RU2646559C2

RU2646559C2 - Laboratory installation for hydraulic studies

Info

Publication number: RU2646559C2
Application number: RU2016121959A
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Попов
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2018-03-05
Also published as: RU2016121959A

Abstract

FIELD: training.

SUBSTANCE: invention relates to devices for training during laboratory work on the course "Hydraulics". It consists of a pressure tank with a water supply, a water meter, a piezometer-level gauge made of a transparent tube, water outlets made directly in the shield-shutter, whose axis of rotation is located with some eccentricity relative to the large main loop in the front wall of the pressure tank. Holes in the shutter-plate are located on one circle so that when the shutter-plate rotates around the axis, the centers of the water outlets coincide with the center of the large loop in the wall of the pressure tank. To avoid leakage during the experiment and during rotation of the shutter-plate, a seal is provided in the form of a cuff-torus inserted into the circular groove located on the outside of the large loop. Proper bearing of the shutter-plate to the cuff is provided by an axis-bolt with plates, a spring and a screw.

EFFECT: implementation of the invention will save time, water consumption, obtained from centralized water supply, or electrical energy in laboratory circulating water supply by means of pumps.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для обучения по инженерному курсу «Гидравлика», в частности по изучению истечения воды из напорного бака при различных водовыпускных отверстиях.The invention relates to devices for training in the engineering course "Hydraulics", in particular for studying the outflow of water from a pressure tank at various water outlets.

Известны устройства для проведения подобных исследований, состоящие из напорного бака, водоподводящей трубы с краном для регулирования подачи воды, водомерного устройства, пьезометра-уровнемера из прозрачной трубки со шкалой, подключенного к баку в виде сообщающегося сосуда, предназначенного для измерения напора над центром водовыпускных отверстий, монтируемых с внешней стороны напорного бака в одном месте для соблюдения одинаковых условий при подходе воды к месту истечения.Known devices for conducting such studies, consisting of a pressure tank, a water supply pipe with a tap for regulating the water supply, a water meter, a piezometer-level meter from a transparent tube with a scale connected to the tank in the form of a communicating vessel designed to measure the pressure above the center of the water outlet, mounted on the outside of the pressure tank in one place to comply with the same conditions when approaching water to the place of flow.

Такие устройства имеются в гидравлической лаборатории Петербургского политехнического университета и Воронежского архитектурно-строительного университета.Such devices are available in the hydraulic laboratory of the Petersburg Polytechnic University and the Voronezh University of Architecture and Civil Engineering.

Недостатком таких устройств является то, что для замены одного водовыпускающего отверстия другим приходится прекращать подачу воды в напорный бак, опорожнять его до уровня ниже водовыпускного отверстия, демонтировать исследуемое и монтировать новое. Чаще всего главное отверстие в стенке бака, в которое монтируется исследуемое, перекрывается изнутри различными заглушками или затвором, чтобы с целью экономии воды не опорожнять бак до нужного уровня. Однако при этом приходится прекращать подачу воды на установку, закрывая кран при водоснабжении из внешнего водопровода, либо выключать электродвигатель насоса при оборотном лабораторном водоснабжении после закрытия того же крана.The disadvantage of such devices is that to replace one water outlet with another, you have to stop the water supply to the pressure tank, empty it to a level below the water outlet, dismantle the test and mount a new one. Most often, the main hole in the tank wall into which the test is mounted is blocked from the inside by various plugs or a shutter, so as not to empty the tank to the desired level in order to save water. However, in this case, it is necessary to stop the water supply to the installation, closing the tap when supplying water from an external water supply, or turn off the pump motor when turning the laboratory water supply after closing the same tap.

В любом случае приходится нарушать режим течения воды, который не так просто установить регулировкой краном даже вручную. Кроме того, эти установки не позволяют визуально наблюдать за изменением напоров в баке (колебаниями уровней) при быстрой смене водовыпускных отверстий.In any case, it is necessary to disrupt the flow of water, which is not so easy to set by adjusting the tap even manually. In addition, these installations do not allow to visually observe the change in pressure in the tank (level fluctuations) during quick change of water outlets.

