Патент на изобретение №2316949

(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КАПЕЛЬНИЦ, ВСТРОЕННЫХ В ПОЛОСТИ ГИБКОГО ПОЛИВНОГО ТРУБОПРОВОДА

(57) Реферат:

Изобретение относится к стендовому оборудованию для проведения исследований работы капельниц различных конструкций, как встроенных в полости гибкого, поливного трубопровода, так и фиксируемых на его поверхности. Установка включает раму с закрепленными на ней резервуаром и баком. Бак гидравлически соединен с резервуаром двухпозиционным краном и формирователем капель. Формирователь капель образован установленными в резервуаре двумя параллельными штангами. На штангах оппозитно и попарно размещены ниппели. На ниппелях посредством заходных поверхностей смонтированы концы гибких поливных трубопроводов. Каждый фрагмент гибкого поливного трубопровода имеет, по крайней мере, одну капельницу. Водовыпускное отверстие гибкого поливного трубопровода обращено вниз, в сторону донной части резервуара. Концы каждого гибкого поливного трубопровода зафиксированы на резьбовых участках ниппелей. Установка снабжена фиксатором отпечатков формы и размера капель. Фиксатор размеров и формы капель выполнен в виде установленной под формирователем капель водопроницаемой ленты. Привод движущейся водопроницаемой ленты синхронизирован с расходом испытуемых капельниц в полостях гибких поливных трубопроводов. Водопроницаемая лента смонтирована на сматывающей и разматывающей бобинах. Бобины размещены с возможностью вращения на приводных валах. Приводной вал каждой бобины смонтирован на боковой стенке резервуара посредством опорных подшипников и кронштейнов. Синхронный привод сматывающей и разматывающей бобин выполнен в виде каната, свободно размещенного на шкивах, смонтированных на концах валов бобин. Один конец каната снабжен емкостью для заполнения сыпучим балластом. Другой конец каната соединен с цилиндром для перемещения водопроницаемой ленты синхронно с количеством падающих капель из испытуемых капельниц. Крайнее нижнее положение емкости с сыпучим балластом ограничено опорной площадкой. Цилиндр снабжен мембраной. Мембрана установлена над водовыпускным отверстием в донной части цилиндра. Крайнее нижнее положение цилиндра ограничено опорной площадкой с водозаборной емкостью. Водозаборная емкость гидравлически соединена с баком. В центре площадки размещена игла для отвода мембраны от водовыпускного отверстия цилиндра. Полость цилиндра периодически заполняется водой, поступающей от второй, параллельной первой, штанги через двухпозиционный кран и трубопровод. Резервуар размещен на раме над баком и емкость бака в 3-4 раза больше емкости резервуара. Бак снабжен термометром, ареометром и трубчатым электрическим нагревателем для изменения температуры воды. Приводной вал сматывающей бобины выполнен полым и в его полости установлен трубчатый электрический нагреватель. Каждый вал бобины снабжен зубчатым колесом, взаимодействующим с подпружиненным храповиком. Установка обеспечит при проведении большой серии опытов снижение затрат труда и времени, высокую достоверность полученных результатов исследований в широком диапазоне фиксируемых конструктивных и технологических параметров. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к стендовому оборудованию для проведения исследований работы капельниц различных конструкций, как встроенных в полости гибкого поливного трубопровода, так и фиксируемых на его поверхности.

Известная лабораторная дождевальная установка, включающая станину с закрепленным на ней резервуаром, перемещаемую раму и тележку с формирователем капель в виде набора объемных игл, механизм возвратно-поступательного перемещения тележки с грузовым, тросовым приводом, в которой с целью повышения КПД и эксплуатационной надежности механизм перемещения тележки снабжен устройством автоматического управления, выполненным в виде бака с поплавком, гидравлически соединенным с резервуаром, при этом поплавок кинематически связан с формирователем капель и грузовым приводом, а устройство автоматического управления снабжено двухпозиционным краном с подпружиненным курковым затвором, кинематически связанным с поплавком (SU, авторское свидетельство №1517851. А1. М. кл.⁴

