СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к литейному производству, в частности к стендам для исследования литниковых систем.
Известен стенд для исследования литниковых систем (Рабинович Б.В. "Введение в литейную гидравлику". - М.: Машиностроение, 1966. - С. 335). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, коллектора и питателей. Все элементы стенда выполнены из прозрачной пластмассы. Стояк имеет круглое поперечное сечение и выполнен сужающимся книзу. Коллектор имеет трапецеидальное поперечное сечение и плоскую крышку. В коллекторе прорезаны питатели трапецеидального поперечного сечения.
Недостатком стенда является то, что его можно использовать для исследований только одной простой литниковой системы - L-образной, и нельзя применять при исследовании сложных литниковых систем, таких как кольцевая, разветвленная, комбинированная и крестовинная. Размеры коллектора и питателей можно менять, только изготовив новый стенд. Изготовить участки коллектора разных внутренних диаметров невозможно. Кроме того, в этой литниковой системе не измеряются напоры жидкости в разных сечениях системы.
Известен также стенд для исследования кольцевых литниковых систем (патент на полезную модель №114894 от 5.12.2011 "Стенд для исследования литниковых систем"). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, переходника, соединительных трубок, поворотников, сменных модулей, пьезометров в стояке и соединительных трубках, соединение всех элементов между собой произведено за счет посадок без использования резьбы и уплотнительных прокладок. Стояк выполнен круглого поперечного сечения. Сменный модуль представляет собой часть коллектора и питатель.
Количество сменных модулей и расстояние между ними можно менять, заглушая промежуточные сменные модули или добавляя соединительные трубки.
Недостатком стенда является то, что его нельзя применять при исследовании кольцевой литниковой системы, в которой происходит слияние потоков жидкости. Расчету такие литниковые системы не поддаются, так как уравнение Бернулли выведено для потока с неизменным расходом, т.е. для литниковой системы с одним питателем, в которой нет ни деления, ни слияния потоков. А в кольцевой литниковой системе происходит деление потока на выходе из стояка в коллектор (часто на неравные части) и раздача потока по питателям. Причем в некоторые питатели поступление жидкости происходит с двух противоположных сторон, то есть идет слияние потоков.
Признаки известного стенда, являющиеся общими с признаками предлагаемого стенда, - литниковая чаша, стояк, переходник, соединительные трубки, поворотники, сменные модули, выполненные в виде части коллектора с питателем, пьезометры, установленные в стояке и соединительных трубках.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, - создание стенда, позволяющего исследовать кольцевую литниковую систему, в которой происходит слияние потоков жидкости.
Поставленная задача решена за счет того, что известный стенд для исследования кольцевых литниковых систем, содержащий соединенные между собой посредством посадок без резьбы и уплотнительных прокладок литниковую чашу, стояк, переходник, соединительные трубки, поворотники, сменные модули, выполненные в виде части коллектора с питателем, и пьезометры, установленные в стояке и соединительных трубках, дополнительно содержит тройники и дополнительный сменный модуль, размещенный между параллельными линиями системы, при этом с каждой стороны дополнительного сменного модуля расположена соединительная трубка, входящая другим концом в отверстие в тройнике, расположенное перпендикулярно сквозному отверстию тройника для прохождения потока жидкости в линии системы.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - стенд дополнительно содержит тройники и дополнительный сменный модуль, размещенный между параллельными линиями системы, при этом с каждой стороны дополнительного сменного модуля расположена соединительная трубка, входящая другим концом в отверстие в тройнике, расположенное перпендикулярно сквозному отверстию тройника для прохождения потока жидкости в линии системы.
На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стенда для исследования кольцевых литниковых систем, на фиг. 2-7 - чертежи стояка, переходника, соединительной трубки, поворотника, сменного модуля, тройника, на фиг. 8 - фотография изготовленного стенда. На фиг. 9 показан стенд с фиг. 1 с обозначениями номеров сечений коллектора.
