СТЕНД ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ И ИЗУЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ В ОЧИСТНОМ СООРУЖЕНИИ

Предлагаемый стенд относится к учебной демонстрационной технике и может быть использован для демонстрации и визуального изучения характера движения потоков жидкости в изучаемом сооружении, предназначенном для очистки природных и сточных вод от нерастворенных оседающих и всплывающих примесей.
Из уровня техники известны учебно-лабораторные установки по гидравлике, которые выполнены в виде единого прозрачного герметичного корпуса. Например, учебно-лабораторная установка для исследования установившегося напорного течения жидкости по А.с. СССР на изобретение №1721326, учебно-лабораторное устройство для изучения свойств жидкости по свидетельству на полезную модель РФ №27172. Общим для этих устройств является то, что они имеют напорную и сливную емкости, разделенные перегородками внутри единого корпуса и соединенные каналами, выполненными в перегородках. Достоинством подобных лабораторных установок является простота конструкции, наглядность и удобство в демонстрации и изучении соответствующего материала. Они позволяют визуально наблюдать характер напорного течения жидкости, исследовать параметры напорного течения. Однако эти известные устройства не позволяют изучать гидродинамику потоков жидкости при ее очистке от нерастворенных примесей.
Известна установка для изучения работы сооружения для очистки природных
и сточных вод (Калицун В.И., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В., Алексеев Е.В. Лабораторный практикум по водоотведению и очистке сточных вод.-М.:
Стройиздат, 2001. - С.69), однако, она не позволяет визуально оценить характер и направление движения очищаемого потока жидкости внутри изучаемого устройства (модели горизонтального отстойника). Объясняется это тем, что в известной установке изучаемая модель отстойника, выполненная пространственно-объемной и предназначенная для изучения эффективности его работы не позволяет демонстрировать и визуально изучать характер потоков жидкости внутри него, а лишь позволяет оценить степень осветления жидкости от содержащихся в ней примесей при анализе от отобранных проб.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является учебно-лабораторная установка [там же, С.74], включающая циркуляционный насос, емкость жидкости, мерную емкость, модель изучаемого сооружения (модель вертикального отстойника с коническим днищем), выполненную масштабно-объемной в виде прозрачного корпуса с узлами ввода и отвода жидкости. Циркуляционный насос соединен трубопроводами с емкостью для жидкости и с мерной емкостью, которая в свою очередь через затворы сообщается с емкостью для жидкости. Коническая часть модели вертикального отстойника и его верхняя часть соединены перепускными трубопроводами с емкостью для жидкости. Установка позволяет оценить эффект осветления сточной воды в зависимости от времени осветления и скорости движения потока.
Недостатком данной установки является отсутствие возможности демонстрации потоков жидкости и визуального изучения гидродинамики потоков жидкости внутри модели изучаемого сооружения, обусловленное тем, что модель изучаемого очистного сооружения, выполненная объемной, не позволяет визуально изучать гидродинамику потоков жидкости внутри его. Кроме того, установка является технически сложной, поскольку содержит отдельную емкость для жидкости, мерную емкость и масштабную модель
изучаемого сооружения.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание возможности демонстрации и визуального изучения движения потоков жидкости внутри модели изучаемого очистного сооружения с одновременным упрощением конструкции установки.
Технический результат, позволяющий решить поставленную задачу, заключается в компоновке и размещении всех узлов устройства в одном герметичном корпусе.
Поставленная задача решается тем, что заявляемый стенд для демонстрации и изучения потоков жидкости в очистном сооружении, как и в прототипе, содержит прозрачную модель очистного сооружения с коническим днищем, емкость для жидкости, мерную емкость, циркуляционный насос, соединенный трубопроводами с мерной емкостью и емкостью для жидкости, водосборник, расположенный в верхней части модели очистного сооружения и перепускные трубопроводы, соединяющие днище модели и водосборник с емкостью для жидкости. В отличие от прототипа модель очистного сооружения с водосборником, емкость для жидкости, мерная емкость и перепускные трубопроводы расположены внутри единой полой плоской панели, при этом образованы и отделены друг от друга с помощью перегородок, выполненных в панели. В частных случаях прозрачная модель очистного сооружения может быть выполнена в центре панели и опущена в емкость для жидкости, а мерная емкость расположена в верхней части панели и соединена с моделью очистного сооружения. Для более наглядного представления в изучаемую жидкость могут быть добавлены мелкодисперсионные разноцветные частицы с плотностью больше плотности воды. Предлагаемая совокупность признаков позволяет создать компактный стенд небольших размеров для изучения гидродинамики потоков жидкости в очистном сооружении.
