ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД

Область техники.
Полезная модель относится к машиностроению, а именно к измерительной и испытательной технике, и предназначено для проведения паспортизации, проверки качества изготовления возбудителей кавитации, для изучения и определения оптимальных режимных параметров образуемых ими струйных потоков. Предшествующий уровень техники.
Известно устройство для измерения давления, содержащее грузопоршневой манометр и помещенную на поршень площадку для воздействия давления (см., например, Кулаков М.В. «Технологические измерения и приборы для химических производств», М., Машиностроение, 1974 г., с.136-139).
Однако это устройство не позволяет провести исследования и измерения давления струйных потоков на преграду.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является гидродинамический стенд для определения параметров струйного потока, истекающего из возбудителя кавитации, содержащий испытательную камеру со смотровыми окнами, измерителем давления и регулируемым вентилем слива жидкости, в верхней крышке этой
8
камеры установлен снабженный устройством вертикального перемещения держатель возбудителя кавитации, соединенный с высоконапорным насосом, в нижней крышке размещена на поршне грузопоршневого манометра площадка для установки на ней преграды (см., например, авт. свид. СССР, М. Кл. G 01 L 7/16, №1337690 от 1986 г.).
Однако, это устройство не позволяет провести комплексное исследование и испытания для паспортизации, проверки качества изготовления сопловых насадок и возбудителей кавитации, для изучения и определения оптимальных режимных параметров образуемых ими струйных потоков.
Раскрытие изобретения.
С целью устранения указанных недостатков и для увеличения эффективности использования возбудителя кавитации в качестве рабочего инструмента в различных устройствах, применяемых для гидрокавитационной очистки поверхностей от накипи, отложений и наслоений в гидродинамическом стенде для определения параметров струйного потока, истекающего из возбудителя кавитации, содержащем испытательную камеру со смотровыми окнами, измерителем давления и регулируемым вентилем слива жидкости, причем в верхней крышке этой камеры установлен снабженный устройством вертикального перемещения держатель возбудителя кавитации, соединенный с высоконапорным насосом, в нижней крышке размещена на поршне грузопоршневого манометра площадка для установки на ней преграды, по полезной модели держатель возбудителя кавитации выполнен в виде успокоителя потока жидкости, представляющего собой камеру создания входного давления с лабиринтной системой подводящих и отводящих
трубок, закрепленных в перфорированных перегородках, площадка для установки преграды снабжена, по крайней мере, двумя гнездами для установки сменных преград и выполнена с возможностью ее вращения вокруг оси поршня до поочередного совпадения оси каждого гнезда с осью возбудителя кавитации.
Для расширения возможностей предложенной полезной модели в испытательной камере на ее нижней крышке установлен снабженный устройством перемещения в горизонтальной плоскости датчик полного давления Пито-Прандтля.
Для повышения точности работы и получения достоверных результатов испытаний на входе успокоителя установлен сглаживающий колебания давления гидроаккумулятор-компенсатор.
Краткое описание фигур чертежей.
На фиг.1 представлена измерительная схема гидравлического стенда, на фиг.2 - гидравлическая схема стенда, на фиг.3 - устройство испытательной камеры.
