Лабораторно-исследовательский стенд водно-воздушного режима работы самотечной системы водоотведения

Полезная модель относится к учебному и лабораторно-исследовательскому оборудованию в области водоснабжения и канализации и может найти применение при анализе эффективности организации нагнетательной системы вентиляции с целью выноса вредных газовых компонентов из подсводного пространства самотечных канализационных трубопроводов с последующим моделированием для реальных условий эксплуатации трубопроводных сетей.
Из уровня техники известен лабораторно-исследовательский стенд (RU 148634 U1, опубл. 10.12.2014), помимо прочего включающий раму, на которой размещена столешница из прозрачного материала, смонтированную на раме приемную прозрачную емкость, в которой установлен насос, соединяющийся напорным трубопроводом с нижней частью прозрачной накопительной емкости, установленной на столешнице. В нижней части приемной емкости вмонтированы трубопровод с открытым концом для слива жидкости, который сообщает накопительную емкость с приемной емкостью, и устройство для демонстрации второго свойства гидростатического давления.
Наиболее близким решением является лабораторно-исследовательский стенд (RU 101827 U1, опубл. 27.01.2011), который включает два трубопровода для подачи горячей и холодной воды соответственно с установленными на них запорными вентилями, ротаметрами, расходомерами и штуцерами для присоединения санитарно-технического оборудования, к сливным отверстиям которых подведен водоотводящий трубопровод, связанный с канализационной сетью. Известный стенд позволяет исследовать и испытывать санитарно-техническую арматуру и устройства для систем внутреннего водоснабжения и канализации зданий.
Известные решения не позволяют исследовать эффективность работы приточной и нагнетательной системы вентиляции для выноса вредных газовых компонентов из подсводного пространства самотечных канализационных трубопроводов и систем водоотведения.
Задачей полезной модели является создание лабораторного стенда для исследования водно-воздушного режима работы самотечной системы водоотведения с возможностью определения гидравлических и аэродинамических параметров потоков соответственно жидкости и воздуха в самотечном трубопроводе при искусственной системе нагнетания воздуха в подсводное пространство трубопровода. Лабораторно-исследовательский стенд должен обладать возможностью определения базовых показателей эффективности работы водоотводящей сети по нейтрализации или разбавлению до предельно допустимых концентраций вредных газовых компонентов: скорости и расхода нагнетаемого воздуха в подсводное пространство в зависимости от скоростей течения воды и наполнений в трубопроводе, а также процентов выхода воздуха из трубопроводной системы через имитаторы стояка, колодца и т.д.
Технический результат состоит в реализации исследования водно-воздушного режима работы самотечного трубопровода системы водоотведения.
Указанный результат достигается тем, что лабораторно-исследовательский стенд водно-воздушного режима работы самотечной системы водоотведения содержит столешницу, закрепленный и горизонтально расположенный на ней прозрачный трубопровод с отметками уровня жидкости и выполненный с одним открытым концом, соединенную с другим его концом накопительную емкостью, а также выполненные на трубопроводе имитатор люка смотрового колодца, к которому посредством воздуховода подключен компрессор, и оборудованные стационарными анемометрами имитаторы технологических лазов, и имитатор канализационного стояка.
Как правило, на трубопроводе выполнены три имитатора технологических лазов.
За счет выполнения лабораторно-исследовательского стенда в описанной конфигурации возможно определение в самотечном трубопроводе гидравлических и аэродинамических параметров потоков жидкости и воздуха соответственно.
Полезная модель поясняется с помощью фиг. 1, на которой показан чертеж (вид сверху) испытательного стенда по исследованию водно-воздушного режима самотечного трубопровода по предпочтительному варианту осуществления.
Лабораторно-исследовательский стенд водно-воздушного режима работы самотечной системы водоотведения (фиг. 1) включает столешницу 1, неподвижно расположенную на опорах, и прозрачный самотечный трубопровод 2, закрепленный на столешнице 1 горизонтально (без уклона) и снабженный отметками уровня жидкости для отслеживания величин наполнения движущейся в нем воды.
Один конец трубопровода 2 выполнен открытым для слива жидкости, например, в приемную емкость 4, а другой соединен с накопительной емкостью 3, например, через резиновый гофрированный патрубок. Емкости 3 и 4 могут быть оборудованы системами подвода жидкости от водопроводной сети и ее отвода в канализацию соответственно. Через приемную емкость 4, как правило, осуществляется измерение расхода воды.
На прозрачном трубопроводе 2 также выполнены имитатор люка смотрового колодца 7, имитаторы технологических лазов (8-10) и имитатор канализационного стояка 11. В предпочтительном примере осуществления полезной модели, показанном на фиг. 1, выполнено три имитатора технологических лазов 8, 9, 10.
Имитатор люка смотрового колодца 7 может быть выполнен в виде короткого патрубка из полиэтиленовой трубы, через который пропущен и герметично закреплен в подсводном пространстве вблизи свода трубопровода воздуховод 6.
Имитаторы технологических лазов 8-10 также могут быть выполнены в виде коротких патрубков, а имитатор стояка 11 – в виде прозрачного вертикально установленного полимерного трубопровода.