Выполнение стенда в виде плоской объемной панели малой толщины позволяет демонстрировать и визуально изучать движение потоков жидкости
внутри модели изучаемого сооружения. Расположение изучаемой модели, емкости для жидкости и мерной емкости внутри единой панели упрощает известную конструкцию стенда.
На рис.1 изображен предлагаемый стенд, включающий насос и соединенную с ним трубопроводами единую панель малой толщины, внутри которой расположена масштабная модель изучаемого сооружения, емкость для жидкости и мерная емкость.
Стенд содержит насос 1, панель 2, представляющую собой объемный резервуар малой толщины, внутри которого перегородками 3 отделены друг от друга емкость для жидкости 4, масштабная модель изучаемого очистного сооружения 5, и мерная емкость 6 с полупогружной перегородкой 7. Насос 1 трубопроводом 8 соединен с емкостью 4, а трубопроводом 9 с мерной емкостью 6. Емкость 4 и изучаемое очистное сооружение 5 заполнены жидкостью. Для наглядности демонстрации и изучения потоков жидкости в очистном сооружении 5 она содержит мелкодисперсные разноцветные частицы с плотностью больше плотности воды. Для сбора и отвода жидкости из сооружения 5 выполнен водосборник 10, установленный внутри сооружения 5 на уровне жидкости в нем, который посредством перепускного трубопровода 11 соединен с емкостью 4. Для отвода жидкости из конической части изучаемого сооружения 5 выполнен перепускной трубопровод 12. Для регулирования расхода перепускаемой по трубопроводу 12 жидкости он снабжен запорным винтом 13.
Возможно и иное выполнение стенда, не выходящее за рамки заявляемой полезной модели. Например, модель очистного сооружения и емкость для жидкости могут быть разнесены относительно друг друга, как в прототипе, но выполнены в уменьшенном масштабе. Однако, предложенный частный случай реализации полезной модели, представленной на чертеже, является оптимальным, поскольку все узлы устройства скомпонованы в одном месте, что улучшает зрительное восприятие движения жидкости в процессе ее очистки
и упрощает конструкцию стенда.
Принцип работы стенда. При включении в работу насоса 1 жидкость по трубопроводу 8 забирается из емкости 4 и по трубопроводу 9 подается в мерную емкость 6, из которой жидкость поступает в изучаемое сооружение 5. Мерная емкость 6 с полупогружной перегородкой 7 позволяет замерить расход жидкости, подаваемой в модель сооружения 5. Поскольку панель 2 выполнена весьма малой толщины, а модель очистного сооружения 5 является частью панели и выполнена прозрачной, создается возможность демонстрации и визуального наблюдения характера движения потоков жидкости в изучаемом сооружении 5. Благодаря наличию в жидкости мелкодисперсных разноцветных частиц с плотностью больше плотности воды создается возможность демонстрации и визуального наблюдения процесса осаждения из жидкости частиц, плотность которых больше плотности воды. Оседающие частицы скапливаются в нижней конической части изучаемого сооружения 5, откуда по перепускному трубопроводу 12 отводятся в емкость 4 за счет разницы уровней жидкости в сооружении 5 и емкости 4, при этом регулирование перепускаемого расхода жидкости с выделенными частицами осуществляется запорным винтом 13, установленным на трубопроводе 12. Подаваемая насосом 1 жидкость в изучаемое сооружение 5 собирается водосборником 10 и по перепускному трубопроводу 11 отводится в емкость жидкости 4.
Продолжительность работы стенда, т.е. продолжительность демонстрации и изучения характера движения потоков жидкости в сооружении не ограничена, поскольку жидкость непрерывно рециркулируется насосом 1, а именно, забирается из емкости 4, проходит мерную емкость 6, изучаемое сооружение 5 и вновь поступает в емкость 4, а оседающие в сооружении 5 частицы, плотность которых больше, чем плотность воды, перепускаются из сооружения 5 в емкость 4.