Лучший вариант осуществления изобретения. Гидродинамический стенд для определения параметров струйного потока 1, истекающего из возбудителя кавитации, в данном случае сопловой насадки 2, содержит испытательную камеру 3 со смотровыми окнами 4. Количество смотровых окон определяется удобством наблюдения за процессами, проходящими в испытательной камере 3. По крайней мере, одно окно 5 предназначено для смены сопловой насадки 2. Для установки окон в корпусе 6 камеры 3 выполнены штуцеры (патрубки) 7. Данное устройство имеет четыре штуцера и, соответственно, столько же окон. В верхней крышке 8 камеры 3 установлен с возможностью вертикального перемещения по оси камеры
вх
к
держатель 9 возбудителя кавитации (сопловой насадки 2). Между держателем 9 и крышкой 8 находится уплотнение 10. Держатель 9 выполнен в виде успокоителя потока жидкости и представляет собой камеру создания входного давления с верхней 11 и нижней 12 пробками и лабиринтной системой подводящих 13 и отводящей 14 трубок, закрепленных в перфорированных и/или сетчатых перегородках 15. Держатель 9 соединен с высоконапорным насосом 16. На входе в успокоитель потока жидкости (держатель 9) установлены также манометр 17 для измерения входного давления Р. и гидроаккумулятор-компенсатор 18 для сглаживания колебаний входного давления, для регулировки входного давления предусмотрен входной вентиль 19. Измерение давления Р в испытательной камере производится манометром 20, а для регулировки этого давления предусмотрены вентиль 21 и регулируемый вентиль 22 слива жидкости. С помощью вентиля 22 создаются условия для проведения в испытательной камере исследований процессов при затопленных струйных потоках. Подводящие трубки 13 через каналы в верхней пробке 11 подсоединены к линии высоконапорного насоса 16, а на конце отводящей трубки 14 в нижней пробке 12 установлена сопловая насадка 2. В нижней крышке 23 размещена на поршне 24 грузопоршневого манометра площадка 25 для установки на ней сменных преград (образцов) 26. Контроль за положением преграды осуществляют датчиком 27 индуктивности с мультиметром 28. Площадка 25 для установки сменных преград 26 снабжена, по крайней мере, двумя гнездами для размещения в них эталонных и исследуемых преград и выполнена с возможностью ее вращения вокруг оси поршня 24. В нашем случае площадка 25 выполнена в виде вращающегося стола 29, закрепленного на валу 30 и
имеющего восемь гнезд для установки в них сменных преград. Вал 30 закреплен в крышке 23 с помощью втулки 31 и уплотнения 32. На валу 30 установлено храповое колесо 33 с рычагом 34, с помощью которых вращается стол 29. Вращение организовано так, чтобы ось каждого гнезда могла поочередно совпасть с осью сопловой насадки 2. Для определения гидродинамических характеристик и нахождения оптимальных параметров затопленных и незатопленных струйных потоков в камере 3 на нижней крышке 23 установлен снабженный устройством его перемещения в горизонтальной плоскости датчик Пито-Прандтля (на чертеже не показан). Силу F струи (величину силового воздействия струйного потока на преграду) измеряют образцовым манометром 35, установленным на втором поршне 36 грузопоршневого манометра. Давление от преграды 26 передается по трубопроводам 37 и 38.
Держатель 9 (успокоитель потока жидкости) для изменения расстояния между сопловой насадкой и сменной преградой снабжен устройством его вертикального перемещения в испытательной камере, выполненным в виде электродвигателя 39, коробки передач 40, соединенным через муфту 41 с валом 42 зубчатого колеса 43, которое передает вращение зубчатому колесу 44, вращение которого приводит к вертикальному перемещению держателя 9.
Устройство работает следующим образом.
Вода из бака 45 плунжерным насосом 16 подается в успокоитель 9, внутри которого находятся перфорированные диски и далее истекает в виде струйного потока 1 в камеру 3 из соплового насадка 2 и трубку 14. Колебания давления в истекающем потоке сглаживаются
компенсатором 18. Из соплового насадка 2 струйный поток истекает в камеру 3 и далее уходит в канализацию 46.
Регулировка входного давления в системе соплового насадка выполняется вентилем 19, а давления в камере вентилем 21. Контроль, за входным давлением осуществляется манометром 17, а давление в камере контролируется манометром 20. Растекание струйного потока осуществляется по преграде 26, установленной на столе 29.
Паспортизация сопловых насадок осуществляется системами измерения силы давления струи на преграду, измерения и определения изменения гидродинамических характеристик в затопленных суперкавитационных потоках, выявление оптимальных гидродинамических параметров максимальной кавитационно-эрозионной разрушающей способности затопленных струйных потоков истекающих из возбудителей суперкавитации.
Измерение силы давления струи на преграду осуществляется системой, которая работает следующим образом. Давление воды, поступающей из насоса 16, контролируется манометром 17. Затем вода поступает в успокоитель 9 и истекает в камеру 3 в виде струйного потока. Давление воды в камере контролируется манометром 20. Из успокоителя 9 вода проходит сопловую насадку 2 и струйным потоком 1 воздействует на преграду 26 передавая давление на поршень 24. Контроль, за положением преграды 26 осуществляется датчиком индуктивности 27 соединенным линией 47 с мультиметром 28.