К недостаткам описанной лабораторной дождевальной установки, принятой нами в качестве наиближайшего аналога, относятся ограниченные функциональные возможности, невозможность получения достоверных экспериментальных данных работы капельниц, сложность замены испытуемых капельниц.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, – получение достоверных экспериментальных данных для построения расходных характеристик капельниц, встроенных в полости гибких поливных трубопроводов, в зависимости от давления воды в сети, ее температуры и плотности, содержания взвесей и минерализации, диаметра поливного трубопровода, толщины его стенки, особенностей конструкций капельниц, диаметров водовыпускных отверстий и др.

Технический результат – снижение затрат труда и времени на проведение каждой серии опытов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке для проведения лабораторных исследований, преимущественно капельниц, встроенных в полость гибкого поливного трубопровода, включающей раму с закрепленными на ней резервуаром и баком, гидравлически соединенным с резервуаром двухпозиционным краном и формирователем капель, согласно изобретению формирователь капель образован установленными в резервуаре двумя параллельными штангами, оппозитно и попарно размещенными на них ниппелями, смонтированными на заходных поверхностях концами гибких поливных трубопроводов, имеющих, по крайней мере, одну встроенную в полости гибкого поливного трубопровода капельницу, и обращенным вниз водовыпускным отверстием, концы каждого гибкого трубопровода зафиксированы накидными гайками на резьбовых участках ниппелей, и она снабжена фиксатором отпечатков формы и размера капель, выполненным в виде установленной под формирователем капель водопроницаемой ленты, привод которой синхронизирован с расходом испытуемых капельниц в полостях гибких поливных трубопроводов; водопроницаемая лента смонтирована на сматывающей и разматывающей бобинах, размещенных с возможностью вращения на приводных валах; приводной вал каждой бобины смонтирован на боковой стенке резервуара посредством опорных подшипников и кронштейнов; синхронный привод сматывающей и разматывающей бобин выполнен в виде каната, свободно размещенного на шкивах, смонтированных на концах валов бобин, при этом один конец каната снабжен емкостью для заполнения сыпучим балластом, а другой конец упомянутого каната связан с цилиндром, заполняемым водой для перемещения водопроницаемой ленты синхронно с количеством падающих капель из испытуемых капельниц; крайнее нижнее положение емкости с сыпучим балластом ограничено опорной площадкой; цилиндр, заполняемый водой, снабжен мембраной, установленной над водовыпускным отверстием в донной части цилиндра; крайнее нижнее положение цилиндра, заполняемого водой, ограничено опорной площадкой с водозаборной емкостью, гидравлически соединенной с баком, при этом в центре площадки размещена игла для отвода мембраны от водовыпускного отверстия цилиндра; полость цилиндра периодически заполняется водой, поступающей от второй, параллельной первой, штанги через двухпозиционный кран и трубопровод; резервуар размещен на раме над баком и емкость бака в 3-4 раза больше емкости резервуара; бак снабжен термометром, ареометром, трубчатым электрическим нагревателем для изменения температуры воды; приводной вал сматывающей бобины выполнен полым и в его полости установлен трубчатый электрический нагреватель; каждый вал бобины снабжен зубчатым колесом, взаимодействующим с подпружиненным храповиком; ось храповика и его упругий элемент размещены на кронштейне; сматывающая бобина снабжена фиксатором конца ленты.

Изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 изображена установка для проведения лабораторных исследований, преимущественно капельниц, встроенных в полости гибкого поливного трубопровода, вид сбоку.

На фиг.2 – то же, вид в плане.

На фиг.3 – сечение А-А на фиг.2, поперечно-вертикальный разрез установки в плоскости размещения одной из испытуемых капельниц в полости гибкого трубопровода, смонтирован над водопроницаемой лентой для фиксации формы и размера капель.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Установка для проведения лабораторных исследований, преимущественно капельниц, встроенных в полость гибкого поливного трубопровода, включает раму 1 и бак. Бак 3 гидравлически соединен с резервуаром 2 двухпозиционным краном 4 и формирователем 5 капель воды.

