СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 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. Стояк делается круглого поперечного сечения и сужающимся книзу.
Недостатком стенда является то, что он не позволяет измерять напоры жидкости в стояке и коллекторе литниковой системы, а без измерения напоров невозможно создание и теории расчета, и конструирование литниковых систем.
Известен также стенд для исследования литниковых систем (патент на полезную модель №92817 от 08.12.2009 "Стенд для исследования литниковых систем"). Стенд состоит из литниковой чаши, стояка, переходника, составного коллектора в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, стеклянных трубок в коллекторе, устройства для измерения напора жидкости в стояке. Стояк выполнен круглого поперечного сечения. Количество питателей можно изменять от 1 до 20, а расстояние между ними можно менять, заглушая промежуточные питатели.
3
Недостатком стенда является то, что он не позволяет измерять напоры жидкости в стояке, когда давление в жидкости становится меньше атмосферного. Измерение напоров в коллекторе производится с помощью стеклянных трубок, устанавливаемых вертикально в специальные углубления в стенке коллектора. Наличие в стеклянной трубке столба жидкости высотой h свидетельствует о том, что в данном сечении коллектора давление выше атмосферного на величину γh, где γ - удельный вес жидкости, Н/м. Устройство для измерения напора жидкости в стояке состоит из державки и стеклянной трубки. Стальная державка устанавливается по скользящей посадке в стенку стояка безо всякого крепления. Пока давление в стояке больше атмосферного, его определение не вызывает затруднений. Если в стеклянной трубке есть столб жидкости высотой h (отсчитываемый от горизонтальной оси державки), то в данном сечении стояка давление выше атмосферного на величину - γh. По мере роста расхода в литниковой системе за счет увеличения количества одновременно работающих питателей давление жидкости в стояке - сверх атмосферного - становится все меньше и меньше. Когда оно будет ниже атмосферного, в стеклянной трубке не будет жидкости, а только воздух, который начнет засасываться в жидкость, движущуюся в стояке. Образуется газовоздушная смесь, и дальнейшие исследования литниковой системы становятся невозможными.
Признаки известного стенда, являющиеся общими с признаками предлагаемого стенда, - литниковая чаша, стояк, переходник, составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, стеклянные трубки в коллекторе, устройство для измерения напора жидкости в стояке.
Задача изобретения - создание стенда, позволяющего определять в стояке величину давления жидкости, когда оно меньше атмосферного.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном стенде для исследования литниковых систем, включающем литниковую чашу, стояк, переходник, составной коллектор в виде сменных модулей с питателями и соединительных трубок, стеклянные трубки в коллекторе и устройство для измерения напора жидкости в стояке, устройство для измерения напора жидкости в стояке выполнено в виде державки, опоры, установленной ниже державки, вертикального канала, одним концом установленного по скользящей посадке в державке, а другим в опоре, и стеклянной трубки, вертикально установленной на опоре.
Признаки заявляемого решения, отличительные от прототипа, -устройство для измерения напора жидкости в стояке выполнено в виде державки, опоры, установленной ниже державки, вертикального канала, одним концом установленного по скользящей посадке в державке, а другим в опоре, и стеклянной трубки, вертикально установленной на опоре.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют определять давления жидкости в стояке, меньшие атмосферного, то есть достичь цели полезной модели.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого стенда для исследования литниковых систем, на фиг.2, 3 и 4 - чертежи державки, вертикального канала и опоры. На фиг.5 приведена фотография изготовленного стенда в момент измерения напора жидкости в стояке, когда давление жидкости в стояке меньше атмосферного.
