Испытательный стенд по исследованию транспортирующей способности открытых лотков с различной текстурой внутренней поверхности

Полезная модель относится к области исследования и анализа эффективности транспортирующей способности потока в открытых лотках с различной текстурой их внутренней поверхности с помощью оптических средств.
Известно устройство для определения поверхностного натяжения композиционных материалов, включающее регулируемую стойку под образец, дозатор, узел видеосъемки и аппаратуру для обработки получаемой информации (патент РФ №129642 на полезную модель «Устройство для определения поверхностного натяжения композиционных материалов в условиях низких температур», МПК G01M 13/02). Недостатком устройства является несовершенство узла видеосъемки и регулирующих устройств, что отражается на качестве определения исследуемых параметров.
Известно устройство, позволяющее исследовать оптическими средствами гидрофобность материалов и их потенциальную транспортирующую способность на вогнутой криволинейной (в виде лотка) поверхности при соответствующем ее уклоне (патент РФ на полезную модель №157695 «Испытательный стенд по определению степени гидрофобности материалов для изготовления труб и ремонта трубопроводов», МПК G01N 13/00). Недостатком устройства является отсутствие регулирующего устройства для изменения параметра наполнения воды в лотке при постоянных скоростях ее течения.
Наиболее близким к рассматриваемому из известных аналогов является устройство по исследованию турбулентности и транспортирующей способности потока жидкости оптическими средствами в открытых лотках (патент РФ на полезную модель №176330 «Испытательный стенд по исследованию турбулентности и транспортирующей способности потока жидкости оптическими средствами в открытых лотках при различном рельефе их внутренней поверхности МПК G01B 9/00).
Устройство состоит из неподвижной рамы, подвижной платформы с жестко установленной на ней испытуемой плоскостью скольжения в виде желоба, жестко скрепленными с неподвижной рамой фотокамерами фронтальной и коаксиальной съемки потока жидкости, накопительную и приемную емкости для жидкости, систему регулирования и фиксации уклона желоба в виде заполненных водой магистрали с сообщающимися прозрачными гибкими трубками, системой мерных линеек, лазерного отвес и механического домкрата, установленными на неподвижной раме источником светового излучения и съемным сетчатым уловителем.
Недостатком устройства является узкий диапазон возможностей регулировки гидравлических параметров, что выражается в невозможности регулирования величины наполнения воды в желобе при стабильных диапазонах расходов (скоростей течения); отсутствие возможности эффективного отслеживания с помощью оптических средств транспортирующей способности потока по перемещению инородных включений (например, песка различного фракционного состава) при различной текстуре внутренней поверхности желоба.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является расширение диапазона возможностей устройства для определения гидравлических параметров потока и его транспортирующей способности.
Решение такой задачи важно для различных отраслей техники, например, при оптимизации рельефа внутренней поверхности безнапорных водоотводящих трубопроводов, где за счет обеспечения турбулентности потока повышается их транспортирующая способность.
Поставленная задача решена тем, что испытательный стенд снабжают устанавливаемыми в желобе трубными модулями в виде открытых лотков с различным рельефом внутренней поверхности и механическими домкратами, осуществляющими подъем (опускание) модулей для обеспечения требуемого наполнения. Кроме того, для фиксации наполнения устройство снабжают выдвижной мерной линейкой. Это позволяет эффективно отслеживать динамику гидравлических показателей и транспортирующую способность потока по выносу инородных включений в широких диапазонах наполнений при стабильных значениях скоростей течения воды.
На чертеже в схематической форме показаны: фиг. 1 - испытательный стенд по исследованию транспортирующей способности открытых лотков с различной текстурой внутренней поверхности.
В состав испытательного стенда входят неподвижная рама (1), подвижная платформа (2) с жестко соединенным желобом (3), соединенная с одного торца через резиновый гофрированный патрубок (4) с накопительной емкостью (5) для жидкости, а с другого торца со съемным сетчатым уловителем (6), устанавливаемый в желобе на малых механических домкратах (7) трубный модуль в виде открытого лотка (8) с соответствующей текстурой внутренней поверхности, жестко соединенные с неподвижной рамой фотокамеры (9) и (10) соответственно фронтальной и коаксиальной съемки, а также источник светового излучения (11), большой механический домкрат (12) для изменения уклона желоба, система точной фиксации уклона желоба в виде заполненных водой магистрали (13) с сообщающимися гибкими прозрачными трубками (14), жестко скрепленных с планкой (15) подвижных мерных линеек (16) и лазерного отвеса (17), обеспечивающих вертикальное положение трубок и мерных линеек при изменении уклона лотка. В состав устройства входит также жестко скрепленная с планкой выдвижная мерная линейка (18), приемная мерная емкость (19) сбора вытекающей жидкости. Подвод жидкости к емкости (5) производится от водопроводной сети, а опорожнение емкостей (5) и (19) в систему водоотведения осуществляется через соответствующие патрубки с задвижками.
Принцип работы состоит в том, что на лоток с определенным рельефом поверхности при устанавливаемых уклонах из емкости поступает жидкость, содержащая инородные включения. При движении потока включают источник светового излучения и при различных вариантах уклона лотка и трубного модуля соответствующими фотокамерами фиксируют его фронт (высоту слоя, наполнение), характер и геометрические размеры (длину, ширину и площадь зон турбулентности) на базе свето-теневого эффекта, создаваемого источником излучения на поверхности потока, производят анализ эффективности транспортирующей способности потока по выносу разнодисперсных инородных предметов в сетчатый уловитель на единицу площади или длины текстурированной поверхности. Уклон открытого лотка обеспечивают большим механическим домкратом и фиксируют по уровню воды в сообщающихся трубках мерными линейками. Подъем трубных модулей для обеспечения соответствующих наполнений производят синхронным вращением двух малых домкратов. Измерение глубины слоя воды в трубном модуле осуществляют с помощью выдвижной мерной линейки.
В период работы стенда с помощью фотокамер и выдвижной мерной линейки производят оценку эффективности образующихся при различном рельефе внутренней поверхности трубного модуля зон турбулентности, наполнении и соответствующую им степень транспортирующей способности на единицу площади или длины исследуемой рифленой поверхности путем сбора сетчатым уловителем присутствующих в жидкости инородных предметов различной степени дисперсности, увязывают воедино значения полученных гидравлических, геометрических параметров потока жидкости и уклонов желоба и трубных модулей при определенных расходах (скоростях) течения воды и наполнениях.
Таким образом, выполнение испытательного стенда позволяет исследовать эффективность процессов турбулизации потока жидкости на внутренней поверхности трубных модулей с различным рельефом в целях повышения транспортирующей способности потока, т.е. в приложении к трубопроводному транспорту предупреждения выпадения на лотковой части труб инородных предметов и эффективной их транспортировки в случае малых скоростей течения. Полученные на стенде результаты используются для выявления оптимальных вариантов выполнения структуры внутренних поверхностей труб или полимерных защитных покрытий трубопроводов, наносимых в период их бестраншейного ремонта.