічної труби

.4.1 Конфузор або колектор (сопло)

Рис. 1.14 - Основні розміри сопла

Завдання конфузора полягає в тому, щоб зробити потік у робочій частині однорідним і завдяки звуженню збільшити швидкість потоку в робочій частині в порівнянні зі швидкістю в зворотному каналі.

Численні дослідження показали, що в процесі стиснення струменя знижується нерівномірність і турбулентність потоку.

Основною характеристикою колектора є ступінь підтиснення n, яка дорівнює відношенню площі на вході в колектор F до площі перерізу виходу з колектора

 

Для сучасних труб різного призначення ступінь підтиснення в межах 325. Значення n=1225 частіше зустрічаються в малотурбулентних трубах.

Форма твірної сопла, його довжина і ступінь підтиснення визначають не тільки величину швидкості, але і характер поля швидкостей і впливають на втрати енергії, які відбуваються головним чином від тертя повітря об стінки.

Високий ступінь підтиснення суттєво зменшує потрібну потужність для труби, так як дозволяє майже у всьому контурі труби мати малу швидкість і, отже, малі втрати енергії. Ступенем підтиснення при проектуванні звичайно задаються, виходячи з потреби в робочій частині швидкості і конструктивних міркувань. Щоб уникнути зайвих втрат, швидкість повітря на вході в сопло приймається в межах:

Це для труб малих швидкостей (до 100-150 м / с)

Площа робочого ділянки: м²

Площа на вході в колектор:

 (1.5)

Ширина контуру аеродинамічної труби постійна і дорівнює 0,7 м.

Форма конфузора прямокутна з площею:

а. входу (1.6)

б. виходу   

Степінь підтиснення:

.4.2 Робоча частина

Рис. 1.15 - Основні розміри робочої камери

У поперечному перерізі робоча частина має таку ж форму як і конфузор, тобто прямокутник з площею  і сторонами:

Для завдань, які передбачається вирішувати в даній аеродинамічній трубі бажано мати закриту робочу частину. До переваг закритих робочих частин слід віднести те, що для створення потоку однієї і тієї ж швидкості, потужність приводу для труб із закритою робочою частиною значно нижче, ніж для труб з відкритою робочою частиною. До недоліків слід віднести те, що в трубах із закритою робочою частиною утруднений доступ до досліджуваного об'єкта або приладів, які знаходяться всередині робочої ділянки. Так як на даній трубі, ймовірно, буде використовуватися фотометодом, то цей недолік не дуже істотний.

У трубах із закритою робочою частиною для збереження сталості швидкості вздовж осі необхідно щоб площа поперечного перерізу в напрямку потоку поступово збільшувалася з метою компенсації наростання прикордонного шару уздовж стінок. Незважаючи на те, що наростання прикордонного шару залежить від швидкості, тиску і температури, а кожна труба працює при змінних значеннях цих величин, на практиці робочої частини надають постійне розширення.

Конусність зазвичай береться  для  та для малих .

Це так сказати загальні вимоги до закритих робочим частинах.

Слід зазначити, що так як дана труба буде використовуватися для вивчення прикордонних шарів, то розширення робочої ділянки можна не робити. Це просто ускладнило б конструкцію робочої частини і вартість її виготовлення.

1.4.3 Дифузор

Рис. 1.16 - Основні розміри дифузора

Дифузор аеродинамічної труби являє собою поступово розширюється канал, який безпосередньо примикає до робочої частини. Він служить для найбільш ефективного перетворення кінетичної енергії потоку робочої частини в енергію тиску. При відсутності дифузора в замкнутих аеродинамічних трубах, крім зайвих втрат енергії і більшої потрібної потужності через великих швидкостей у всьому контурі, потік у робочій частині буде такої низької якості, що проведення будь-яких достовірних вимірювань виявиться практично неможливим. На роботу дифузора, тобто на його здатність перетворювати кінетичну енергію в енергію тиску, головним чином впливають величина та розподіл швидкості на вході в дифузор, кут розкриття його і ступінь розширення потоку в ньому.

Найбільш істотним фактором, що впливає на якість дифузора, є кут розкриття.

Розширення потоку - навіть дуже невелика - призводить до значної зміни умов руху. В цьому випадку турбулентне протягом виникає при істотно меншому числі Рейнольдса, ніж в прямому каналі. Разом з тим сильно змінюється і профіль швидкостей по перерізу, який стає чим більш витягнутим, тим більше кут розширення.

Вивченням законів руху рідини в дифузорах займалися багато дослідників. Найбільш перші вчені, які зайнялися цим питанням це Вентурі, Ейтельвейн, Френсіс, Флігнер. Більш систематично і методично найбільш правильно вивчав течії в дифузорах Гібсон в 1909 - 1911 рр.. Він визначав втрати в дифузорах з різними формами поперечного перерізу і різними відносинами площ , при кутах розширення α = 5 ° ÷ 180 °

В 1917-1918 рр.. у зв'язку з проектуванням аеродинамічних труб випробування дифузорів проводилися Ейфелем. У 1930 р. серію експериментів провели Єгоров і Петерс. Вельми цікаві експерименти в плоскому дифузорі були проведені в 1939 р. Пользіним, який для фіксування своїх спостережень за потоком застосовував тіньовий метод (методТейлора). На підставі цих спостережень Пользіну вдалося для деяких значень чисел Рейнольдса встановити залежність розташування перерізу, в якому починається відрив потоку в плоскому дифузорі, від кута його розширення.

Справа в тому, що до певного кута розширення (в даному випадку до ) профіль швидкостей залишається симетричним щодо осі дифузора. Після цієї межі, внаслідок відриву потоку від стінок, ця симетрія порушується.

Причини відриву полягають, як відомо, в наступному. У прикордонному шарі швидкість швидко падає від величини швидкості основного потоку до нуля у стінок. При розширенні каналу відбувається, згідно з рівнянням Бернуллі, збільшення статичного тиску за рахунок швидкості напору. Це підвищення тиску має місце однаково по всьому перетину дифузора, включаючи і прикордонний шар. Внаслідок же цього, що з довжиною дифузора швидкість весь час продовжує знижуватися, настає момент, коли запас кінетичної енергії часток прикордонного шару стає настільки незначним, що його виявляється недостатнім для подолання того позитивного градієнта тиску, який утворюється вздовж дифузора. Під дією цього градієнта струмінь і відривається від стінки. Відрив починається у тій стінки, у якої випадково швидкість має меншу величину, але як тільки цей відрив утворився, подальше підвищення тиску припиняється і додаткового відриву на протилежній стінці утворитися не може. При симетрично виконаному дифузорі місце відриву періодично перекидається з одного боку на іншу.

 (1.8)

 (1.9)

Кути розширення у вертикальній площині, в горизонтальній площині

1.4.4 Розділова камера

Рис. 1.17 - Основні розміри розділової камери

Розділова камера призначена для поділу потоку від вентилятора, та від потоку в дифузорі.

Перетин каналу для потоку нагнітається вентилятором дорівнює:

Таким чином, розміри перерізу при ширині труби 0.7 м рівні:

Вважаючи швидкість пасивного потоку на виході їх дифузора рівною 7,8 м/с при витраті рівному 2,39 отримаємо площу

 (1.10)

1.4.5 Зворотній канал

Рис. 1.18 - Основні розміри зворотного каналу

Зворотний канал є необхідною частиною замкнутих аеродинамічних труб. Швидкість в зворотному каналі бажано мати близько 10 ÷ 15 м / с. Для простоти виготовлення перетин зворотного каналу беремо квадратним. Тоді площа поперечного перерізу зворотного каналу:

 (1.11)

1.4.6 Поворотні коліна та напрямні лопатки

В аеродинамічних трубах замкнутого типу, повітря, пройшовши через сопло повинен розвернутися на 180 °. Такий поворот здійснюється в даній аеродинамічній трубі в трьох колінах в кожному на 90°. У сучасних аеродинамічних трубах для зменшення втрат на заворот потоку і для зменшення нерівномірності поворот роблять за допомогою лопаток, поміщених по діагоналі повороту. Форма поворотних колін, особливо коліна № 3, не повинна викликати зайвої нерівномірності і турбулентності потоку. Округлені коліна аеродинамічно кращі прямокутних, хоча останні простіше конструктивно. Опір колін і прямо пов'язана з ними рівномірність потоку залежать від значення відносин радіуса заокруглення коліна R до ширини коліна W і висоті H. Чим більше ці значення (до відомих меж), тим втрати менше. На рис. 19 даний приклад залежності коефіцієнта опору колін ζ від радіуса кута повороту.

Рис. 1.19 -Коеф. втрат в коліні

Рис. 1.20 - Перше поворотне залежновід профілю коліно та відношення R/H

 

 -втрати повного тиску в коліні,Па,

 - швидкісний напір на вході в коліно.

З аналізу формули видно, що втрати можуть бути значно знижені зі зменшенням швидкості на вході в коліно.

З рис. 1.19 видно, що опір колін може бути знижено за рахунок збільшення R/H. Це відношення збільшують за рахунок збільшення R. Значення R/H досить жорстко пов'язано з розмірами робочої частини. Збільшення цього відношення виробляють за рахунок зменшення Н шляхом установки в коліні решітки з поворотних лопаток, яка як би розбиває коліно на ряд більш вузьких колін.

