RU157695U1

RU157695U1 - TESTING STAND FOR DETERMINING THE DEGREE OF HYDROPHOBICITY OF MATERIALS FOR PRODUCING PIPES AND REPAIR OF PIPELINES

Info

Publication number: RU157695U1
Application number: RU2015116301/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Орлов; Ирина Сергеевна Дежина; Евгений Владимирович Орлов; Илья Алексеевич Аверкеев
Original assignee: Владимир Александрович Орлов; Ирина Сергеевна Дежина; Евгений Владимирович Орлов; Илья Алексеевич Аверкеев
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2015-12-10

Abstract

1. Испытательный стенд по определению степени гидрофобности материалов для изготовления и ремонта трубопроводов, содержащий неподвижную раму, подвижную платформу с жёстко установленной на ней испытуемой поверхностью скольжения, жестко скреплёнными с неподвижной рамой фотокамерой фронтальной съёмки потока жидкости и пипеткой для дозирования жидкости в виде капель, систему регулирования и фиксации уклона плоскости скольжения, мерную ёмкость сбора и контроля объёма стекающей жидкости, отличающийся тем, что поверхность скольжения выполнена вогнутой криволинейной, а система фиксации уклона поверхности по уровням воды исполнена в виде жестко скреплённой конструкции подвижных сообщающихся прозрачных гибких трубок, мерных линеек, планки и винтовой стяжки.2. Испытательный стенд по п. 1, отличающийся тем, что вертикальность жёсткой конструкции сообщающихся трубок и мерных линеек обеспечена присоединённым к планке лазерным отвесом.3. Испытательный стенд по п. 1, отличающийся тем, что он снабжён дополнительной фотокамерой коаксиальной съёмки потока жидкости при её движении по криволинейной поверхности скольжения.1. A test bench for determining the degree of hydrophobicity of materials for the manufacture and repair of pipelines, containing a fixed frame, a movable platform with a tested sliding surface rigidly mounted on it, rigidly fastened to the fixed frame with a front-facing camera for liquid flow and a pipette for dispensing liquid in the form of drops, a system regulation and fixation of the slope of the sliding plane, the measured capacity of the collection and control of the volume of flowing liquid, characterized in that the sliding surface is Nena concave curved, and the system deviation surface fixation of the levels of water in the form of performed rigidly fastened structures moving transparent flexible communicating tubes dimensional arrays, strips and the helical styazhki.2. The test bench according to claim 1, characterized in that the verticality of the rigid structure of the communicating tubes and measuring rulers is provided by a laser plumb connected to the bar. 3. The test bench according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional camera for coaxial shooting of the fluid flow as it moves along a curved sliding surface.

Description

Полезная модель относится к области исследования и анализа строительных материалов, используемых в качестве труб или внутренних защитных покрытий трубопроводов путем определения их степени гидрофобности.The utility model relates to the field of research and analysis of building materials used as pipes or internal protective coatings of pipelines by determining their degree of hydrophobicity.

Известно устройство для определения поверхностного натяжения композиционных материалов, включающее регулируемую стойку под образец, дозатор, видеокамеру, морозильную камеру 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 отсутствие точной системы регулировки угла наклона стойки под образец, что отражается на качестве определения параметров поверхностного натяжения.A device for determining the surface tension of composite materials, including an adjustable stand for a sample, dispenser, video camera, freezer and equipment for processing the information received (RF patent No. 129642 for utility model "Device for determining the surface tension of composite materials at low temperatures", IPC G01M 13/02). The disadvantage of this device is the lack of an accurate system for adjusting the angle of inclination of the rack for the sample, which affects the quality of determining the parameters of surface tension.

Известно также устройство для определения в статическом и динамическом режимах поверхностного и межфазного натяжения жидкостей, а также для определения угла смачивания твердых поверхностей. Устройство содержит регулируемую поверхность под образец, дозатор жидкости и видеоустройства для фиксации положения капель (патент РФ №92860 на полезную модель «Портативное устройство для измерения углов смачивания поверхностей и поверхностного натяжения жидкостей, МПК C08J 7/00, 2010). Недостатком устройства является недостаточная точность измерений уклона регулируемой поверхности в связи с отсутствием приборов контроля ее уклона.A device is also known for determining in static and dynamic modes of surface and interfacial tension of liquids, as well as for determining the contact angle of solid surfaces. The device contains an adjustable surface for the sample, a liquid dispenser and a video device for fixing the position of the droplets (RF patent No. 92860 for utility model “Portable device for measuring the contact angles of surfaces and surface tension of liquids, IPC C08J 7/00, 2010). The disadvantage of this device is the insufficient accuracy of the slope of the adjustable surface due to the lack of instruments for monitoring its slope.

