Диссертация (Разработка метода расчета и исследование рабочих процессов регуляторов давления с учетом аэродинамической составляющей нагрузки на регулирующий элемент), страница 14

При необходимости эксперимент повторяют в такой жепоследовательности.4.3.Обработка результатов экспериментальных исследований. Оценкапогрешности экспериментаРезультаты экспериментальных исследований всегда заключают в себенеточность, вызываемую ошибками и допущениями, которые имеют место припроведении эксперимента.Погрешность измерений может быть случайной и систематической.Систематическаяпогрешность–этосоставляющаяпогрешностиизмерения, которая остается постоянной или закономерно изменяется приповторных измерениях одной и той же величины.Можно выделить несколько групп систематических погрешностей [67]:−Погрешности, природа которых известна, и которые могут бытьдостаточно точно определены;−Погрешности неизвестного происхождения, но известной величины;−Погрешности, о существовании которых исследователю ничего неизвестно.Погрешности измерительных приборов в значительной степени такжеявляются систематическими, но имеют и случайную составляющую.

Кроме104того, точности измерений прибором ограничивается погрешностью отсчета пошкале.Случайная погрешность представляет собой составляющую погрешностиизмерения, которая изменяется случайным образом при повторных измеренияходной и той же величины. Для уменьшения влияния этой погрешностиизмерения выполняют многократно с последующей статистической обработкойполученных результатов.Общепринятой универсальной мерой погрешности измеренной величиныxявляетсясреднеквадратическаяпогрешностьσx,котораяобладаетследующими свойствами: уменьшением ошибки среднего значения результатовпри увеличении числа измерений и возможностью сложения ошибок,обусловленных различными причинами [18], [49], [57], [67].Среднее значение измеренной величины определяется по формуле:x=1 n∑ xin i =1 .(4.1)Средневадратическая погрешность результата измерения:n∑( xσx =i− x) 2i =1n −1(4.2).Формулы (4.1) – (4.2) справедливы при проведении прямых измерений.

Внастоящей работе искомой величиной является длительность переходныхпроцессов, определяемая путем косвенных измерений. В этом случаенеобходимоопределятьсредневадратическуюпогрешностьрезультатакосвенного измерения, используя общую формулу [49], [67]:2 ∂F 2  2  ∂F  2σ F =   σ x +σ y + ... , ∂x  ∂y (4.3)где F = f ( x, y,...) - выражение для вычисления результата косвенного измерения;σ x и σ y - средневадратические погрешности результатов прямых измеренийвеличин x, y, вычисляемые по формуле (4.2).105Внашемслучаерезультатомкосвенногоизмеренияявляетсядлительность переходных процессов, определяемая замеренным по графикуpi = pi (t)с помощью линейки расстояниемxi, с учетом масштабногокоэффициента k м по формуле:t i = k м ⋅ xi .(4.4)Погрешность среднего, определяемая из малого числа измерений ( ≈2 … 10), определяется по нижеприведенной методике.Средневадратическая погрешность результата косвенного измерениядлительности переходных процессов, усредненная по серии из n испытанийопределяется по формуле:σt =σtn.(4.5)В настоящей работе значение вероятности попадания истинного значенияизмеренной величины в доверительный интервал (доверительная вероятность)выбирается равной 0,95.

При определении длительности переходных процессовпроводилась серия из пяти однотипных испытаний. Число степеней свободы,значение которого на единицу меньше числа проведенных измерений, равночетырем. В данном случае коэффициент Стьюдента, зависящий от величиныдоверительной вероятности и числа степеней свободы, будет равенt0,95;5 = 2,571[49], [57]. Тогда случайная погрешность измерений будет выражатьсяпроизведением величины среднеквадратического отклонения и безразмерногокоэффициента Стьюдента:∆Асл = k0,95;5 ⋅σ t .(4.6)Среднеквадратическая погрешность показаний прибора определяется последующей зависимости:σ пр =δ3,где δ – абсолютная предельная погрешность прибора.(4.7)106Приборнаяпогрешностьвыражаетсяпроизведениемвеличинысреднеквадратической погрешности прибора и безразмерного коэффициентаСтьюдента:∆Апр = k0,95;5 ⋅ σпр .(4.8)Если случайная и приборная погрешности сравнимы по величине, торезультирующая погрешность определяется по следующей зависимости:∆А = ∆Асл2 + ∆Апр2(4.9).Для удобства представления погрешности используют не абсолютную, аотносительную погрешность:ε=4.4.∆Аt.(4.10)Сравнение результатов эксперимента с результатами расчетнотеоретических исследованийЭкспериментальныйстендиметодикапроведенияэкспериментаполностью соответствуют описанным выше.

Условия проведения экспериментаполностью соответствуют расчетной модели.Экспериментальные исследования проводятся последовательно для РДАРТ-85-50/16 с разными делительными дюзами. Ряд значений диаметровделительных дюз составляет: 1,2 мм; 1,5 мм; 1,7 мм. В каждом случае значениядавлений в выходной полости П2 (Рисунок 4.1.), на которые настраивают РД,последовательно принимаются 0,2МПа; 0,3МПа; 0,35МПа. Давление воздуха вресивере (Рисунок 4.1.) во всех случаях составляет 0,4МПа.Оценка полученных в диссертационной работе результатов проводитсяпутем сравнения длительности переходных процессов, возникающих ввыходной полости П2 (Рисунок4.1.) РД под влиянием внешних факторов,определенной расчетным и экспериментальным способами.Результаты экспериментальных исследований и обработка полученныхданных приведены в Приложении.107На Рисунке 4.3.