В аеродинамічних трубах застосовують лопатки профільовані і тонкі листові, окреслені по дузі кола. У третьому коліні для зменшення збурень число лопаток роблять більше, а хорду їх менше. Лопатки добре вирівнюють потік. Компенсаційна дія лопаток наочно видно з рис. 1.21.

Рис. 1.21- Вирівнювання потоку за допомогою лопаток

Рис. 1.22 Профіль лопатки

Таблиця1.1. Розміри поворотних лопаток

	І коліно	ІІ коліно	ІІІ коліно
1	2	3	4
x1	72,66	93,42	93,42
x2	68,46	88,02	88,02
r1	88,62	113,94	113,94
r2	77,42	99,54	99,54
y1	64,82	83,34	83,34
y2	30,10	38,7	38,7
z1	19,46	25,02	25,02
1	2	3	4
z2	47,32	60,84	60,84
P	4,9	6,3	6,3

Схема установки лопатки зображена на рис. 1.20.

Тут α - кут атаки. Як показали дослідження найвигідніший кут атаки дорівнює приблизно 51 º.

Визначення втрат напору при повороті потоку в колінах з лопатками буде вироблено при аеродинамічному розрахунку труби.

1.4.7 Форкамера

Рис. 1.23 Основні розміри форкамери

Для отримання більш однорідного поля та зниження ступеня турбулентності в робочій частині труби, сучасні труби забезпечуються на вході в колектор грати або сітки.

Рис. 1.24 - Вплив числа Re на опір сітки

Параметри сітки:

-коефіцієнт просвіту,

 - площа у світлі,

 - діаметр дроту,

 - відстань між центрами дротів.

На цьому опис труби закінчено. Основні розміри аеродинамічної труби визначені. Тепер можна приступити до аеродинамічному розрахунку.

2.Аеродинамічний розрахунок труби

.1 Завдання аеродинамічного розрахунку і визначення повітряного тракту труби

У завдання аеродинамічного розрахунку труби входить визначення швидкостей, тисків по всьому контуру в залежності від швидкостей в робочій частині. При аеродинамічному розрахунку виходимо з номінальних розмірів труби. В результаті аеродинамічного розрахунку визначаються ступінь стиснення, витрату і потужність вентилятора, необхідні для реалізації потоку робочої частини, а так само всі навантаження на всі елементи труби від сил тиску.

Зводиться аеродинамічний розрахунок до побудови характеристики труби, де  - сумарні втрати в повітряному тракті труби.

Режим роботи вентилятора визначається як точка перетину характеристики вентилятора  і характеристики труби .

Повітряний тракт труби складається з наступних основних елементів:

. Розділова камера,

. Перше поворотне коліно,

.Конфузор вентиляторної установки

. Дифузор вентиляторної установки

. Зворотний канал,

. Поворотне коліно на 180,

. Фотокамера та сітки,

. Колектор (сопло),

. Робоча ділянка,

. Дифузор,

. Осьовий вентилятор.

Рис. 2.1 - Схема труби після модернізації

2.2 Визначення втрат в повітряному тракті аеродинамічної труби

Так як швидкість повітряного потоку менша за число Маха 0,4, то стискуванням повітря можемо знехтувати. Втрати енергії при русі повітря в трубі складаються в основному з втрат на подолання опору, пов'язаного з тертям, втрат тиску на вихроутворення і розширення повітря в дифузорах та інших подібних елементах і втрати при повороті потоку в колінах.

Загальна гідравлічний опір аеродинамічної труби, лист про втрати енергії при русі в ній повітря, -  може бути умовно поділені на опір тертя - ., залежне від режиму течії (Re) і ступеня шорсткості поверхні , і місцевий опір , викликане місцевими зривами і перерозподілом швидкостей в елементах труби і залежне від геометричної конфігурації і параметрів цих елементів. Опір трубопроводу можна виразити в долях швидкості напору:

(2.1)

Тут: (2.2)

 - коефіцієнт загального гідравлічного опору.

 - коефіцієнт опору тертя.

 - коефіцієнт місцевого опору.

 - середня швидкість в обраному перерізі.

Аеродинамічний розрахунок зводиться на першій стадії до визначення значень коефіцієнтів  та  для кожного елемента труби.

Визначення значень коефіцієнтів  та  проводиться на основі експериментальних даних по місцевих опорам та опорам тертя різних елементів (фасонних частин) трубопроводу. Для цієї мети в основному використовується [3].

Гідравлічний опір фасонної частини трубопроводу залежить не тільки від її геометричних параметрів, а й від деяких зовнішніх факторів, до числа яких належить:

1. Характер розподілу швидкостей на вході в аналізований елемент. Характер ж цей залежить від режиму течії, форми входу, довжини прямої ділянки, що передує даному елементу.

2.      Число Рейнольдса впливає на величину опору тертя, а в ряді випадків і на величину місцевого опору, при При великих значеннях Re його вплив на  незначний.

Шорсткість внутрішніх стінок, істотно впливає на , повинна враховуватися в кожному окремому випадку але відповідним досвідченим даним.

3.      Форма поперечного перерізу. Для прямокутного перерізу з відношенням сторін в межах  можна вважати як для круглого перерізу.

Втрати на тертя по довжині трубопроводу можна обчислити за формулою:

 - коефіцієнт тертя,

 - середня швидкість течії, м/с,

 - площа поперечного перерізу, ,

 - поверхню тертя,

Вираз для втрат тертя можна виразити ще як:

 - довжина трубопроводу, м,

 - гідравлічний діаметр перетину трубопроводу.

Для круглого перерізу , для прямокутного:

 та  - сторони прямокутника

Коефіцієнт тертя  в основному залежить від числа Re і ступеня шорсткості. Величина шорсткості характеризується середньою висотою горбків (виступів) , яка називається абсолютною геометричній шорсткістю; зазвичай користуються відносною геометричній шорсткістю:

Вплив шорсткості на гідравлічний опір обумовлено наявністю ламінарного підшару. В цьому випадку, коли товщина ламінарного підшару більше величини виступів шорсткості  при малих швидкостях, характерних для підшару, нерівності обтикаються плавно і не мають жодного впливу на характер перебігу; при цьому величина  із збільшенням Re буде падати. Після досягнення деякого числа Re зменшується товщина ламінарного підшару і стає менше висоти виступів, вихроутворення посилиться і підвищаться втрати напору, що виразиться в збільшенні з ростом числа Re.

Для розрахунку аеродинамічних труб зазвичай користуються коефіцієнтом тертя, визначеними в залежності від числа Re і шорсткості. Причому шорсткість вважається рівномірної («пісочної»).

Залежність  зображена на Рис. 2.2.

Рис. 2.2 Графік залежності

Коефіцієнт тертя для труб прямокутного перерізу з рівномірною шорсткістю визначається так:

(2.10)

 - значення по графіку на Рис. 2.2

 - в залежності від числа Re на графіку Рис. 2.3.

Рис. 2.3 Графік залежності

Висоту виступів шорсткості  приймаємо як для поверхонь вкритих масляною фарбою по шпакльовану поверхні:

Визначаємо втрати напору на всіх елементах туби:

2.2.1 Втрати напору при русі по розділовій камері

Визначаються як втрати на тертя при русі в трубі прямокутного перерізу з рівномірною шорсткістю, визначаємо за формулою (2.7).

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

 - довжина розділової камери, м.

І остаточно:

Па (2.15)

Коефіцієнт опору дорівнює:

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Втрати в розділовій камері.

Q, V, Re*
1	1,78	0,91	0,0188	0,03	0,058
1,5	2,68	1,37	0,0172	0,027	0,12
2	3,57	1,83	0,0163	0,026	0,2
2,5	4,46	0,0156	0,025	0,3
3	5,35	2,75	0,015	0,024	0,42
3,5	6,25	3,21	0,0146	0,0234	0,56
4	7,14	3,67	0,0142	0,023	0,71

2.2.2 Опір дифузора

В каналах, які розширюються, внаслідок збільшення турбулентності має місце збільшення дотичних напруг або так званого коефіцієнту турбулентного обміну ε, який входить в вираження для дотичних напружень:

. (2.16)

Збільшення турбулентного обміну між частинками повітря (внутрішнє тертя) приводе к збільшенню втрат напору. У дифузорі окрім звичайних втрат на поверхневе тертя о тверді стінки мають місце додаткові втрати у залежності від характеру розширення потоку. Втрати на тертя залежать від числа Рейнольдса. Віхреві втрати від числа Рейнольдса практично не залежать.

Коефіцієнт втрат в дифузорі виражається наступним чином [1] cтор. 169:

; (2.61)

Де, ξ_тер- коефіцієнт втрат на тертя;

ξ_розш. - коефіцієнт втрат на розширення.

З креслення маємо данні: α = 36° - кут розширення в горизонтальній площині ; β = 14° - кут розширення в вертикальній площині.

Коефіцієнт втрат на розширення розраховується наступним чином [1] cтор. 170.

; (2.17)

де F_д- площа дифузора;- коефіцієнт, який враховує вплив нерівномірності поля швидкостей перед входом у дифузор;

φ_розш- коефіцієнт, який залежить від кута розширення дифузору.

Коефіцієнт φ_розш будемо розраховувати для найбільшого кута тобто по , за формулою [1] cтр. 170:

. (2.19)

Значення коефіцієнту k визначаємо в залежності від

за графіками з рисунків 2.8 та 2.9.

У нашому випадку , тоді з рисунку 2.5: .