Компрессор 5 подведен к имитатору люка смотрового колодца 7 посредством воздуховода 6 и необходим для нагнетания воздуха с целью имитации нагнетательной вентиляции подсводного пространства самотечного трубопровода 2 при соответствующем наполнении его водой.
Для определения аэродинамических параметров потоков выводимого из подсводного пространства трубопровода 2 воздуха, таких как скорость и расход, имитаторы лазов 8-10 и стояка 11 оборудованы жестко закрепленными на них стационарными анемометрами 12, 13, 14 и 15 соответственно.
Компрессор 5, вышеуказанные имитаторы 8-11 с анемометрами 12-15 и трубопровод 2 с отметками уровня жидкости позволяют провести анализ эффективности вентилирования подсводного пространства при назначаемом воздухообмене в самотечных трубопроводах водоотводящих сетей за счет определения скорости и расхода нагнетаемого воздуха в подсводное пространство в зависимости от скоростей течения воды и наполнений в трубопроводе 2, а также процентов выхода воздуха из трубопровода 2 через имитаторы 8-11.
Далее пояснен принцип работы лабораторно-исследовательского стенда, реализованного по показанному на фиг. 1 примеру осуществления.
При устанавливаемых наполнениях, фиксируемых по отметкам на теле прозрачного трубопровода 2, в него подают жидкость из накопительной емкости 3, расход которой определяют объемным методом в приемной емкости 4. При движении потока жидкости в подсводное пространство самотечного трубопровода 2 нагнетают воздух из компрессора 5 с различной интенсивностью. При этом посредством анемометров 12-15 фиксируют скорости (расходы) воздуха в трех точках 8, 9 и 10 на трубопроводе 2 и в верхней части стояка 11.
На базе полученных результатов по определению гидравлических и аэродинамических показателей производят анализ эффективности воздухообмена в подсводном пространстве трубопровода 2 при различных наполнениях жидкости в виде процента поступающего в трубопроводную систему воздуха через имитатор люка смотрового колодца 7 и удаляемого из нее воздуха через имитатор стояка 11 и технологический имитатор лаза 9. Имитаторы технологических лазов 8 и 10 служат контрольными точками фиксации скоростей воздуха в подсводном пространстве трубопровода 2.
Ниже в таблице 1 дана выборочная информация по водно-воздушному режиму работы самотечной системы водоотведения, полученная в результате десяти проведенных экспериментов на лабораторно-исследовательском стенде.
Таблица 1. Информация по водно-воздушному режиму по результатамэкспериментов на лабораторно-исследовательском стенде
Номеропыта
Скорость воздуха V, м/с, в трубе d=0,046 м / Расход Q, м<sup>3</sup>/сут, воздухав имитаторе лаза (8)
Скорость воздуха V<sub>к</sub>, м/с, в имитаторе (7) колодца d=0,009 м / Расход Q<sub>к</sub>, м<sup>3</sup>/сут, воздуха / % от расхода в имитаторе лаза (8)
Скорость воздуха V<sub>к</sub>, м/с, в имитаторе (11) стояка d=0,009 м/Расход Q<sub>к</sub>, м<sup>3</sup>/сут, воздуха / % от расхода в имитаторе лаза (8)
Наполнение в <i>h/d </i>трубе d=0,046 м
1
0,22 / 23,87
0,09 / 0,494 / 2,07
0,03 / 0,165 / 0,69
0,3
2
0,36 / 39,06
0,12 / 0,541 / 1,308
0,06 / 0,329 / 0,84
0,2
3
0,52 / 56,42
0,13 / 0,715 / 1,27
0,07 / 0,384 / 0,68
0,3
4
0,78 / 84,64
0,22 / 1,14 / 1,32
0,08 / 0,439 / 0,52
0,3
5
0,17 / 23,12
0,07 / 0,38 / 1,64
0,04 / 0,219 / 0,947
0,1
6
0,53 / 72,147
0,17 / 0,934 / 1,294
0,07 / 0,385 / 0,534
0,1
7
0,82 / 111,55
0,27 / 1,483 / 1,32
0,09 / 0,494 / 0,443
0,1
8
0,73 / 90,31
0,25 / 1/373 / 1,52
0,09 / 0,494 / 0,545
0,2
9
0,18 / 19,53
0.08 / 0,439 / 2,25
0,03 / 0,165 / 0,845
0,3
10
0,25 / 27,19
0,08 / 0,439 / 1,615
0,04 / 0,219 / 0,805
0,4
Полученные на испытательном стенде результаты могут быть использованы для последующего гидравлического и аэродинамического моделирования (масштабирования) в целях выявления оптимальных вариантов воздухообмена в подсводном пространстве действующих и эксплуатируемых в городских условиях самотечных трубопроводов.
Таким образом, выполнение предложенного стенда позволяет исследовать водно-воздушный режим работы самотечного трубопровода в целях выявления наибольшей эффективности работы имитатора канализационного стояка по удалению вредных для здоровья людей газов в широком диапазоне наполнений в трубопроводе, расходов воды и интенсивности воздухообмена.