Сила давления струйного потока, измеряется в килограммах силы (кгс) с помощью образцового манометра 35 и поршня 36 путем передачи давления по трубопроводам 37 и 38. Фиксация расстояния между
сопловой насадкой 2 и преградой в камере осуществляется устройством вертикального перемещения успокоителя 9.
Паспортизация осуществляется следующим образом. Сопловая насадка 2, которую необходимо проверить, вворачивается в успокоитель 9 снизу через съемное окно 5. Окно закрывается. Включается насос, который подает воду к сопловой насадке 2. Струйный поток, истекающий из сопловой насадки 2, оказывает силовое воздействие на преграду 26, фиксируемое с помощью образцового поршневого манометра 35, а положение преграды контролируется мультиметром 28. Величину силового воздействия струйного потока, истекающего из испытуемой сопловой насадки замеряют с помощью образцового манометра 35. Изменяя параметры входного давления и давления в камере, определяют изменение силы давления струи и по полученным результатам строят графики зависимости:
вх
к
2
2
где F - сила струи, кгс; Р - входное давление (давление на срезе сопловой насадки или возбудителя кавитации), кгс/см; Р - давление в камере универсальной установки, кгс/см
Для определения изменения гидродинамических характеристик и нахождения оптимальных параметров затопленных и незатопленных струйных потоков используют непосредственно камеру 3 и приспособление, которое монтируется на нижней крышке 23 камеры 3 (на чертеже не показано). Приспособление состоит из датчика в виде трубки Пито-Прандтля и устройства для его перемещения в горизонтальной плоскости. Отбор давления с датчика трубки Пито-Прандтля осуществляется через гибкий шланг и контролируется
манометром, расположенным на щите управления (на чертеже не показан).
По полученным результатам строят графики зависимости:
0
- динамического давления  в струйном потоке равного - (отношению квадрата скорости и потока к ускорению g свободного падения), зависящего от  относительного расстояния от сопловой насадки до преграды, где l - расстояние от сопловой насадки до преграды; d -наименьший внутренний диаметр сопловой насадки).
к
н.n.
- статического давления  в струйном потоке равного  где Р - давление в камере универсальной установки; Р - давление насыщенных паров.
В систему для выявления оптимальных гидродинамических параметров максимальной кавитационно-эрозионной разрушающей способности затопленных струйных потоков истекающих из возбудителей суперкавитации входит сама камера и приспособление, которое крепится на крышке 23, камеры 3. Конструкция приспособления позволяет производить последовательный ввод испытываемых образцов (сменных преград) в зону действия струи на фиксированный период времени. Образцы 26 устанавливаются в восемь посадочных мест на диске 29, закрепленном на валу 30. Вращение храпового колеса 33, которое соединено с рычагом 34, передается на вал 30. Храповое колесо имеет 16 зубьев при 8 рабочих положениях
рабочего стола 29, поэтому смена образца 26 (размещение его под сопловой насадкой 2) происходит при проходе при вращении храпового колеса на два зуба. Приспособление крепится на нижней крышке 23 с помощью втулки 31 и гайки 48. Герметизация вала 26 осуществляется уплотнением 32.
Проводя сравнительный анализ силового воздействия изменения гидродинамических характеристик испытуемого соплового насадка или возбудителя кавитации с эталонным, судят об их качестве и их возможностях оказывать как силовое, так и кавитационное воздействие на конкретную преграду.
Полученные характеристики позволяют определить диапазон использования изготовленных сопловых насадок или возбудителей кавитации в диапазоне их максимального кавитационно-эрозионного воздействия для осуществления разрушения материалов наслоений, краски или обрастании.
Промышленная применимость. Универсальность конструкции испытательной установки, позволяет определять в широком диапазоне изменения гидродинамических параметров струйного потока, истекающего из сопловых насадок и возбудителей кавитации, подбирать за счет изменения конструкции их элементов и качества изготовления оптимальные их рабочие параметры. Тем самым была увеличила эффективность использования этих сопловых насадок и возбудителей кавитации в качестве рабочего инструмента в различных устройствах применяемых для гидрокавитационной очистки поверхностей от накипи, отложений и наслоений.