З рисунку 2.6 при α = 36° можем визначити . Підставляючи визначені значення параметрів у 2.31 отримаємо:

Величина коефіцієнту тертя визначається за формулою [1] cтр. 172:

; (2.21)

(2.67)

Рис.

Тоді,

де λ_д - коефіцієнт опору тертя дифузору, який залежить від критерію Рейнольдса.

 (2.22)

Проводимо розрахунок втрат енергії в дифузорі і заносимо отримані значення у таблицю 2.8.

Визначаємо втрати напору за формулою 2.1:

 

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.8.

.2.3 Втрати в першому поворотному коліні

Коефіцієнт втрат розраховується як сума місцевих втрат та втрат по довжині:

(2.24)

 - коефіцієнт місцевого опору.

Графік залежності  від  даний на Рис. 2.4.

(2.25)

 - коефіцієнт тертя.

Рис. 2.4 Розрахункова схема

Рис. 2.5 -Графік залежності

 від

(2.26)

визначається з Рис. 2.2.

 - швидкість потоку при вході в коліно.

Розрахункова схема коліна зображена на Рис. 2.5.

 - швидкість потоку при вході в коліно.

Тоді,

Для даного повороту:

Для даного  значення

Втрати напору будуть рівні:

Па

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.2.

Таблиця 2.2 - Втрати в першому поворотному коліні.

Q, V, Re*
1	1,78	0,91	0,033	0,06	0,21	0,2
1,5	2,68	1,37	0,029	0,053	0,202	0,44
2	3,57	1,83	0,028	0,05	0,2	0,16
2,5	4,46	2,3	0,027	0,049	0,199	0,247
3	5,36	2,75	0,026	0,047	0,197	0,353
3,5	6,25	3,2	0,025	0,045	0,195	0,477
4	7,14	3,66	0,024	0,043	0,193	0,617

2.2.4 Втрати в зворотному каналі

Втрати в зворотному каналі визначаються як втрати на тертя при русі потоку по трубі квадратного перетину з рівномірною шорсткістю.

 - коефіцієнт опору зворотного каналу.

(2.34)

визначається за Рис. 2.2.

 - швидкість в зворотному каналі.

,  

мм,

 (2.38)

Тоді,

;

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.3.

Таблиця 2.3. Втрати в першому зворотному каналі

Q, V, Re*
1	2,04	0,68	0,035	2,107	5,35
1,5	3,06	1,027	0,03	1,806	10,3
2	4,08	1,37	0,029	1,746	17,7
2,5	5,1	1,71	0,028	1,68	26,76
3	6,12	2,05	0,027	1,62	37,16
3,5	7,14	2,4	0,026	1,56	48,7
4	8,16	2,74	0,025	1,5	61,18

2.2.5 Втрати в колінах 2 і 3

Ця ділянка призначена для повороту потоку на 180 ° зі зворотного каналу в форкамеру.

При повороті навколо внутрішнього кута на виході потоку з коліна виникатиме зона відривання потоку, яка збільшує втрати в коліні і погіршує епюру швидкостей. Як зазначалося в розділі І для ліквідації цієї зони в коліні встановлюють лопатки по двох розбіжним промінях. Кути нахилу променів до горизонту визначаються відношенням висоти входу і виходу коліна і рівні: .

Коефіцієнт втрат такого типу колін з поворотними лопатками дорівнює:

(2.42)

 - враховує наявність лопаток.

Для коліна даного типу [3]:

;

(2.43)

(2.44)

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.4.

Таблиця 2.4. Втрати в другому та третьому поворотних колінах

Q, V,
1	1,429	1,8	0,02	1,62	2,017
1,5	2,143	1,8	0,02	1,62	4,538
2	2,857	1,8	0,02	1,62	8,067
2,5	3,571	1,8	0,02	1,62	12,6
3	4,286	1,8	0,02	1,62	18,15
3,5	5	1,8	0,02	1,62	24,71
4	5,714	1,8	0,02	1,62	32,27

2.2.6 Аеродинамічний розрахунок колектора

Втрати енергії при протіканні повітря через колектор не має великого значення і становить 2-3% від швидкісного напору в робочій частині. В основному це втрати на тертя, які при криволінійному контурі сопла визначаються за формулою:

(2.45)

п - ступінь підтиснення, п = 8,5

(2.46)

,

,

, (2.48)

,

 (2.50)

Втрати на тертя в колекторі складуть:

 (2.51)

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.6.

2.2.7 Втрати в форкамері

При русі потоку у фотокамері основне опір - це опір сітки.

Опір сітки залежить від коефіцієнту проточної частини і визначається за формулою [1] cтор. 174:

. (2.52)

При малих числах Рейнольдса 50 < Re < 10³ гідравлічний опір сітки визначається [2] cтор. 414 :

.

де k_Re - поправний коефіцієнт

Поправний коефіцієнт k_Reзалежить від числа Рейнольдса. Визначається з залежності яка зображена на рисунку 2.6, отриманні дані вносимо дотаблиці 2.4

Рис. 2.6 Залежність

Знаходимо критерій Рейнольдса за формулою (2.5):

. (2.54)

де V - швидкість на вході до сітки;

Визначаємо втрати напору за формулою (2.1):

.             (2.55)

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.5.

Таблиця 2.5. Коефіцієнти опору сітки

Q, V, Re
1	1,19	81,5	1,3	3,15	1,85	2,72
1,5	1,78	122,25	1,2	3,05	1,85	5,93
2	2,38	163	1,1	2,95	1,85	10,2
2,5	2,98	203,75	1,05	2,9	1,85	15,7
3	3,57	244,5	1,04	2,89	1,85	22,5
3,5	4,17	285,25	1,03	2,88	1,85	30,5
4	4,76	326	1,02	2,87	1,85	39,7

2.2.8 Аеродинамічний розрахунок конфузора

Рис.

Втрати енергії при протіканні повітря через конфузор не має великого значення і становить 2-3% від швидкісного напору в вентиляторній установці. В основному це втрати на тертя, які при криволінійному контурі сопла визначаються за формулою:

(2.56)

п - ступінь підтиснення, п = 8,5

,

,

,)

,

)

Втрати на тертя в колекторі складуть:

(2.60)

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.6.

Таблиця 2.6 - Втрати в соплі

1

1,19

0,717

0,036

0,157

0,191

1,5

1,78

1,07

0,03

0,131

0,238

2

2,38

1,43

0,028

0,123

0,297

2,5

2,97

1,8

0,027

0,118

0,476

3

3,57

2,15

0,026

0,114

0,521

3,5

4,17

2,51

0,0255

0,112

0,594

4

4,76

2,87

0,025

0,11

0,624

2.2.9 Втрати в робочій камері

Робочій камера закритого типу з площею поперечного перерізу:

.(2.61)

Втрати в робочій ділянці визначаються як втрати на тертя при русі потоку повітря в каналі прямокутного перерізу.

(2.62)

 - довжина робочої частини, м,

 - швидкість в робочій частині,  м/с,

 - коефіцієнт тертя, .

Стінки робочої частини зроблені зі скла, тобто можна вважати їх гладкими.

Тоді для :

(2.51)

(2,63)

для гладких стінок не залежить від , а залежить тільки від Re.

(2.64)

(2.65)

Визначаємо втрати напору без урахування моделі:

(2.66)

Визначаємо опір моделі, яка розташована у робочій частині. Опір моделі з підвісками складає значну долю від загального опору усієї аеродинамічної труби і розраховується за формулою [1] стр.168:

 (2.67)

де Смод - коефіцієнт лобового опору коку вентилятора, який віднесено до швидкості перед ним; приймаємо Cмод = 0,18;

Sмод - міделевий перетин моделі, Sмод = 0,04;

Втрати напору на обтікання моделі у робочій частині визначаємо за формулою:

(2.68)

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.7.

Таблиця 2.7. Втрати в робочій камері з урахуванням моделі

2.2.10 Опір дифузора вентилятора

Рис.

В каналах, які розширюються, внаслідок збільшення турбулентності має місце збільшення дотичних напруг або так званого коефіцієнту турбулентного обміну ε, який входить в вираження для дотичних напружень:

Збільшення турбулентного обміну між частинками повітря (внутрішнє тертя) приводе к збільшенню втрат напору. У дифузорі окрім звичайних втрат на поверхневе тертя о тверді стінки мають місце додаткові втрати у залежності від характеру розширення потоку. Втрати на тертя залежать від числа Рейнольдса. Віхреві втрати від числа Рейнольдса практично не залежать.

Коефіцієнт втрат в дифузорі виражається наступним чином [1] cтор. 169:

Де, ξ_тер- коефіцієнт втрат на тертя;

ξ_розш. - коефіцієнт втрат на розширення.

З креслення маємо данні: α = 4° - кут розширення в горизонтальній площині ; β = 4° - кут розширення в вертикальній площині.

Коефіцієнт втрат на розширення розраховується

наступним чином [1] cтор. 170.

де F_д- площа дифузора;- коефіцієнт, який враховує вплив нерівномірності поля швидкостей перед входом у дифузор;

; (2.72)

φ_розш- коефіцієнт, який залежить від кута розширення дифузору.

Коефіцієнт φ_розш будемо розраховувати для найбільшого кута тобто по , за формулою [1] cтр. 170:

Значення коефіцієнту k визначаємо в залежності від за графіками з рисунків 2.8 та 2.9.

У нашому випадку , тоді з рисунку 2.5:

.