Формирователь 5 капель воды образован установленными в резервуаре 2 двумя параллельными штангами 6 и 7. На штангах 6 и 7 оппозитно и попарно размещены ниппели 8. Ниппели 8 имеют заходные усеченные полые конусы и резьбовые участки для навинчивания фасонных накидных гаек 9. На заходных поверхностях ниппелей 8 смонтированы концы гибких поливных трубопроводов 10, имеющие, по крайней мере, одну встроенную в полости гибкого поливного трубопровода капельницу 11. В стенке поливного трубопровода 10 под капельницей 11 выполнено обращенное вниз водовыпускное отверстие 12. Концы каждого гибкого испытуемого поливного трубопровода 10 зафиксированы фасонными накидными гайками 9 на резьбовых участках ниппелей 8.

Установка снабжена фиксатором отпечатков формы и размера капель воды, поступающих из водовыпускных отверстий 12 испытуемых гибких поливных трубопроводов 10, выполненным в виде установленной под формирователем 5 капель движущейся водопроницаемой ленты 13. Привод водопроницаемой ленты 13 синхронизирован с расходом воды испытуемых капельниц 11 в полостях гибких поливных трубопроводов 10.

Водопроницаемая лента 13 смонтирована на сматывающей бобине 14 и разматывающей бобине 15. Бобины 14 и 15 размещены с возможностью вращения на приводных валах 16 и 17. Приводные валы 16 и 17 бобин 14 (15) смонтированы на боковых стенках 18 и 19 резервуара 2 посредством опорных подшипников 20 и кронштейнов 21.

Синхронный привод сматывающей бобины 14 и разматывающей бобины 15 выполнен в виде каната 22 (песка, нерастяжимый шнур, тонкий трос, нить). Канат 22 свободно размещен на шкивах 23 и 24. Шкивы 23 и 24 смонтированы на концах приводных валов 16 и 17 зафиксированными на них бобинами 14 и 15.

Один конец каната 22 снабжен емкостью в виде цилиндра 25 для заполнения сыпучим балластом, например песком. Другой конец упомянутого каната 22, перекинутого на шкивах 23 и 24, снабжен цилиндром 26, заполняемым водой для перемещения водопроницаемой ленты 13 синхронно с количеством падающих капель воды из водовыпускных отверстий 12 гибких испытуемых трубопроводов 10 со встроенными в них испытываемыми капельницами 11.

Крайнее нижнее положение емкости в виде цилиндра 25 с сыпучим балластом ограничено опорной площадкой 27. Опорная площадка 27 посредством ребра жесткости зафиксирована на раме 1.

Цилиндр 26, периодически заполняемый водой, снабжен мембраной 28. Мембрана 28 размещена в полости цилиндра 26 и установлена над водовыпускным отверстием 29 в донной части цилиндра 26. Крайнее нижнее положение цилиндра 26, периодически заполняемого водой, ограничено опорной площадкой 30. На площадке 30 размещена водозаборная емкость 31. Водозаборная емкость 31 гидравлически соединена с баком 3 посредством сливного лотка 32. В центре опорной площадки 30 размещена игла 33 для отвода мембраны 28 от водовыпускного отверстия 29 цилиндра 26 при их взаимодействии в нижнем положении цилиндра 26.

Полость цилиндра 26 периодически заполняется водой. Вода поступает от второй штанги 7, расположенной над резервуаром 2 посредством кронштейнов 34 через двухпозиционный кран 35 в трубопровод 36. Благодаря кронштейнам 34 штанги 6 и 7 размещены параллельно между собой и над верхним срезом резервуара 2. Такое расположение штанг 6 и 7 обеспечивает свободную укладку водопроницаемой ленты 13 под испытуемыми гибкими поливными трубопроводами 10 с капельницами 11.