Стенд (фиг. 1) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, соединительных трубок 4, поворотников 5, сменных модулей 6, тройников 7, пьезометров 8. Для слива излишек жидкости в литниковой чаше 1 прорезана щель 9. Поворотники 5 осуществляют поворот потока жидкости на 90°. Пьезометры 8 установлены в стояке 2 и в соединительных трубках 4. Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров) изготовлены из стали. Соединение элементов стенда произведено за счет посадок без резьбы и уплотнительных прокладок. В переходнике 3, поворотниках 5, сменных модулях 6 и тройниках 7 пазы под соединительные трубки 4 выполняются разверткой, а наружный диаметр соединительных трубок 4 выполняется с расчетом получения скользящей посадки соединения соединительных трубок 4 с переходником 3, поворотниками 5, сменными модулями 6 и тройниками 7 - для предотвращения утечки воды. Элементы стенда просты в изготовлении, а сборка стенда не вызывает затруднений. Напор в системе Н - расстояние по вертикали от уровня металла в литниковой чаше 1 до продольных осей переходника 3, соединительных трубок 4, поворотников 5, сменных модулей 6 и тройников 7 - поддерживался постоянным путем непрерывного доливания жидкости в чашу 1 и слива ее избытков через щель 9. Расстояние между сменными модулями можно менять, не включая какие-то промежуточные сменные модули или добавляя соединительные трубки.
Был изготовлен опытный стенд (фиг. 8). Внутренний диаметр чаши 1 составляет 272 мм, а напор в системе Н равняется 363 мм и поддерживается постоянным. Внутренний диаметр стояка - 24,08 мм. Расстояние между сменными модулями - 124 мм. Внутренний диаметр переходника 3, соединительных трубок 4, поворотников 5, сменных модулей 6 и тройников 7 был равен 16,03 мм. Внутренний диаметр питателей сменных модулей 6 составляет 9,03 мм.
Все элементы стенда (кроме стеклянных пьезометров 8) изготовлены из стали. В стояке 2 и в соединительных трубках 4 установлены пьезометры 8 - стеклянные трубочки длиной 370 мм с внутренним диаметром 5 мм, причем установленные в стояке 2 пьезометры 8 изогнуты на 90°.
Стенд можно собирать из сменных модулей 6 с разными диаметрами коллекторов, или с разными диаметрами питателей, или с разными диаметрами коллекторов и питателей сменных модулей 6.
2
1
2
Стенд для исследования кольцевых литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой, открывают необходимое количество питателей, измеряют высоту (напор) столба жидкости в пьезометрах стояка и соединительных трубок металлической линейкой и определяют объем W вылившейся из каждого сменного модуля жидкости в отдельную емкость за определенное время τ. Затем определяют скорость воды ν в питателе каждого сменного модуля по формуле: ν=W/Sτ, где S - площадь сечения питателя сменного модуля, м. Расход воды в питателе находят по формуле: Q=νS. Расход воды в литниковой системе определяют путем суммирования расходов воды из всех работающих питателей. Результаты опытов приведены в табл. 1 и 2. Расположение питателей I, II, III, IV, V и VI (табл. 1) показано на фиг. 9. В табл. 2 напор H соответствует напору жидкости в сечении 1-1 литниковой системы на фиг. 9, напор Н - напору в сечении 2-2 и т.д.
Как следует из табл. 1, в предлагаемом стенде при работе только одного питателя - I, II, III или IV на фиг. 9 - скорости жидкости в них практически одинаковые, хотя они находятся на разных расстояниях от стояка. При работе нескольких питателей скорости в дальних от стояка питателях выше, чем в ближних.
При работе, например, питателей I, II и III при слиянии потоков из сечений 4-4 и 5-5 в сечении 6-6 напор в сечении 4-4 равен 218 мм, в сечении 5-5 - 214 мм, а в сечении 6-6 - 113 мм, в 2 раза меньше (см. табл. 2 и фиг. 9). Хотя ожидалось, что он должен был увеличиться.
Как видно, удалось исследовать работу кольцевой литниковой системы при разном количестве питателей, измерить скорости, расходы и напоры жидкости в пьезометрах при делении и слиянии потоков жидкости. То есть цель создания полезной модели достигнута.
Благодаря полученным экспериментальным результатам удалось использовать уравнение Бернулли при расчетах кольцевых литниковых систем, ранее не поддававшихся расчету.