З рисунку 2.6 при α = 4° можем визначити . Підставляючи визначені значення параметрів у 2.62 отримаємо:

(2.74)

Величина коефіцієнту тертя визначається за формулою [1] cтр. 172:

; (2.75)

(2.67)

Тоді,

де λ_д - коефіцієнт опору тертя дифузору, який залежить від критерію Рейнольдса.

Проводимо розрахунок втрат енергії в дифузорі і заносимо отримані значення у таблицю 2.8.

Визначаємо втрати напору за формулою 2.1:

 

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.8.

Таблиця 2.8. Втрати в дифузорі

Q, V, Re*
1	10	1,143	0,365	0,03	0,000952	3,911	238
1,5	15	1,71	0,365	0,029	0,000923	3,911	538
2	20	2,287	0,365	0,027	0,000856	3,911	954
2,5	25	2,86	0,365	0,025	0,000793	3,912	1491
3	30	3,43	0,365	0,024	0,000761	3,912	2148
3,5	35	4	0,365	0,023	0,000729	3,912	2923
4	40	4,57	0,365	0,022	0,000698	3,912	3818

2.2.11 Втрати напору у вентиляторній установці

Рис.

Опір вентиляторної установки може бути визначено за формулою

де ξ_у - втрати на обтікання лопаток вентилятору

ξ_тр - втрати на тертя у вентиляторній установці

Втрати на обтікання лопаток вентилятору визначаються за формулою [1] cтр. 169:

;

Де, С_xy - коефіцієнт лобового опору вентиляторної установки, який віднесено до швидкості перед ним; приймаємо C_xy = 0,25;у - міделевий перетин вентиляторної установки;у - площа, яка обметається вентилятором.

Визначаємо площу, яку обметає вентилятор. Так як перетин вентилятора змінний, втрати визначаємо для найменшої площі перетину:

.

Визначаємо міделевий перетин вентилятора [1] cтр. 169:

.

Коефіцієнт втрат на тертя у вентиляторній установці визначається за формулою [2] cтор. 31:

;

де λ_у. - коефіцієнт опору тертя;_у. - довжина проточної частини вентилятору;_у.- гідравлічний діаметр.

Гідравлічний діаметр вентиляторної установки:

.

Визначаємо число Рейнольдса, при цьому розрахунок втрат і параметрів буде вестися для різної режимної швидкості в аеродинамічній трубі. Результати розрахунків заносимо до таблиці 2.9.

. (2.84)

Визначаємо коефіцієнт опору тертя за формулою [1] cтр. 162:

0,0136. (2.85)

(2.87)

Визначаємо втрати напору за формулою 2.1:

Розрахунки проводимо для різних режимів роботи аеродинамічної труби і заносимо їх до таблиці 2.9.

Таблиця 2.9. Втрати в вентиляторі

Q, Vу, Re*
1	4,762	4,806	0,0136	0,023	0,311	0,334	6,8
1,5	7,143	10,81	0,0118	0,02	0,311	0,331	15,16
2	9,524	19,22	0,0107	0,018	0,311	0,329	26,81
2,5	11,9	30,04	0,01	0,017	0,311	0,328	41,73
3	14,29	43,25	0,0094	0,016	0,311	0,327	59,93
3,5	16,67	58,87	0,009	0,015	0,311	0,326	81,39
4	19,05	76,89	0,0086	0,014	0,311	0,325	106,1

2.3 Визначення потрібного напору вентилятора

Отримані значення втрат напору дозволяють визначити потрібний напір і продуктивність вентилятора за наступними залежностями:

(2.89)

Отримані дані зводимо до таблиці 2.10

Необхідна продуктивність знаходиться по формулі [1] стр. 178:

 . (2.90)

Отримані дані напору і витрати заносимо до таблиці 2.10.

По отриманим даним будуємо характеристику мережі. Характеристику зображаємо на рисунку 2.8.

Потужність вентилятора визначається за формулою [1] стр. 178:

 . (2.91)

де η - коефіцієнт корисної дії вентиляторної установки; η = 0,5.

Таблиця 2.10. Втрати напору в трубі без урахування моделі в робочій камері

Швидкість в робочій камері, м/с	Втрати в розділовій камері, Па	Втрати в першому поворотному коліні, Па	Втрати в зворотному каналі, Па	Втрати в другому та третьому коліні, Па	Втрати в форкамері, Па	Втрати в колекторі, Па	Втрати в робочій камері, Па	Втрати в дифузорі, Па	Втрати на вентиляторі, Па	Сума втрат всіх елементів, Па	Витрата, м3/с	Потужність вентилятора, кВт
10	0,058	0,2	5,35	2,017	2,72	0,14	10,36	22,26	6,8	49,9	1	0,1
15	0,12	0,44	10,3	4,538	5,93	0,26	21,38	50	15,1	108	1,5	0,324
20	0,2	0,16	17,7	8,067	10,2	0,42	36,4	89,06	26,8	189	2	0,756
25	0,3	0,247	26,76	12,6	15,7	0,64	54,67	139,1	41,7	291,7	2,5	1,459
30	0,42	0,353	37,16	18,15	22,5	0,88	75,73	200,3	59,9	415,4	3	2,493
35	0,56	0,477	48,7	24,71	30,5	1,18	99,94	272,7	81,3	560	3,5
40	0,71	0,617	61,18	32,27	39,7	1,51	127,9	356,1	106	726,1	4	5,8

Таблиця 2.11. Втрати напору в трубі з урахуванням моделі в робочій камері.

Швидкість в робочій камері, м/с	Втрати в розділовій камері, Па	Втрати в першому поворотному коліні, Па	Втрати в зворотному каналі, Па	Втрати в другому та третьому коліні, Па	Втрати в форкамері, Па	Втрати в колекторі, Па	Втрати в робочій камері, Па	Втрати в дифузорі, Па	Втрати на вентиляторі, Па	Сума втрат всіх елементів, Па	Витрата, м3/с	Потужність вентилятора, кВт
10	0,058	0,2	5,35	2,017	2,72	0,14	40,86	22,26	6,8	80,4	1	0,16
15	0,12	0,44	10,3	4,538	5,93	0,26	90	50	15,1	176,6	1,5	0,53
20	0,2	0,16	17,7	8,067	10,2	0,42	158	89,06	26,8	310,6	2	1,24
25	0,3	0,247	26,76	12,6	15,7	0,64	245,2	139,1	41,7	482,2	2,5	2,41
30	0,42	0,353	37,16	18,15	22,5	0,88	350,2	200,3	59,9	689,9	3	4,14
35	0,56	0,477	48,7	24,71	30,5	1,18	473,5	272,7	81,3	933,6	3,5	6,535
40	0,71	0,617	61,18	32,27	39,7	1,51	615,9	356,1	106	1214	4	9,712

Тепер, знаючи втрати в повітряному тракті труби ми зможемо побудувати характеристику труби:

Рис. 2.10 Характеристика мережі з та без впливу моделі в робочій камері

Рис. 2.11 Необхідна потужність вентилятору при різних режимних швидкостях

2.4 Вибір вентилятора

З каталогу вибираємо осьовий вентилятор фірми NOVENCO ACN 630, який задовольняє потреби мережі.

Будуємо характеристику мережі в врахуванням моделі та характеристику вентилятора . В точці перетину отримаємо параметри потоку в робочій камері, Qта H.

Рис. 2.12 -Характеристика мережі та вентилятора з різним кутом повороту лопаток робочого колеса

Параметри вибраного вентилятора:

Витрата повітря: ;

Напір повітря: ;

Споживна потужність: ;

Кут повороту лопаток робочого колеса: ;

Діаметр робочого колеса та втулки: ;

Частота обертання робочого колеса:

Порівняємо отриману характеристику мережі модернізованої труби з характеристикою до модернізації:

Рис. 2.13 Порівняння характеристик мережі

Отже, як видно з графіку 2.13 в модернізованій трубі втрати стали набагато менші при тій же витраті повітря. Адже характеристика нової труби побудована з урахуванням всіх елементів труби та з урахуванням моделі в робочій камері.

3.Технологічна частина

.1 Опис деталі

Корпус являє собою циліндр з діаметром 155h9 і довжиною 620-0.4, в якому зроблені осьові отвори Ø110Н8 довжиною 270±0,2, Ø60Н8 довжиною 34, Ø125 довжиною 316мм( даний діаметр обробляється по спряженій деталі забезпечивши діаметральний зазор 0,008 ... 0,012мм) та Ø126Н8 довжиною 10. Окрім цього в отворі Ø120 зроблено канавку шириною 4,5 мм і Ø126 та західну фаску 1,6х45^о . В отворі Ø125Н8 зроблена західна фаска 1,6х45°, а в отворі діаметром Ø50Н8 дві фаски 1,6х45°. На поверхні 155h9 перпендикулярно осі зроблено отвір Ø8 до перетину з отвором Ø50.

3.2 Обґрунтування вибору виготовлення заготовки та розроблення її креслення

На кресленні деталі є достатня кількість розмірів, видів та розрізів, що забезпечує повне розуміння конструктивних особливостей деталі.

Розмір деталі складає Ø155 мм,довжина 620 мм.

Маса деталі 11.5кг.

3.2.1 Вибір методу виготовлення заготовки

Деталь «Гільза» разом з золотником призначені для перерозподілу витрати робочої рідини. Аналіз конструктивних особливостей деталі, виконуваний за робочим кресленням, дозволяє зробити наступні висновки: габаритні розміри заготовки - Ø155´620мм, матеріал деталі - Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71. До деталі пред'являються високі вимоги по забезпеченню точності та шорсткості робочих поверхонь.