Наиболее близким к рассматриваемому из известных аналогов является устройство, позволяющее исследовать гидрофобность материалов путем исследования течения и отрыва капель с плоскости скольжения при изменении ее уклона (Sikarwar В., Khanderkar S., Muralidhar K. «Coalescence of pendant droplets on an inclined super-hydrophobic substrate». 7^th International Symposium on Multiphase Flow. Heat Mass Transfer and Conversion // Xi′ an. China. 26-30 October 2012, paper №MF-38, pp. 1-7). Устройство состоит из неподвижной рамы с закрепленной на ней подвижной плоской поверхностью скольжения и системой регулирования ее уклона, фотокамеры фронтальной съемки капли, пипетки для капельного дозирования жидкости на поверхность, в качестве которой используются различные материалы, обладающие гидрофобными свойствами, и емкости сбора капель.Closest to the considered of known analogues is a device that allows to study the hydrophobicity of materials by studying the flow and separation of droplets from the slip plane when its slope changes (Sikarwar B., Khanderkar S., Muralidhar K. “Coalescence of pendant droplets on an inclined super-hydrophobic substrate ”. 7 ^th International Symposium on Multiphase Flow. Heat Mass Transfer and Conversion // Xi'an. China. October 26-30, 2012, paper No. MF-38, pp. 1-7). The device consists of a fixed frame with a movable flat sliding surface fixed on it and a system for adjusting its slope, a frontal drop camera, a pipette for dropping dosing of liquid onto a surface, which uses various materials with hydrophobic properties, and droplet collection capacities.

Недостатком устройства является: узкий диапазон возможностей устройства для исследования динамики изменения геометрических размеров капель, а также сложностью определения гидравлических показателей образующегося на поверхности скольжения жидкостного потока по причине его спонтанного расползания по плоской поверхности; недостаточная достоверность результатов экспериментов по причине фиксации уклона поверхности скольжения путем определения угла ее наклона к горизонту механической системой, отличающейся относительно высокой степенью погрешности.The disadvantage of this device is: a narrow range of capabilities of the device for studying the dynamics of changes in the geometric dimensions of the droplets, as well as the difficulty in determining the hydraulic characteristics of the liquid flow formed on the sliding surface due to its spontaneous spreading over a flat surface; insufficient reliability of the experimental results due to the fixation of the slope of the sliding surface by determining the angle of its inclination to the horizon by a mechanical system, characterized by a relatively high degree of error.

Технической задачей предполагаемой полезной модели является: расширение диапазона возможностей устройства за счет изменения конфигурации поверхности скольжения и установки дополнительной фотокамеры коаксиальной съемки потока жидкости; повышение достоверности полученных результатов испытаний за счет совершенствования узла фиксации уклона поверхности скольжения.The technical task of the proposed utility model is: expanding the range of capabilities of the device by changing the configuration of the sliding surface and installing an additional camera for coaxial shooting of the fluid flow; increasing the reliability of the test results by improving the site of fixation of the slope of the sliding surface.

Решение такой задачи важно для различных отраслей техники, например, при определении степени гидрофобности стенок труб или потенциальных ремонтных покрытий трубопроводов, что позволяет осуществлять выбор из широкой гаммы ремонтных материалов такие, которые обладают наименьшими сопротивлениями движению потока жидкости и низкой степенью смачиваемости.The solution to this problem is important for various branches of technology, for example, in determining the degree of hydrophobicity of pipe walls or potential repair coatings of pipelines, which allows the selection of a wide range of repair materials, which have the least resistance to the movement of the fluid flow and a low degree of wettability.

Поставленная задача решена тем, что поверхность скольжения выполняют вогнутой криволинейной (в виде лотка) в целях образования потока жидкости по мере накопления критической массы капель на ее поверхности при соответствующем уклоне, а точную фиксацию уклона поверхности осуществляют системой в виде заполненной водой магистрали с сообщающимися гибкими прозрачными трубками, подвижных мерных линеек с планкой, винтовой стяжки и лазерного отвеса. Измерение геометрических характеристик потока и его гидравлических показателей осуществляют с помощью фотокамеры коаксиальной (вдоль лотка) съемки с последующим определением степени гидрофобности исследуемого материала.The problem is solved in that the sliding surface is made concave curvilinear (in the form of a tray) in order to form a fluid flow as a critical mass of droplets accumulate on its surface with an appropriate slope, and the exact fixation of the surface slope is carried out by a system in the form of a water-filled trunk with communicating flexible transparent tubes, movable measuring rulers with a level, a screw coupler and a laser plummet. The geometric characteristics of the flow and its hydraulic parameters are measured using a coaxial camera (along the tray), followed by a determination of the degree of hydrophobicity of the test material.

