СТЕНД ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОФРИРОВАННЫХ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

Заявляемая полезная модель относится к экспериментальной гидравлике, а именно к оборудованию, предназначенному для гидравлических исследований гофрированных водопропускных труб. Устройство может быть использовано в лабораторных стендах для проведения гидравлических расчетов водопропускных сооружений.
Известно устройство для гидравлических исследований гофрированных водопропускных труб по пат. РФ №165562, МПК F15B 19/00 (2006.01), опубл. 20.10.2016, выполненное в виде открытого лотка с опорной стенкой с отверстием для оголовка гофрированной водопропускной трубы, при этом две боковые стенки, задняя стенка и дно соединены между собой с образованием расходной и приемной емкостей для воды.
Недостатком стенда является его ограниченные возможности из-за отсутствия средств контроля и измерения параметров, необходимых для гидравлических расчетов исследуемых объектов.
Известен стенд для гидравлических исследований моделей дорожных гофрированных водопропускных труб по пат. РФ №135031, МПК F15B 19/00 (2006.01), опубл. 27.11.2013. Устройство содержит опорную металлическую раму с расходной и приемной емкостями, выполненными из оргстекла, герметично присоединенную к ним модель исследуемой дорожной гофрированной водопропускной трубы с пьезометрами, установленными вдоль трубы и гидравлически подключенными к ее нижней части, при этом труба выполнена из прозрачного стеклопластика.
Для обеспечения требуемого расхода воды в стенде предусмотрены насосы насосной станции. При проведении испытаний трубы одновременно с включением насосов открывают кран, при этом вода поступает в расходную емкость, имитирующую водосборный лоток, из которого без напора поступает в модель дорожной гофрированной водопропускной трубы, расположенной на направляющих с положительным продольным уклоном и, вытекая из трубы, попадает в приемную емкость. Из известных решений описанное устройство по технической сущности является наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели.
Недостатком прототипа по сравнению с предлагаемым устройством является его ограниченные возможности, т.к. описанный стенд предназначен для гидравлических исследований относительно легких гофрированных труб с небольшими геометрическими размерами, а для испытаний металлических гофрированных изделий средних и больших размеров неприемлем. Кроме того в стенде не предусмотрено средств, позволяющих изменять режимы и условия эксплуатации исследуемых труб и в зависимости от этого производить оценку водопропускных свойств объекта.
Предлагаемое техническое решение позволяет расширить возможности стенда в области гидравлических исследований.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: стенд для гидравлических исследований гофрированных водопропускных труб, (содержащий, как и прототип, расходную и приемные емкости, установленный со стороны расходной емкости щит с отверстием для размещения оголовка испытуемой трубы, с возможностью установки последней с уклоном, набор пьезометров, выполненных с возможностью равномерной установки вдоль дна испытуемой трубы,) в отличие от прототипа выполнен в виде открытого лотка, на дне которого установлено устройство изменения и фиксации уклона испытуемой трубы, а в расходной емкости лотка расположен расходомер, при этом показания расходомера и пьезометров вынесены на наружные поверхности боковых стенок лотка. Для обеспечения равномерного движения воды щит удален от стенки расходной емкости на расстояние успокоительного участка. Для уменьшения успокоительного участка в отверстии щита со стороны расходной емкости установлены струенаправляющие палы.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Гофрированные трубы по многим эксплуатационным показателям значительно превосходят технически гладкие изделия, поэтому в последнее время они все активнее заменяют бетонные конструкции в сооружениях, предназначенных для пропуска поверхностных вод под насыпями автомобильных и железных дорог. Вместе с тем при установке водопропускных сооружений с применением гофрированных труб следует учитывать гидрологические особенности местности, где предполагается их использование. В этой связи перед проектированием сооружений обязательным является выполнение расчетов гидравлических характеристик проектируемых объектов, влияющих на водопропускные способности сооружения. Возможность получения указанного технического результата осуществляется с помощью предлагаемой полезной модели, представляющей собой устройство, элементы которого находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи. Заявляемый стенд содержит средства, позволяющие моделировать реальную гидрологическую обстановку места установки исследуемой грубы и производить с учетом ее изменений гидравлические расчеты объекта.
Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача - расширение возможностей стенда в области гидравлических исследований гофрированных водопропускных труб - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность заявляемой полезной модели поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 дано схематическое изображение стенда.
Стенд для гидравлических исследований гофрированных водопропускных труб представляет собой открытый лоток 1, изготовленный из металлического профиля. Со стороны расходной емкости 2 в лотке 1 закреплен щит 3, перекрывающий поток воды в лотке. В щите 3 выполнено отверстие 4 для герметичной установки оголовка исследуемой гофрированной трубы 5. Нижняя кромка отверстия 4 находится на высоте, обеспечивающей необходимый уклон трубы. На дне лотка закреплено устройство изменения и фиксации уклона 6, выполненное, например, в виде домкрата. В устройстве 6 размещают кромку конечного (выходного) сечения трубы 5. На боковой стенке лотка закреплен набор пьезометров 7, свободный конец которых выполнен с возможностью равномерной гидравлической установки вдоль нижней части исследуемой трубы 5. Пьезометры показывают глубину потока и осуществляют контроль его движения вдоль оси трубы. В расходной емкости 2 установлен треугольный расходомер 8. Для обеспечения плавного входа потока в трубу и равномерного характера движения воды, на входе лотка перед щитом стенда предусмотрен успокоительный участок. Для уменьшения длины успокоительного участка через отверстие 4 на трубу 5 устанавливают струенаправляющие палы 9.
max
Гидравлические исследования проводились в открытом лотке на стальной спиральновитой трубе длиной L 10 м, диаметром D 500 мм, размерами гофра 68×13 мм. Максимальный уклон трубы i составил 0,03. Нижняя кромка отверстия 4 располагалась на отметке 30 см от дна лотка. Нижняя кромка конечного (выходного) сечения трубы при уклоне i=0,03 устанавливалась в нижней точке домкрата 6. Для моделирования потока с меньшими уклонами i конечная часть трубы 5 поднималась домкратом 6 на нужную высоту. В отношении исследуемой трубы производились расчеты коэффициента шероховатости с использованием формулы Маннинга,  вводные параметры которой определялись по результатам гидравлических исследований.
0
0
3
2
При проведении испытаний в лоток 1 насосами подавалась вода, регулированием расхода которой устанавливался равномерный поток с нормальной глубиной h=0,4r (степень заполнения ). Равномерность движения потока контролировалась по отметкам пьезометров 7. После установления равномерного характера течения воды в трубе расходомером 8 производились замеры расхода воды Q в м/с и пьезометрами 7 - замеры нормальной глубины потока h в мм. Показания приборов 7 и 8 в цифровом виде подавались на вычислительное устройство, с помощью которого рассчитывались гидравлические характеристи-ки сечения трубы (ω - площадь живого сечения потока, м; χ - смоченный периметр, м;  - гидравлический радиус живого сечения, м); и далее по формуле Маннинга определялся коэффициент шероховатости.
0
0
0
Изменением расхода воды устанавливались различные значения нормальной глубины потока: h=0,8r - степень заполнения  h=l,2r - степень заполнения  h=1,6r - степень заполнения  Подъемом выходного (концевого) участка трубы, входной оголовок которой оставался на установленной ранее отметке, производилось изменение уклона трубы. Например, для создания уклона i=0,02, нижняя кромка концевого участка устанавливалась на отметке 100 мм от дна лотка, для i=0,01 - на отметке 200 мм. Для каждого уклона выполнялись расчеты, описанные выше.
Полезная модель была создана специалистами кафедры гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в ходе научно-исследовательских работ. Стенд был успешно апробирован на модели руслового лотка, установленного в гидротехнической лаборатории имени профессора В.Е. Тимонова Университета. Изложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».