3.2.2 Характеристики хімічних та фізико-механічних властивостей матеріалу деталі

Характеризуючи хімічні та фізико-хімічні властивості матеріалу, необхідно навести його склад, указати числові значення відповідних параметрів. Деталь "Гільза" виготовляється з Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71.

Хімічний склад, С %, Сталі 18ХГТ ГОСТ 4543-71: C -0.18%.

Фізико-механічні властивості сталі 45: тимчасовий опір при розтягуванні МПа; густина кг/м³.

3.2.3 Визначення серійності виробництва та групи складності

Для правильного підбору технологічного процесу виготовлення заготовки необхідно визначити тип виробництва, тобто групу серійності. Попередньо визначаємо, що заготовку отримуємо з круглого прокату Ø200мм.

Для обґрунтування типу виробництва необхідно описати його за

коефіцієнтом закріплення операцій:

 ,

але враховуючи неможливість його використання без заводських даних використовуємо наближений табличний метод за масою та річним обсягом випуску і визначаємо тип виробництва якісно (ВСВ, ССВ). Після цього у відповідності за стандартом, який встановлює чисельне значення Кз.о для даного типу виробництва обираємо його конкретне значення.

У відповідності до таблиці, тип виробництва згідно з ГОСТ 3.1108-74:

Кз.о. =1 ¾ масове виробництво;

<Кз.о.<10 ¾великосерійне виробництво;

<Кз.о.<20 ¾середньосерійне виробництво;

<Кз.о.<40 ¾ малосерійне виробництво;

Кз.о. ³40 ¾ одиничне виробництво.

Висновок: всі подальші технологічні рішення будемо розробляти для умов середньосерійного типу виробництва з Кз.о = 14.

3.3 Розробка технологічного процесу

.3.1 Проектування технологічних послідовностей оброблення поверхонь деталі

Конструкцію деталі можна розділити на сукупність типових геометричних фігур, які об`єднані загальним службовим призначенням деталі. Типовими елементами конструкції є: циліндричні або конічні, зовнішні та внутрішні поверхні, сукупність площин, фасонні поверхні- гвинтові, евольвентні та інші.

Відповідно до цього, практикою машинобудівного виробництва накопичено виробничий досвід технологічних послідовностей економічного оброблення типових поверхонь для забезпечення заданої точності розмірів та параметрів шорсткості робочих поверхонь. Практично всі технологічні довідники приводять такі послідовності. Типові технологічні послідовності оброблення поверхонь є типовими рекомендаціями, які необхідно додатково аналізувати та уточнювати при технологічному проектуванні.

Рис.

Таблиця 3.1. Послідовність обробки поверхонь     

Поверхні	ITi	Ra	Послідовність обробки	ITi	Ra
	За кресленням			Після обробки
1	14	6.3	Точіння торця Фрезерування	14	6.3
2	14	6.3	Точіння торця Фрезерування	14	6.3
3	12	6.3	Розточування попереднє	14 12	12.5 6.3
4	14	6.3	Точіння торця Фрезерування	14 12	12.5 6.3
5	6	0.1	Розточування попереднє Розточ. напівчистов. Розточування чистове Притирка	14 10 8 6	12.5 6.3 0.8 0.1
6	14	6.3	Розточування попереднє	14	6.3
7	12	6.3	Розточування попереднє Розточування напів. Розточування чистове Притирка	14 10 8 6	12.5 6.3 0.8 0.1
8	14	6.3	Розточування попереднє Розточування напів. Розточування чистове Притирка	14 10 8 6	12.5 6.3 0.8 0.1
9	14	6.3	Точіння попереднє Точіння чистове Шліфування	14 12 9	12.5 6.3 0.8
10	14	6.3	Розточування попереднє Розточування напів. Розточування чистове Притирка	14 10 8 6	12.5 6.3 0.8 0.1
11	12	6.3	Свердлення Нарізання різьби	12 8	1.6 1,6

3.3.2 Кількісні показники технологічності

.3.2.1 Рівень технологічності конструкції по точності обробки

,

де - відповідно базовий і отриманий коефіцієнти точності обробки.

,

де, - середній квалітет точності обробки виробу;

- кількість розмірів однакового квалітету точності ;

- квалітет точності обробки.

Таблиця 3.2. Кількісна характеристика квалітетів

Поверхня	Квалітет точності
	6	9	12	14
Циліндрична	1	1	4	4
Лінійна	-	-	2	4

.

Підставивши значення отримаємо :

.

Тоді:

 ,

тобто за цим показником деталь технологічна.

3.3.2.2 Рівень технологічності конструкції по коефіцієнту шорсткості

,

Де, - відповідно базовий і отриманий коефіцієнти шорсткості поверхонь.

,

Де, - середній параметр шорсткості обробки поверхонь виробу;

- кількість розмірів однакової шорсткості ;

- шорсткість обробки поверхні.

.

Таблиця 3.3. Кількісна характеристика шорсткості

Поверхня	Параметр шорсткості Ra, мкм
	0.1	0.8	1.6	6.3
Циліндрична	1	1	1	7
Лінійна	-	-	-	6

Підставляючи значення в формулу отримаємо:

.

Тоді:

,

тобто за цим показником деталь також технологічна.

3.3.2.3 Коефіцієнт використання матеріалу

,

де М_д, М_з- відповідно маса деталі та заготовки.

Тоді: ,

тобто за використанням матеріалу деталь також технологічна.

Висновок: приймаючи до уваги конструкцію деталі та виконані розрахунки, за якісними та кількісними показниками деталь є технологічною.

3.3.4 Проектування змісту технологічних операцій

На даному етапі проектування необхідно розробити маршрутний технологічний процес обробки заданої деталі. При розробці маршрутної технології для реалізації кожної технологічної операції встановлюють групу і модель верстата, необхідні пристосування та інструмент. Загальні правила вибору технологічного обладнання встановлені ГОСТ 14.404-73.

Загальні правила розробки маршрутного технологічного процесу:

в першу чергу оброблюються поверхні, які є технологічними базами для наступної обробки;

кожна наступна операція повинна покращувати якість обробленої поверхні;

чорнову і чистову обробку треба розглядати на різних операціях;

викінчувальні операції треба проводити в кінці технологічного процесу;

отвори необхідно свердлити в кінці технологічного процесу, якщо вони не є базами для установки;

обробку поверхонь з точним взаємним положенням необхідно проводити в одній операції;

переходи треба розташувати так, щоб шлях менш стійких інструментів був мінімальним.

3.3.5 Проектування маршрутного технологічного процесу виготовлення деталі "Гільза"

Один з раціональних варіантів маршрутного технологічного процесу приведений нижче.

Фрезерна на верстаті ЧПУ

Вид обладнання: верстат горизонтально фрезерний з ЧПУ 6904ВМФ2.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: фреза торцева ВК6М.

А. Установити, закріпити, зняти.

.01 Фрезерувати торці 1 і 2 витримуючи розмір 3.

Рис.

020 Токарна з ЧПУ

Вид обладнання: горизонтально розточний верстат 2А620Ф2 з ЧПУ.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: свердла спіральні Р6М6, різець карнавочний Т15К6, різець підрізний Т15К6.

А. Установити, закріпити, зняти, перевернути.

.01. Свердлити отвір витримуючи розміри 1 і 2.

.02. Розточити отвір витримуючи розміри 3 і 4.

.03. Розточити отвір витримуючи розміри 5 і 6.

.04. Розточити отвір витримуючи розміри 7 і 8.

,05. Розточити отвір витримуючи розміри 9 і 10.

.06. Розточити канавки витримуючи розміри 11, 12, 13.

.07. Розточити канавки витримуючи розміри 14, 15, 16.

.08. Розточити фаски витримуючи розміри 17,18.

Б. Установити, закріпити, зняти.

.01. Розточити фаски витримуючи розміри 19,20.

Рис.

Вид обладнання: вертикально-свердлильний моделі 2Р135Ф2-1.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: свердло спіральне Р8М6, метчик, свердло спіральне Р10М6.

А. Установити, закріпити, зняти, перевернути.

.01. Свердлити отвори витримуючи розміри 1, 2.

А. Установити, закріпити, замінити інструмент, зняти, перевернути.

.02Нарізання різьби витримуючи розміри 3, 4.

А. Установити, закріпити, замінити інструмент, зняти, перевернути.

.03. Свердлити отвори витримуючи розміри 5.

Рис.

040 Токарна з ЧПУ

Вид обладнання: горизонтально розточний верстат 2А620Ф2 з ЧПУ.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: свердла спіральні Р6М6, різець прохідний Т15К6.

А. Установити, закріпити, зняти.

.01. Точити зовнішню поверхню витримуючи розмір 1.

Рис.

050 Шліфувальна

Вид обладнання: круглошліфувальний верстат типу 3151.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: круг типу 3Б25С1.

А. Установити, закріпити, зняти.

.01. Шліфувати зовнішню поверхню витримуючи розмір 1.

Рис.

060 Миюча

Слюсарна

Вид обладнання: обладнання слюсарне.

Система оснастки: УЗП.

Різальний інструмент: різальний інструмент стандартний.

Хімічна

Устаткування: газовий карбюризатор.