Цель изобретения - оценка пропускной способности водовыпускных отверстий без ее определения по изменению напора или уровня воды в напорном баке. Технический результат, обеспечиваемый изобретением - быстрая смена одного исследуемого отверстия другим, не прекращая подачу воды в напорный бак, т.е. не нарушая режим течения, и визуальное наблюдение за уменьшением напора в одном случае и повышением его в другом. Кроме того, простота изготовления устройства. В Борисоглебском филиале Воронежского ГАСУ оно изготовлено из обычного ящика от списанного компьютера с добавлением лицевой прозрачной стенки, на которой смонтирован подвижный щит-затвор с исследуемыми отверстиями.The purpose of the invention is to assess the throughput of water outlets without determining it by changing the pressure or water level in the pressure tank. The technical result provided by the invention is a quick change of one test hole to another, without stopping the flow of water into the pressure tank, i.e. without violating the flow regime, and visual observation of a decrease in pressure in one case and an increase in it in another. In addition, the ease of manufacture of the device. In the Borisoglebsky branch of the Voronezh State Administrative University, it is made of a conventional box from a decommissioned computer with the addition of a transparent front wall, on which a movable shield-shutter with the holes to be mounted is mounted.

Наряду с техническим результатом можно получить экономический, уменьшив либо количество воды на эксперимент при использовании воды из внешнего водопровода, либо количество электрической энергии при оборотном лабораторном водоснабжении, а все опыты провести в короткое время.Along with the technical result, it is possible to obtain an economic one by reducing either the amount of water per experiment when using water from an external water supply, or the amount of electric energy with reverse laboratory water supply, and conduct all experiments in a short time.

При необходимости можно определить пропускную способность отверстий с помощью водомерного устройства.If necessary, you can determine the throughput of the holes using a water-measuring device.

Опытным путем было установлено и теоретически обосновано, что пропускная способность отверстия с коротким насадком при одном и том же напоре оказывается на 30% больше, чем отверстия в тонкой стенке того же диаметра. А это означает, что один и тот же расход через отверстие с насадком может быть пропущен при напоре, в 1,7 раза меньшем. Такое колебание напоров нетрудно заметить по шкале пьезометра-уровнемера.It was experimentally established and theoretically justified that the throughput of a hole with a short nozzle at the same pressure is 30% greater than the hole in a thin wall of the same diameter. This means that the same flow rate through the hole with the nozzle can be passed at a pressure 1.7 times lower. Such a pressure fluctuation is not difficult to notice on the scale of the piezometer-level gauge.

Достигается упомянутое выше тем, что все исследуемые водовыпуски выполнены на одном щите-затворе по одной окружности с расстояниями один от другого, достаточными для перекрытия большого отверстия в стенке бака. При этом ось вращения щита-затвора со всеми водовыпусками находится вне большого отверстия с некоторым эксцентриситетом. Смена одного отверстия другим осуществляется поворотом щита-затвора на некоторый угол. При трех отверстиях - через 120°.This is achieved by the fact that all the studied outlets are made on one shield-shutter along one circle with distances from one another sufficient to cover a large hole in the tank wall. In this case, the axis of rotation of the shield-shutter with all outlets is outside a large hole with some eccentricity. Change of one hole by another is carried out by turning the shield-shutter at a certain angle. With three holes - through 120 °.

Во избежание утечки воды из-под щита-затвора при опытах или смене водовыпускных отверстий предусматривается уплотнительная манжета (например, в виде резинового тора 6), укладываемая в канавку, выполненную в стенке бака вокруг главного отверстия и прижимаемая к стенке бака щитом-затвором с помощью болта, пружины, шайб и гайки.To avoid leakage of water from under the shutter shield during experiments or when changing water outlets, a sealing collar is provided (for example, in the form of a rubber torus 6), placed in a groove made in the tank wall around the main hole and pressed against the tank wall with a shutter shield using bolts, springs, washers and nuts.

На фиг. 1 показана стенка бака 1, главное отверстие 2, канавка для уплотнительной манжеты 3, центр-ось вращения 4 щита-затвора 5 и пунктиром показано положение щита-затвора с одним из водовыпускных отверстий, совмещенных с отверстием в стенке бака по центру.In FIG. 1 shows the wall of the tank 1, the main hole 2, the groove for the sealing sleeve 3, the center-axis of rotation 4 of the shutter-shield 5 and the dotted line shows the position of the shutter-shield with one of the water outlets aligned with the hole in the center of the tank wall.

