自适应模糊h∞ 控制在导弹自动驾驶仪中的应用

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1、自转清洗包塑钢丝螺旋的动力学特性试验研究（清洗世界）李晓阳1，俞天兰2，张治坤1，冯修燕1，支校衡2，1.湖南化工职业技术学院4120012.湖南工业大学412008摘要本文围绕自转清洗包塑钢丝螺旋的动力学特性进行实验研究。钢丝螺旋的自转动力矩特性，与管内流速的关系呈现为随流速增大而增大的抛物线曲线；开始自转需要的管内流速与钢丝螺旋自身的螺旋角大小关系，则是先随着螺旋角增大而减少、后来以随着螺旋角增大而增大的关系，并且以44°螺旋角为最低；管内沿程阻力与钢丝螺旋螺距大小的关系，则是随着螺距增大而显著减少。关键词：螺旋线，自转清洗，动力矩，结构优化，流体阻力分类号1.

2、引言列管式换热器的管内污垢机械清洗技术研究，最早见诸于1974年德国发明的外部动力钢丝螺旋旋转清洗技术专利[1]和前苏联1985年的发明专利[2]，每根传热管都需要一套传动机构，结构过于复杂、难以大型化为其根本问题。后来法国发明了管内流体流动诱发的两端固定钢丝螺旋横向振动技术[4],结构非常简单，国内也跟随立项研究[5][6]，可惜只有延缓结垢作用，而无自动清洗功能。流体动力自转钢丝螺旋自动清洗技术[7][8][9]，解决了无自动清洗功能的问题，又出现了钢丝螺旋磨损换热管壁的新问题。及至包塑钢丝螺旋自动清洗技术[10][11]的发明，避免了磨损问题，成为能够可靠应用

3、的工程技术。但是，至今未见有关自动清洗包塑钢丝螺旋的结构优化的实验研究文献[12]。为此，本文拟对自转清洗包塑钢丝螺旋的动力学性能进行实验研究。2.结构原理图1自转清洗钢丝螺旋结构原理图如图1所示，每根传热管内安装一条自转清洗塑包钢丝螺旋。在塑包钢丝螺旋线与传热管内壁间有数毫米的径向间隙，可以自由旋转，在轴向采用入口端管口轴承将其定位，下游端则自由。运行时，塑包钢丝螺旋线受到传热流体作用力而自转运动，同时伴有径向振动与轴向游动。流速越高，转速越快，钢丝螺旋线的塑料包层刮扫热管内壁面上的污垢，达到自动清洗除垢防垢、又不磨损的目的，同时还使传热流体改变为螺旋流，增大了湍

4、流度，强化了管内侧的对流传热。自转清洗的塑包钢丝螺旋线具有结构简单、除垢能力较强、传热强化幅度较高、流体阻力较低、耐热温度较高等显著优点。3.开始自转的流速与螺旋角的关系试验研究使安装在传热管内的塑包钢丝螺旋自动旋转清洗，就必然对管内的传热流体流速大小有一定的要求。要使该技术能够应用于尽可能多的传热设备，就必须研究解决塑包钢丝螺旋开始自转所需要的管内流速大小，并且以流速尽可能低结构设计优化的首要目标。由于钢丝螺旋的钢丝直径和螺旋的外径大小几乎没有多大的变化选择范围，因此本文主要选取钢丝螺旋的螺旋角（或螺距）大小的不同参数进行试验研究。在Φ25×2×2000加热管内。

5、自转的可靠性决定螺旋的外径Φ17.5mm，满足直径间隙的基本要求。塑-3-包螺旋的钢丝直径4mm，满足流体阻力对应的刚度要求，又满足磨损的寿命要求。螺旋角计算以螺旋的中径Φ13.5（中径应该是外径减去一倍丝径）来标记。不同螺旋角的钢丝螺旋开始自转的流速大小试验结果如图2曲线所示，当螺旋角为42°时为最低。在同一试验系统中，不同螺旋角（螺距）的钢丝螺旋开始自转的阻力矩相同。因此，开始自转流速最低的钢丝螺旋，也就是自转动力矩最大的钢丝螺旋。4自转动力矩特性的试验研究图3　钢丝螺旋的自转力矩特性曲线图2钢丝螺旋开始自转的最低流速传热管内的污垢物性千差万别，自动清洗的难易程

6、度悬殊，对钢丝螺旋的清洗动力矩大小要求相应的有大范围的可选择性。显然，管内流速愈高，动力矩也愈大。为了明确钢丝螺旋与管内流速的定量关系，作者对螺旋角42°度、长度2000mm的钢丝螺旋的动力矩特性进行了实验研究，测量结果如图3曲线所示，动力矩是与管内流速二次方正比的抛物曲线关系。因此，对于比较难清洗的污垢的传热设备的钢丝螺旋，就应该合理的选取较高的管内流速。5.流体阻力特性的试验研究图4.钢丝螺旋的流体阻力特性曲线传热管内安装钢丝螺旋后，管内的流体阻力会远高于(尤其是包塑钢丝螺旋)没有安装钢丝螺旋的空管。对于选用钢丝螺旋的传热设备的流体阻力计算设计，就非常需要钢丝螺

7、旋的流体阻力特性数据。为此，对4种不同螺距的钢丝螺旋进行流体阻力测量试验。数据处理为便于工程计算的每1000mm的螺旋的管内阻力。流体阻力特性曲线如图3所示。不同螺距的钢丝螺旋，流体阻力都随着流速的二次方增大，但是阻力增加的速度是随着螺矩的增大而减小。其理显然，在相同长度的管内流体，受到螺距愈小的钢丝螺旋阻挡的次数愈多。考虑到包塑钢丝比较粗（4mm），所以阻力很大。但是不同螺距的钢丝螺旋，开始自转的流速都在0.58m/s以下，因此应该尽可能设计流速控制在较低的范围为好。例如，传热管长度6米、双管程、螺距30mm为例,管内流速0.8m/s时传热设备的总阻力为33K