Товщина покриття h 0.7… 0.9 мкм.

Доводочна

Вид обладнання: доводочний верстат ОФ-26М.

Система оснастки: оснастка універсальна.

Різальний інструмент: притир.

А. Установити, закріпити, зняти.

.01. Шліфувати внутрішню поверхню витримуючи розмір 1.

Рис.

3.4 Розрахунок режимів різання

3.4.1 Розрахунок режиму різання при точінні

Вихідні дані для розрахунку режиму різання:

Матеріал заготовки поковка, Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71

Границя міцності матеріалу заготівки МПа

Загальний припуск на обробку (на діаметр) h = 4 мм

Діаметр заготовки D = 159 мм

Діаметр деталі (після обробки) d = 155 мм

Довжина оброблюваної поверхні l = 620 мм

Необхідна шорсткість Ra = 0,8 мкм

Загальний припуск визначається за формулою:

мм,

де

 - діаметр заготовки;

- необхідний діаметр.

Загальний глибина різання дорівнює:

мм

Приймаємо подачу різця мм/об.

Визначаємо швидкість різання , м / хв. за формулою:

,

Де,  - коефіцієнт, що залежить від умов обробки для обробки ;

 - стійкість різця, хв (приймаємо хв);

, .  - показники ступеня;

 - загальний поправочний коефіцієнт, що представляє собою добуток окремих коефіцієнтів, кожен з яких відображає вплив певного фактора на швидкість різання.

Для різців з пластиною з твердого сплаву дорівнює:

,

Де, - загальний поправочний коефіцієнт, що враховує вплив фізико- механічних властивостей оброблюваного матеріалу і дорівнює:

,

Де,  - поріг міцності матеріалу, МПа;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує стан поверхні заготовки, ;

 - поправочний, коефіцієнт, що враховує матеріал ріжучої частини, ;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує головний кут в плані різця, для ;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує вид обробки , ;

Загальний поправочний коефіцієнт для різця дорівнює:

.

Показники степеня дорівнюють:

, , .

Швидкість різання, м / хв, дорівнює:

м/хв.

Визначаємо частоту обертання шпинделя, об/хв за розрахунковою швидкості різання:

 об/хв.

Для обробки вибираємо ступінь коробки швидкостей з об/хв.

Визначаємо фактичну швидкість різання:

м/хв.

Обраний режим різання необхідно перевірити по потужності приводу шпинделя верстата.

Потужність, що витрачається на різання , повинна бути менше або дорівнювати потужності на шпинделі :

,

де  - потужність електродвигуна токарного верстата, кВт; для верстата 2А620Ф2, кВт;

 - ККД приводу токарного верстата, для верстата 2А620Ф2 .

Потужність різання визначається за формулою:

,

Де,  - сила різання, Н;

- фактична швидкість різання, м/с.

Для визначення потужності різання визначаємо силу різання при чорновій обробці. Силу різання при точінні розраховуємо за наступною формулою:

,

Де,  - коефіцієнт, що враховує властивості оброблюваного матеріалу, матеріал ріжучої частини різця, а також умови обробки, ;

 - загальний поправочний коефіцієнт, чисельно рівний добутку ряду коефіцієнтів, кожен з яких відображає вплив певного фактора на силу різання:

,

Де, - поправочний коефіцієнт, що враховує вплив якості оброблюваного матеріалу, та визначається:

;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує головний кут в плані різця ;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує передній кут різця, ;

 - поправочний коефіцієнт що враховує кут нахилу головного леза, .

Тоді, загальний поправочний коефіцієнт дорівнює:

.

Показники ступеня: , , .

Сила різання при точінні дорівнює:

Н.

Потужність різання, кВт:

кВт.

Потужність на шпинделі дорівнює:

кВт.

Так як (3,56<8 кВт), то вибраний режим різання задовольняє умови по потужності на шпинделі верстата.

Основний час  на зміну форми і розмірів заготовки визначаємо за формулою:

,

Де,  - довжина робочого ходу різця:

,

Де,  - довжина оброблюваної поверхні, мм;

 - величина шляху врізання:

мм;

 - величина перебігаючи різця, мм, приймаємо ;

 - величина шляха для зняттяпробних стружок, мм. У масовому виробництві при роботі на налаштованих верстатах  не враховується;

 - число робочих ходів різця, .

Основний час дорівнює:

хв.

Одиничний час, що витрачається на дану операцію:

,

Де,  - допоміжний час, хв:

час на установку і зняття деталі - 1.05 хв;

час на робочий хід приймаємо 0,2 хв;

час на вимірювання деталі приймаємо 0,2 хв;

хв.

 - оперативний час:

хв.

Час обслуговування робочого місця:

.

Час перерв у роботі:

.

Час, що витрачається на обробку однієї деталі:

хв.

3.4.2 Розрахунок режимів різання при фрезеруванні

Вихідні дані для розрахунку режиму різання:

Матеріал заготовки поковка, Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71

Границя міцності матеріалу заготівки МПа

Ширина оброблюваної поверхні заготовки В = 84 мм

Довжина оброблюваної поверхні заготовки L = 84 мм

Необхідна шорсткість обробленої поверхні Ra = 1,6 мкм

Загальний припуск на обробку h = 5 мм

Вибираємо торцеву фрезу з багатогранними твердосплавними пластинками по ГОСТ 26595. Діаметр фрези вибираємо зі співвідношення:

мм.

Вибираємо фрезу діаметром мм, число зубів .

Матеріал фрези ВК6М. Геометричні параметри фрези: передній кут , задній кут для роботи з подачею в мм / зуб , головний кут в плані , кут в плані перехідної кромки , допоміжний кут в плані , кут нахилу ріжучої кромки .

мм.

Подачу на зуб приймаємо  мм/зуб. Подача на один оберт складає:

мм/об.

Швидкість різання, м/хв, визначаємо за формулою:

Де,  - коефіцієнт, що залежить від умов обробки для обробки ;

 - стійкість фрези, хв (приймаємо хв);

, , , , ,  - показники ступеня;

 - загальний поправочний коефіцієнт, що представляє собою добуток окремих коефіцієнтів, кожен з яких відображає вплив певного фактора на швидкість різання, і дорівнює:

Де, - загальний поправочний коефіцієнт, що враховує вплив фізико- механічних властивостей оброблюваного матеріалу і дорівнює:

,

 - поправочний коефіцієнт, що враховує стан поверхні заготовки, ;

 - поправочний, коефіцієнт, що враховує матеріал ріжучої частини, ;

 - поправочний коефіцієнт, що враховує головний кут в плані різця, для ;

Загальний поправочний коефіцієнт дорівнює:

.

Швидкість різання при фрезеруванні:

м/мин.

Визначаємо частоту обертання фрези, об / хв за розрахунковою швидкості різання:

 об/хв.

Для обробки вибираємо ступінь коробки швидкостей з об/хв.

Визначаємо фактичну швидкість різання:

м/хв.

Для уточнення величин подач необхідно розрахувати швидкість руху подачі  за величиною подачі на зуб і на один оборот:

мм/хв.

За паспортом верстата знаходимо можливу настроювання на швидкість руху подачі, вибираючи найближчі менші значення мм/хв. Виходячи з прийнятих величин, уточнюємо значення подач на зуб і на оберт:

мм/об,

мм/зуб.

Обраний режим різання перевіряємо по потужності на шпинделі верстата 6904ВМФ2.

Потужність, що витрачається на різання, повинна бути меншою або дорівнювати потужності на шпинделі:

.

Потужність на шпинделі:

кВт.

Потужність різання, кВт, визначається за формулою:

.

Крутний момент, Нм, визначається за формулою:

.

Головна складова сили різання, Н, визначається за формулою:

.

Значення коефіцієнтів , , , , , .

При затуплені фрези до допустимої величини сила різання зростає при обробці сталі з в 1,3-1,4 рази. Приймаються збільшення в 1,3 рази.

Загальний поправочний коефіцієнт:

,

Де, ,

, , , отже:

.

Головна складова сили різання при чорновому фрезеруванні, Н, складе:

Н.

Крутний момент:

Нм.

Потужність різання при фрезеруванні:

 кВт.

Так як (3,02<3,6 кВт), то вибраний режим різання задовольняє умови по потужності на шпинделі верстата.

Основний час  на зміну форми і розмірів заготовки визначаємо за формулою:

 хв.

Одиничний час, що витрачається на дану операцію:

,

де

 - допоміжний час, хв:

час на установку і зняття деталі - 1.8 хв;

час на робочий хід приймаємо 0,8 хв;

час на вимірювання деталі приймаємо 0,2 хв;

хв.

 - оперативний час:

хв.

Час обслуговування робочого місця та перерв у роботі:

хв.

Час, що витрачається на обробку однієї деталі:

хв.

3.4.3 Розрахунок режимів різання при свердленні

Вихідні дані для розрахунку режиму різання:

Матеріал заготовки поковка, Сталь 18ХГТ ГОСТ 4543-71

Границя міцності матеріалу заготівки МПа

Діаметр отвору D = 30 мм

Глибина отвору L = 257 мм

Швидкість різання, м/хв, визначаємо за формулою:

Де,  - коефіцієнт, що залежить від умов обробки для обробки ;

 - стійкість фрези, хв (приймаємо хв);

, ,  - показники ступеня;

 - загальний поправочний коефіцієнт, що представляє собою добуток окремих коефіцієнтів, кожен з яких відображає вплив певного фактора на швидкість різання, і дорівнює:

Де, - загальний поправочний коефіцієнт, що враховує вплив фізико- механічних властивостей оброблюваного матеріалу і дорівнює:

,

 - поправочний, коефіцієнт, що враховує матеріал ріжучої частини, ; .