представлены зависимости длительности переходныхпроцессов от действующего на тарель клапана РД перепада давлений. Награфики нанесены точки, полученные расчетным способом на модели с учетомкоэффициента подъемной силы ϕ и без его учета, а также точки, полученныеэкспериментальным путем.Рисунок 4.3.Результаты исследований длительностипереходных процессовИз Рисунка 4.3.

видно, что на участке, соответствующем перепадудавлений на тарели клапана от 0,05 МПа до 0,08 МПа, все экспериментальныекривые имеют максимум, до которого длительность переходных процессов ввыходной полости П2 (Рисунок4.1.) увеличивается с ростом перепада давленийна тарели клапана, после которого – убывает. Кривые, полученные расчетнымспособом на моделях, носят убывающий характер во всем диапазоне значенийперепада давлений на тарели клапана. Таким образом, качественное сходствохарактеров рассматриваемых процессов наблюдается только в областиперепада давлений на тарели клапана от 0,08 МПа и выше. При этом108результаты, полученные расчетным способом с учетом коэффициентаподъемной силы ϕ , гораздо ближе к экспериментальным точкам, чемрассчитанные без учета коэффициента подъемной силы.

Их отклонения отэкспериментальных значений не превышают 5,5% для дюзы 1,2 мм; 24,5% длядюзы 1,5 мм и 31,7% для дюзы 1,7 мм.В диапазоне, соответствующем перепаду давлений на клапане 0,08 МПа иниже, наблюдается расхождение экспериментальных и расчетных данных. Этоможно объяснить тем, что полученные точки лежат в зоне, близкой к границепотери работоспособности регулятора. Согласно технической документации[66], минимальный перепад давлений на тарели клапана, необходимый для егоработоспособности, составляет 0,06МПа. При перепаде давлений меньше этогозначения усилия, действующие со стороны механических частей РД,превышают усилия со стороны газовых сил, что препятствует открытиюклапана и осуществлению процессарегулирования. Расчетнаямодельразработана с рядом допущений и учитывает не все явления, протекающие вдействительности при работе РД и влияющие на динамические рабочиепроцессы, поэтому результаты расчетов могут нести в себе некоторуюнеточность.Дляучетаподобныхфакторовнеобходимопроводитьдополнительные исследования.Полученные экспериментально результаты также позволяют подтвердитьсделанный на основании расчетов вывод о том, что изменение диаметраделительнойдюзынеоднозначновлияет надлительность переходныхпроцессов.

Существует критическое значение диаметра делительной дюзы, докоторого при постоянном перепаде давлений на тарели клапана длительностьпереходных процессов убывает, после которого – возрастает. В данном случаеэто значение лежит в диапазоне 1,5-1,7 мм.4.5.Выводы по Главе 4Для проведения экспериментальных исследований динамических рабочихпроцессов в РД разработаны испытательный стенд и методика проведенияэксперимента.Сравнениерезультатоврасчетныхиэкспериментальных109исследований проводится путем оценки длительности переходных процессов,возникающих в выходной полости РД при воздействии на систему внешнихвозмущающих факторов. Анализ полученных результатов позволяет сделатьследующие выводы:1.

Качественноесходствохарактероврассматриваемыхпроцессовнаблюдается в области перепада давлений на тарели клапана от 0,08 МПа ивыше. В диапазоне, соответствующему перепаду давлений на клапане 0,08 МПаи ниже наблюдается расхождение экспериментальных и расчетных данных.Такое явление можно объяснить близостью расположения точек к границепотери работоспособности РД и наличием в расчетной модели неучтенныхфакторов, которые требуют дополнительного исследования.2. В области перепада давлений на тарели клапана от 0,08 МПа и вышенаилучшее совпадение с результатами эксперимента показали результатырасчетов, проведенных с учетом коэффициента подъемной силы. Ихотклонения от экспериментальных значений не превышают 5,5% для дюзы 1,2мм; 24,5% для дюзы 1,5 мм и 31,7% для дюзы 1,7 мм.

Результаты расчетов, неучитывающих коэффициента подъемной силы, имеют большие отклонения.3. Дляуменьшенияотклоненийрезультатоврасчетно-теоретическихисследований от экспериментальных значений можно повысить точностьрасчетов путем измельчения расчетной сетки, но этот способ также приведет кувеличению вычислительных мощностей и времени проведения расчетов.110ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Впервые разработаны метод расчета и математическая модель рабочихпроцессов в РД с учетом аэродинамической составляющей нагрузки нарегулирующий элемент, позволяющие определить изменение распределениядавлений и скоростей газа в полостях РД и скоростей подвижных элементовконструкции во времени.2.

На основе разработанных метода расчета и математической моделивпервые проведены расчетно-теоретические исследования рабочих процессов вРД, в числе которых:2.1.Исследования зависимости коэффициента подъемной силы отвысоты подъема тарели клапана РД. Результаты показали, что сувеличением высоты подъема тарели клапана коэффициент подъемнойсилы увеличивается. Его значение изменяется в диапазоне от 0,96 до1,01 при диаметре делительной дюзы 1,2 мм. Это объясняется тем, что,с одной стороны, по мере увеличения высоты подъема тарели клапанаиз-за отклонения потока рабочей среды от плоскости, параллельнойуплотнению, в подклапанной области образуется зона пониженногодавления. С другой стороны, увеличение значения коэффициентаподъемной силы связано с конструкцией клапанного узла: тарельклапана имеет больший диаметр, чем седло клапана, и являетсяпрепятствием на пути отклоняющегося к оси клапана потока,воспринимая т.о.