Стенд (фиг.1) состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, переходника 3, составного коллектора в виде сменных модулей с питателями 4 и соединительных трубок 5, стеклянных трубок 6, державки 7, вертикального канала 8, опоры 9. В литейной чаше 1 выполнена прорезь 10. Напор в системе Н - расстояние по вертикали от уровня жидкости в литниковой чаше 1 до продольных осей соединительных трубок 5 и питателей сменных модулей 4 поддерживается постоянным путем непрерывного доливания жидкости в литниковую чашу 1 и слива ее избытков через прорезь 10.
n
n
n
n
n
n
см
см
см
α
ч-д
см
см
см
д
д
д
3
2
2
2
Стенд для исследования литниковых систем работает следующим образом. Систему заполняют водой и после установления стабильного напора Н в чаше 1 определяют объем вылившейся из каждого питателя жидкости за определенное время. Вычисляют скорость жидкости в каждом питателе сменных модулей 4 по формуле: ν=W/τS, где W - объем вылившейся жидкости, м; τ - время истечения жидкости, с; S - площадь сечения внутреннего отверстия питателя сменного модуля 4, м. Расход жидкости из каждого питателя Q=νS расход во всей системе Q равен сумме расходов из работающих питателей. Скорость жидкости в стояке находим по формуле ν=Q/S, где S - площадь сечения стояка, м. Тогда расчетное давление жидкости в стояке в месте установки державки 7  где р - атмосферное давление, Н/м; Н - расстояние по вертикали от уровня жидкости в литниковой чаше 1 до продольной горизонтальной оси державки 7, м; α - коэффициент неравномерности распределения скорости по сечению потока (коэффициент Кориолиса); принимаем α=1,1; g - ускорение свободного падения, м/с; ζ - коэффициент местного сопротивления входа из чаши в стояк; λ - коэффициент потерь на трение; l - расстояние по вертикали от дна литниковой чаши (от верха стояка) до продольной горизонтальной оси державки 7, м; d - диаметр стояка, м. Экспериментальную величину напора h в стояке в месте крепления державки 7 (см. фиг.1) измеряют металлической линейкой - это расстояние по вертикали от уровня жидкости в стеклянной трубочке 6 до продольной горизонтальной оси державки 7, м. А давление в этом сечении стояка находят по формуле p=γh. Понятно, что в случае размещения уровня жидкости в стеклянной трубке выше продольной оси державки 7 давление выше атмосферного на величину p, а в противном случае - ниже атмосферного на величину p (столько не хватает до атмосферного давления). То есть создано универсальное измерительное устройство: можно определять давления и выше, и ниже атмосферного, не произведя смены устройства. Что удобно в экспериментальной деятельности.
ч-д
к
n
см
Был изготовлен опытный образец - стенд (фиг.5). Литниковая чаша 1 имеет внутренний диаметр 0,272 м и высоту 0,140 м. Расстояние Н от сечения в прорези 10 литниковой чаши 1 до продольных осей питателей сменных модулей 4 и соединительных трубок 5 составного коллектора составляет 0,363 м. Расстояние Р=0,134 м. Внутренний диаметр сменного модуля 4 и соединительной трубки 5 составного коллектора d=16,03 мм, внутренний диаметр питателя сменного модуля 4 d=9,03 мм, внутренний диаметр стояка 2 d=9,03 мм. Все элементы стенда изготовлены из стали, кроме стеклянных трубок. Элементы стенда просты в изготовлении, а сборка стенда не вызывает затруднений.
2
На фиг.5 хорошо видно, что напор в стояке в месте крепления державки 7 меньше атмосферного: уровень воды в стеклянной трубке 6 (левая стеклянная трубка) расположен ниже продольной горизонтальной оси державки 7, установленной в верхней части стояка 2. Опора 9 расположена ниже соединительной трубки 5. Высота жидкости в стеклянной трубке h равна 0,027, 0,177 и 0,211 м при работе соответственного одного, двух и трех питателей, что соответствует давлениям 2,7, 17,7 и 21,1 г/см. Это значит, что давления в стояке были меньше атмосферного на указанные величины давлений. И, следовательно, достигнута цель полезной модели - определены в стояке давления, меньшие атмосферного.
При фотографировании использовалась вода, подкрашенная марганцовкой.