Загальний поправочний коефіцієнт дорівнює:

.

Швидкість різання при свердленні:

м/мин.

Тоді подача  мм/об.

Визначаємо частоту обертання шпинделя, об/хв за розрахунковою швидкості різання:

 об/хв.

Для обробки вибираємо ступінь коробки швидкостей з об/хв.

Визначаємо фактичну швидкість різання:

м/хв.

Обраний режим різання необхідно перевірити по потужності приводу шпинделя верстата.

Потужність, що витрачається на різання , повинна бути менше або дорівнювати потужності на шпинделі :

,

де  - потужність електродвигуна токарного верстата, кВт; для верстата 2Р135Ф2-1, кВт;

 - ККД приводу токарного верстата, для верстата 2Р135Ф2-1 .

Потужність на шпинделі:

кВт.

Потужність різання, кВт, визначається за формулою:

.

Крутний момент, Нм, визначається за формулою:

.

Значення коефіцієнтів , , .

Загальний поправочний коефіцієнт:

,

Де, ,

Крутний момент:

Нм.

Силу різання при свердленні розраховуємо за наступною формулою:

,

Де,  - коефіцієнт, що враховує властивості оброблюваного матеріалу, а також умови обробки, , , .

Загальний поправочний коефіцієнт:

,

Де, .

Сила різання при свердленні:

 Н.

Потужність різання при свердленні:

 кВт.

Так як (4,07<7,84 кВт), то вибраний режим різання задовольняє умови по потужності на шпинделі верстата.

4.Заходи з охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях

.1 Електробезпека

Електробезпека - система організаційних і технічних заходів і засобів, що забезпечують захист людей від шкідливої і небезпечної дії електричного струму, електричної дуги, електричного поля і статичної електрики (ГОСТ 12.1.009176.ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения).

Відповідно до ПУЭ, приміщення за небезпекою електротравм поділяються на три категорії:

• без підвищеної небезпеки;

• з підвищеною небезпекою

• особливо небезпечні;

Категорія приміщення визначається наявністю в приміщенні чинників підвищеної або особливої небезпеки електротравм.

До чинників підвищеної небезпеки відносяться:

♦ температура в приміщенні, що впродовж доби перевищує 35оС;

♦ відносна вологість більше 75%, але менше насичення;

♦ струмопровідна підлога - металева, бетонна, цегляна, земляна тощо;

♦ струмопровідний пил;

♦ можливість одночасного доторкання людини до неструмовідних частин електроустановки і до металоконструкцій, що мають контакт з землею.

Так як наше приміщення не має жодного з чинників підвищеної небезпеки то приміщення можна вважати без підвищеної небезпеки.

Виходячи з аналізу обладнання, що застосовується и умов його експлуатації, а також з урахуванням технологічних вимог, з умов безпеки при напрузі до 1000 В, застосовуємо в якості джерела живлення трьохфазну чотирьохдротову мережу з заземленою нейтралью, оскільки вона дозволяє використовувати дві робочих напруги - лінійне і фазове. Застосування мережі з заземленою нейтралью зумовлене тим, що неможливо забезпечити нормальну ізоляцію проводки, швидко знайти і усунути пошкодження ізоляції, ємнісні токи мережі внаслідок її значного розгалуження досягають великих значень, що є небезпечним для людини.

Ця мережа є більш безпечною при доторканні людини до фазного дроту в режимі короткого замикання. Ймовірність появи котрого достатньо велика при великому енергооснащенні ділянки, що проектується та наявності великої кількості струмопровідних частин обладнання та транспортних систем, а також дрібної струмопровідної стружки.

Для захисту від ураження електричним струмом на дільниці передбачені наступні захисні заходи:

- забезпечити недоступність струмопостачальних частин обладнання за допомогою ізоляції;

-        розміщення струмопостачальних частин на недоступних висотах;

         під час ремонту обладнання виконувати вимоги техніки безпеки;

         під час ремонту вивішувати попереджувальні таблички на вимикачах;

         не допускати до ремонту не підготовлений персонал.

Для трьохфазної чотирьохдротової мережі напругою до 1000 В використовуємо занулення.

Занулення - це навмисне електричне з’єднання з нульовим захисним проводом металевих знеструмлених частин обладнання, які можуть виявитись під напругою.

Рис. 4.1 Схема занулення; 1 - корпус; 2 - плавкі запобіжники

Принцип дії занулення складається в перетворенні замикання на корпус в однофазне коротке замикання, тобто замикання між фазами і нульовим проводом з метою створення великого струму.

Вимоги до заземлення:

- опір зануляючого контуру не більше за 4 Ом;

-        ширина занулення в середині будівлі повинна бути у полі зору;

         сполучається шина із зовнішнім контуром не більш ніж в двох місцях.

Крім занулення обладнання для захисту від ураження електричним струмом на дільниці, що проектується розроблені заходи для запобігання враження електричним струмом робітників:

- енергоустаткування відповідає вимогам ГОСТ 12.2.009-89;

-        виконання вимог ГОСТ 12.4.011-75 розділ „Засобу колективного захисту», згідно з якими на підприємстві застосовані основні кошти захисту від ураження електричним струмом: пристрої захисні, автоматичного контролю і сигналізації, занулення автоматичного відключення, запобіжні пристрої, знаки безпеки, громовідвід, застосування знижених напружень, періодична перевірка стану ізоляції енергоустаткування;

         покриття струмопровідних частин або відділення від інших частин шаром діелектрика, що забезпечує протікання струму в необхідному напрямі і безпечну роботу електроустановок;

         забезпечення недоступності неізольованих струмопровідних частин, яке досягається застосуванням стаціонарних огорож, блокування і розташуванням струмопостачальних частин на висоті, яка є недосяжною і в неприступних місцях;

         застосування малих напруг до 36 В;

         освітлювальна проводка відкрита;

         силова проводка укладена під підлогою в металевих трубах;

         контроль ізоляції = 1000 В (ГОСТ 12.2.009-89).

 

4.2 Пожежна безпека

Основними причинами пожежі можуть бути:

- неправильне улаштування, неправильність чи не відповідність виробничого середовища електричних установок та мереж;

-        само загорання промасленого дрантя та інших матеріалів;

         іскри при електрозварювальних роботах;

         коротке замикання, перевантаження та великі перехідні опори;

         відсутність чи несправність громовідводів;

         необережне поводження з вогнем, куріння в закритих приміщеннях;

         порушення технологічного режиму.

У відповідності з ОНТП 24-86 дільниця, що проектується відноситься до категорії „Д». У дану категорію входять виробництва по обробці вогнетривких речовин і матеріалів в холодному стані.

Згідно вимог СНІП 2.09.02-85 степінь вогнестійкості будови ІІІ, так як всі основні конструкції виконані з незгораємих матеріалів, кількість поверхів 2 [6, т.237, с.690], найбільша допустима площа поверху між протилежними стендами будови 5200 м [6, т.330, с.713].

Згідно причинам та об’єктам гасіння пожежі, для ділянки, що проектується будемо застосовувати ручний вуглекислотний вогнегасник ОУ-5, який застосовується для гасіння пожежі, при загоранні різних речовин, матеріалів, об’єктів, також включно електричні установки під напругою в кількості 8 штук. Для гасіння обладнання також застосовують пісок і волок.

Принцип дії вогнегасника ОУ-5, заклечається в викиданні в вигляді снігу вуглекислоти, яка виникає на поверхні палаючого об’єкта в вигляді вуглекислої плівки, ізолює джерело пожежі від проникнення кисню.

Дільниця, що проектується не є вибухонебезпечним. Виходячи з класифікації приміщень і установок по ПУЕ-86 тип виконання електрообладнання - бризозахищене в відповідності з класом приміщення П-11а. Відповідно степені вогнестійкості відносяться будівлі з несучими та огороджувальними конструкціями з натуральних чи штучних кам’яних матеріалів, бетону чи залізобетону з застосуванням листових чи плитових не горючих матеріалів. Межа вогнестійкості - будівельних конструкцій 1 класу вогнестійкості (Сніп 2.01.02-85 таблиця 4.1)

Таблиця 4.1

Будівельні конструкції	Мінімальна межа стійкості, ч	Мінімальна граничне розповсюдження, см
Стіни несучі	2,5	0
колони	2,5	0
Сходові площадки	1	0
Балки, ферми	0,5	0

Відстань від найбільш віддаленого робочого місця до найближчого евакуаційного виходу (Сніп 2.09.02-85,таблиця 2) для приміщень категорії „Д» степені вогнестійкості будівлі 1, не залежно від об’єму, при густині людського потоку 1 люд/м² не обмежується. Ширина дверей евакуаційного виходу назовні залежить від загальної кількості людей на 1 м ширини входу і повинна бути не менше 0,8 м (Сніп 2.09.02-85, таблиця 2,3,4). Будівля четвертої степені вогнестійкості. В відповідності з цим, найбільш допустима площа поверху між протипожежним склом будівлі рівна 2600 м²; найбільш допустима відстань від найбільш віддаленого робочого місця до найближчого евакуаційного виходу дорівнює 100 м.