На чертежах в схематической форме показаны: фиг. 1 - испытательный стенд по определению степени гидрофобности материалов для изготовления и ремонта трубопроводов; фиг. 2 - имитация результатов коаксиальной (вдоль потока) микросъемки потока жидкости на криволинейной поверхности; фиг. 3 - имитация результатов фронтальной микросъемки потока жидкости на криволинейной поверхности;The drawings show in schematic form: FIG. 1 - test bench to determine the degree of hydrophobicity of materials for the manufacture and repair of pipelines; FIG. 2 - imitation of the results of coaxial (along the flow) micrograph of the fluid flow on a curved surface; FIG. 3 - simulation of the results of frontal micrographs of the fluid flow on a curved surface;

В состав испытательного стенда входят неподвижная рама (1), подвижная платформа (2) и жестко соединенная с ней вогнутая криволинейная (в виде лотка) поверхность скольжения (3) из испытуемого материала, жестко соединенные с рамой фотокамеры (4) и (5) соответственно фронтальной и коаксиальной съемки, а также пипетка (6) для дозирования капель жидкости, механический домкрат (7) для изменения уклона поверхности скольжения, система точной фиксации уклона в виде заполненной водой магистрали (8) с сообщающимися гибкими прозрачными трубками (9), подвижных мерных линеек (10) с планкой (11), винтовой стяжки (12) и лазерного отвеса (13), обеспечивающих вертикальное положение трубок и мерных линеек при изменении уклона поверхности скольжения. Крепление лазерного отвеса осуществлено к планке. В состав устройства входит мерная емкость (14) контроля объема стекающей жидкости.The test bench consists of a fixed frame (1), a movable platform (2) and a concave curved (tray-like) sliding surface (3) made of test material rigidly connected to it, rigidly connected to the camera frame (4) and (5), respectively frontal and coaxial surveys, as well as a pipette (6) for dispensing liquid droplets, a mechanical jack (7) to change the slope of the sliding surface, an accurate fixation system for the slope in the form of a water-filled line (8) with communicating flexible transparent tubes (9), movable measuring rulers (10) with a strap (11), a screw tie (12) and a laser plummet (13), ensuring the vertical position of the tubes and measuring rulers when changing the slope of the sliding surface. The laser plummet is attached to the bar. The device includes a measuring tank (14) for controlling the volume of flowing liquid.

Принцип работы состоит в том, что на имитирующую лоток трубы криволинейную поверхность при устанавливаемых уклонах с помощью пипетки дозируют капли воды до образования критической массы, начинающей движение вдоль лотка. При движении потока соответствующими фотокамерами фиксируют его фронт (высоту слоя H от вершины потока до горизонтальной плоскости и высоту слоя h от горизонтальной плоскости до низа лотка) и геометрические размеры (ширину a и длину l движущейся массы воды) при различных вариантах уклона i. Уклон криволинейной поверхности создают механическим домкратом, фиксируют по уровню воды в сообщающихся трубках мерными линейками, передвижение которых обеспечивают вращением (натяжением или ослаблением) винтовой стяжки, а вертикальность контролируют лазерным отвесом. Контроль объема стекающей с криволинейной поверхности жидкости осуществляют мерной емкостью. По окончании процесса производят оценку степени относительной гидрофобности исследуемой поверхности, увязывая воедино значения полученных гидравлических, геометрических параметров потока жидкости и уклонов поверхности.The principle of operation is that drops of water are pipetted onto a curved surface imitating a pipe tray with installed slopes using a pipette to form a critical mass that begins to move along the tray. When the stream moves with appropriate cameras, its front (layer height H from the top of the stream to the horizontal plane and layer height h from the horizontal plane to the bottom of the tray) and geometric dimensions (width a and length l of the moving mass of water) are recorded for various slope i. The slope of the curved surface is created by a mechanical jack, fixed by the water level in the connected tubes with measuring lines, the movement of which is provided by rotation (tension or loosening) of the screw tie, and verticality is controlled by a laser plummet. The control of the volume of fluid flowing from the curved surface of the liquid is carried out by a measured capacity. At the end of the process, an assessment is made of the degree of relative hydrophobicity of the studied surface, linking together the values of the obtained hydraulic, geometric parameters of the fluid flow and surface slopes.

Таким образом, выполнение испытательного стенда в виде криволинейной поверхности и введение дополнительного оборудования позволяют исследовать процесс образования потока жидкости с точной оценкой степени гидрофобности поверхности скольжения жидкостного потока на испытуемом материале, который потенциально может использоваться для изготовления труб и защитных покрытий трубопроводов при проведении их ремонта.Thus, the implementation of a test bench in the form of a curved surface and the introduction of additional equipment allow us to study the process of formation of a fluid flow with an accurate assessment of the degree of hydrophobicity of the sliding surface of the fluid flow on the test material, which can potentially be used for the manufacture of pipes and protective coatings for pipelines during repair.

Claims

1. A test bench for determining the degree of hydrophobicity of materials for the manufacture and repair of pipelines, containing a fixed frame, a movable platform with a tested sliding surface rigidly mounted on it, rigidly fastened to the fixed frame with a front-facing camera for liquid flow and a pipette for dispensing liquid in the form of drops, a system regulation and fixation of the slope of the sliding plane, the measured capacity of the collection and control of the volume of flowing liquid, characterized in that the sliding surface is Nena concave curved, and the system deviation surface fixation of the levels of water in the form of performed rigidly fastened structures moving transparent flexible communicating tubes dimensional arrays, strips and the turnbuckle.

2. The test bench according to claim 1, characterized in that the verticality of the rigid structure of the communicating tubes and measuring rulers is provided by a laser plumb connected to the bar.

3. The test bench according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional camera for coaxial shooting of the fluid flow as it moves along a curved sliding surface.