На фиг. 2 показан щит-затвор с вариантами исследуемых отверстий и рычагом для вращения щита-затвора.In FIG. 2 shows a shutter shield with options for the holes being examined and a lever for rotating the shutter shield.

На фиг. 3 показано сечение А-В-С на фиг. 1 с деталями крепления щита-затвора к стенке бака.In FIG. 3 shows a section ABC in FIG. 1 with parts for attaching the shutter-shield to the tank wall.

Щит-затвор 5 крепится к баку с помощью болта 7, являющегося осью вращения щита-затвора, и прижимается к уплотнительному резиновому кольцу-манжете 6 с помощью шайб 8, пружины 9 и гайки 10. Болт 7 - ось вращения щита-затвора для жесткости и герметизации приваривается к стенке бака с внутренней стороны.The shutter-shield 5 is attached to the tank with a bolt 7, which is the axis of rotation of the shutter-shield, and is pressed against the sealing rubber ring-cuff 6 using washers 8, a spring 9 and a nut 10. Bolt 7 is the axis of rotation of the shutter-shield for rigidity and sealing is welded to the tank wall from the inside.

В лабораториях исследуются отверстия в тонкой стенке и отверстие в виде короткого насадка того же внутреннего диаметра, что и диаметр отверстия в тонкой стенке для количественной и качественной оценки их работы. Третье отверстие в тонкой стенке в виде квадрата используется для наблюдения инверсии (деформации) поперечного сечения струи по мере удаления ее от стенки: у стенки площадь поперечного сечения в виде квадрата, в месте падения - крестообразной формы.In laboratories, holes in a thin wall and a hole in the form of a short nozzle of the same internal diameter as the diameter of the hole in a thin wall are studied for quantitative and qualitative assessment of their work. The third hole in the thin wall in the form of a square is used to observe the inversion (deformation) of the cross section of the jet as it moves away from the wall: the wall has a cross-sectional area in the form of a square, and in the place of incidence it is cross-shaped.

Т.к. пропускная способность отверстия в тонкой стенке меньше, чем отверстия с коротким насадком, начинать опыты, видимо, следует с отверстием в тонкой стенке. Для этого устанавливают расход воды таким образом, чтобы уровень воды в напорном баке был бы несколько ниже верха напорного бака. При этом расходомером определяют количество воды (объем воды в единицу времени) и отмечают по шкале пьезометра действующий напор. После этого с помощью рычага поворачивают щит-затвор, совмещая короткий насадок с отверстием в стенке бака. Сразу же после этого начинается понижение горизонта воды в баке, т.е. уменьшение напора.Because the throughput of a hole in a thin wall is less than that of a hole with a short nozzle; experiments should apparently begin with a hole in a thin wall. To do this, set the water flow rate so that the water level in the pressure tank is slightly lower than the top of the pressure tank. In this case, the flowmeter determines the amount of water (water volume per unit time) and the effective pressure is noted on the piezometer scale. After that, with the help of the lever, the shutter-shield is turned, combining a short nozzle with an opening in the tank wall. Immediately after this, the lowering of the water horizon in the tank begins, i.e. pressure reduction.

При обратном повороте щита-затвора на прежнее место начинается повышение уровня в напорном баке до ранее установленного. Все это можно провести в короткое время.When the shutter-shield is turned back to the previous place, the level in the pressure tank rises to the previously set level. All this can be done in a short time.

Для наблюдения за инверсией (деформацией) струи, вытекающей из квадратного (или иного многоугольного) отверстия, следует рычагом совместить нужное отверстие с отверстием в стенке бака.To observe the inversion (deformation) of the jet flowing from a square (or other polygonal) hole, use the lever to combine the desired hole with the hole in the tank wall.

Claims

A device designed to study water outlets, consisting of a pressure tank, a water supply connected to it, a measuring device for determining the amount of water flowing out of the pressure tank through the test hole, a piezometer-gauge for determining the pressure above the center of the water outlet and water outlets mounted on the shield a shutter with the possibility of rotation of the latter relative to the main hole in the tank wall, pressed against the cuff-seal in the form of a ring located in the groove around the main hole, with the help of an axle bolt, washers, springs and nuts to prevent water leakage past the test holes both during research and when changing them when the shutter-shield is rotated to the desired angle (with 3 holes - 120 °), without stopping the water supply to the installation.