4.3 Захист від шуму

Шум - це будь1який небажаний звук, якій наносить шкоду здоров’ю людини, знижує його працездатність, а також може сприяти отриманню травми в наслідок зниження сприйняття попереджувальних сигналів. З фізичної точки зору - це хвильові коливання пружного середовища, що поширюються з певної швидкістю в газоподібній, рідкій або твердій фазі. Звукові хвилі виникають при порушенні стаціонарного стану середовища в наслідок впливу на них сили збудження и поширюючись у ньому утворюють звукове поле. Джерелами цих порушень бути механічні коливання конструкцій або їх частин, нестаціонарні явища в газоподібних або рідких середовищах. В нашому випадку це шум вентилятора потужністю 30 кВт.

Людина сприймає звуки в широкому діапазоні інтенсивності (від нижнього порога чутності до верхнього - больового порога). Але звуки різних частот сприймаються неоднаково (рис. 2.12). Найбільша чутність звуку людиною відбувається у діапазоні 800- 4000 Гц. Найменша - в діапазоні 20-100 Гц.

Основними характеристиками таких коливань служить амплітуда звукового тиску (р, Па), частота (f, Гц). Звуковий тиск - це різниця між миттєвим значенням повного тиску у середовищі при наявності звуку та середнім тиском в цьому середовищі при відсутності звуку. Поширення звукового полю супроводжується переносом енергії, яка може бути визначена інтенсивністю звуку J(Вт/м2). У вільному звуковому полі інтенсивність звуку і звуковий тиск зв’язати між собою співвідношенням:

= p2/ρ · C, (5.1)

де J - інтенсивність звуку, Вт/м2,- звуковий тиск, Па,

ρ - густина середовища, кг/м3,

С - швидкість звукової хвилі в даному середовищі, м/с.

Рис. 4.2 Залежність півня звукового тиску, що сприймається людиною від частоти звуку (криві рівної гучності)

Звукоізоляція від повітряного шуму забезпечується за допомогою звичайних будівельних матеріалів - цегли, бетону та залізобетону, металу, фанери, плит із деревних стружок, скла, тощо. У якості звукоізолюючих матеріалів які застосовують у конструкціях перекриттів для зниження передачі структурного (ударного) звуку переважно в житлових і громадських будинках використовують мати та плити зі скляного та мінерального волокна, м’які плити з деревних стружок, картон, гуму, металеві пружини, утеплений лінолеум тощо.

Якщо, необхідно додатково знизити звукову енергію, що відбивається від поверхонь приміщення використовують звукопоглиначі конструкції та матеріали. Це, як правило, конструкції, складені з шпаристих матеріалів. При терті часток повітря, що коливаються, в шпаринах таких матеріалів енергія звукових хвиль переходить у теплоту. Звуку поглинаючі матеріалі застосовують у вигляді облицювання внутрішніх поверхонь приміщень, або ж у вигляді самостійних конструкцій - штучних поглиначів, які, як правило, підвішують до стелі.

Використання засобів індивідуального захисту від шуму здійснюють у випадках, якщо інші (конструктивні та колективні) методи не забезпечують допустимих рівнів звуку. Засоби індивідуального захисту дозволяють знизити рівні звукового тиску на 7-45 дБ. Вони розподіляються на вкладиші у вигляді тампонів, які встромляються у слуховий канал; протишумові навушники, які закривають вушну раковину зовні; шлеми та каски.

Вибираємо протишумові навушники ВЦНІІОТ-2М (Рис. 4.3). Призначені для захисту органів слуху від впливу високочастотного шиплячого, дзвінкого, свистячого виробничого шуму з рівнем до 120 дБ.

Навушники складаються з двох полусферичних пластмасових корпусів з звукопоглиначами з ультратонкого скловолокна, забезпечених ущільнювальними прокладками з полівінілхлоридної плівки; оголовники в вигляді двох кільцевих пружин; поліетиленових обмежувачів.

Максимальну ефективність навушники мають на найбільш шкідливий для людини ділянці діапазону частот, де заглушає здатність їх складає 45 дБ, що відповідає зниженню гучності під навушниками в 23 рази.

На низькочастотному ділянці діапазону навушники знижують гучність всього Б 1,5-2 рази, що дозволяє чути розмовну мову і контролювати на слух роботу механізмів.

Рис. 4.3 - Протишумові навушники ВЦНІІОТ-2М

 

4.4 Розрахунок освітлення приміщення робочої дільниці

Мета розрахунку штучного освітлення - підібрати стандартну лампу і визначити електричну потужність всієї освітлювальної системи приміщення дільниці, яка спроектована.

В цеху використовується штучне та природне освітлення. Природне бокове одностороннє освітлення здійснюється через віконні прорізи в стіні. Штучне освітлення - комбіноване.

Проведемо розрахунок.

Вихідні дані:

- висота освітлювального приміщення - 4,5 м;

-        площа освітлювального приміщення - 200 м²;

         відношення довжини між центрами освітлювачів до висоти їх на робочою поверхнею (для люмінесцентних ламп) L/Hp=1,4;

         коефіцієнт мінімальної освітлюваності 1,1.

Для розрахунку рівномірного освітлення при І горизонтальній робочій поверхні основним є метод світлового потоку, який враховує світловий потік, що відбивається від стелі та стін.

Світловий потік лампи при люмінесцентних лампах розраховується за формулою:

Де, Е_н=150 лк - нормативна мінімальна освітлюваність (СНІП 11-4-79);=200 м² - площа приміщення, що освітлюється;=1,1 - коефіцієнт мінімальної освітлюваності для люмінесцентних ламп;_з=1,5 - коефіцієнт запасу, який враховує запилення приміщення і зменшення світлового потоку лампи в процесі експлуатації;=15 кількість освітлювачів у приміщенні, яка приймається виходячи з крокового розташування ламп, площі приміщення та довжини між ними;

=0,83 - коефіцієнт використання світлового потоку ламп, який залежить від:

- ККД та кривої розподілення сили світла освітлювача;

-        Коефіцієнта відбиття потоку від стелі р_п=70%;

         Коефіцієнт відбиття потоку від стін р_с=50%;

         Висоти підвіса освітлювачів та показника приміщення і:

де А і В - розміри приміщення: А=8 м; В=25 м, Н_р=4,5 м.

Тоді:

Тоді:

Підрахувавши світловий потік лампи, підбираємо ([7]табл.5 стр. 129) найближчу стандартну лампу та визначаємо електричну потужність всієї освітлювальної системи (табл. 5.2);

Таблиця 4.2. Характеристика люмінесцентних ламп

Назва лампи	Світловий потік, лм	Світлова віддача, лм/Вт
Люмінесцентна газорозрядна лампа ЛД-80	4070	50,8

Допустиме відхилення потоку вибраної лампи від розрахованої складає від 10% до 20% в іншому випадку застосовують другу схему розташування освітлювачів.

Висновки

В даному дипломному проекті була проведена модернізація проточної частини існуючої малотурбулентної труби ІГМ. Був проведений аеродинамічний розрахунок труби після модернізації.

Швидкість в робочій частині була недостатньою для експерименту, в зв’язку з тим що при проектуванні труби не врахували втрати на вентиляторі, втрати підвідних каналів та втрати моделі в робочій камері.

Ежекторна установка давала великі втрати напору, тому ми вирішили її прибрати, так як новий вентилятор дає необхідну витрату при якій швидкість в робочій камері достатня для експерименту. Провівши аеродинамічний розрахунок всіх елементів, була побудована характеристика мережі та по ній був вибраний відповідний вентилятор з потрібними характеристиками. При цьому затрати енергії на створення потоку зменшились в 4 рази, при більшій швидкості повітря в робочій камері. Побудовані характеристики мережі до та після модернізації.

Отже, після модернізації підвищилась швидкість в робочій камері, якої достатньо для експерименту, труба стала компактнішою, зменшились втрати повітря на 900 Па (2 в рази) при тій же швидкості, зменшились затрати енергії на створення штучного потоку повітря на 30 кВт (в 4 рази).

Список використаної літератури

1.          Горлін С.М. Слезингер И.И. Аэромеханические измерения (приборы и методы) М., 1964 г., 720 стр. с илл.

.            Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. Штейнберга М. О. - 3е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.: ил.

.            Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа: Учеб. Для вузов. - 7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с, 311 ил., 22 табл. - (Классики отечественной науки).

.            Аронин Г.С. Практическая аэродинамика. Москва, 1962 г., 384 стр.

.            Мартынов А.К. Экспериментальная аэродинамика - Москва, 1950 г.,478 с.

.            Краснов Н.Ф. Аэродинамика. Ч I. Основы теории. Аэродинамика профиля крыла. Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.; «Высшая школа», 1976, 384с. илл.

.            Абрамович Г.И. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1: Учеб. Руководство: Для вузов. - 5е изд., перераб и дон. - М.: Наука. Гл. ред. физ-маг. Лит., 1991- 600с.

.            Самойлович Г.С Гидрогазодинамика. - 2-е изд.. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.: ил. ISBN 5-217-01092-4.

.            Ковалев М. А., Белова А.В., Маркевич Н.М., Ландман В.Г.. Аэрогазодинамика, Ленинград, 1959 г. 165 с.

.            Прандтль Л. Гидроаэромеханика. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000, 576 стр.

.            Краснов Н.Ф. Аэродинамика. Ч II. Методы аэродинамического расчета.: Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.; «Высшая школа», 1980, 416 с. илл.

1.