Каждый вал 16 (17) бобины 14 (15) снабжен зубчатым колесом 37, взаимодействующим с подпружиненным храповиком 38. Ось 39 храповика 38 и его упругий элемент 40 размещены на кронштейне 21. Зубчатые колеса 37 размещены на противоположных от шкивов 23 и 24 концах приводных валах 16 и 17.

Сматывающая бобина 14 (см. фиг.3) снабжена фиксатором конца 41 водопроницаемой ленты 13. Для этого на поверхности бобины 14 выполнен паз 42, а на валу 17 установлен поворотный полый полуцилиндр 43.

Приводной вал 17 сматывающей бобины 14 выполнен полым и в его полости установлен трубчатый электрический нагреватель 44 для нагрева водопроницаемой ленты 13 с целью удаления избыточной влаги.

Резервуар 2 и бак 3 размещены на раме друг над другом. Емкость бака в 3-4 раза больше емкости резервуара 2 для соблюдения постоянства температуры воды. Бак 3 снабжен термометром, ареометром и трубчатым электрическим нагревателем для изменения температуры воды в период проведения исследований в широком диапазоне.

Одна из упомянутых штанг 6 формирователя 5 капель воды через двухпозиционный кран 4 гидравлически связана с имеющим электропривод насосом 45. Насос 45 размещен в баке 3. На другом конце названной штанги 6 смонтирован контрольный манометр 46, дополнительный двухпозиционный кран 47, редукционный клапан 48 и отводной рукав 49. На одном конце другой штанги 7 размещена заглушка 50 для стравливания воздуха из гидравлической сети установки, а на другом ее конце – двухпозиционный кран 35 с трубопроводом 36.

Установка для проведения лабораторных исследований, преимущественно капельниц, встроенных в полость гибкого поливного трубопровода, функционирует следующим образом.

Перед началом проведения серии опытов, согласно принятой методики исследований, на ниппели 8 размещают испытуемые гибкие поливные трубопроводы 10 со встроенными в их полостях капельницами 11.

Длина гибких поливных трубопроводов 10 должна быть на 20…25 мм больше, чем расстояние между заходными коническими поверхностями ниппелей 8. Концы гибких поливных трубопроводов 10 фиксируют на резьбовых участках ниппелей 8 фасонными накидными гайками 9. Бак 3 заполняют водой с заданной чистотой очистки (после фильтрации). Двухпозиционный кран 35 на штанге 7 формирователя 5 капель закрывают, а двухпозиционные краны 4 и 47 на штанге 6 приводят в положение «Открыто». Включают привод насоса 45. При заполнении всей полости гидравлической сети редукционный клапан 48 устанавливают на рабочее давление 10 бар. Устраняют течи в сети и проверяют поступление воды в виде капель из отверстий 12 в стенках испытуемых гибких поливных трубопроводов 10. Для получения контрастных отпечатков капель воды на водопроницаемой ленте 13 в воду добавляют краситель любого цвета (в частности, чернила и т.д.). Далее двухпозиционным краном 47 поднимают рабочее давление в сети, величину которого фиксируют контрольным манометром 46.

Конец 41 водопроницаемой ленты 13 разматывают с бобины 15 и заводят в паз 42 на сматывающей бобине 14. Поворотом полого полуцилиндра 43 вала 16 конец водопроницаемой ленты 14 фиксируют в полости сматывающей бобины 14. Далее приоткрывают двухпозиционный кран 35 на штанге 7. Вода из штанги 7 через кран 35 по трубопроводу 36 поступает в полость цилиндра 26. Заранее сыпучим балластом, заполняемым в полость цилиндра 25, были уравновешены цилиндры 25 и 26. При поступлении воды в полость цилиндра 26 вес поступающей воды в цилиндре 26 создает момент силы относительно оси приводного вала 17 и шкив 24 канатом 22 приводит во вращение вал 17. Вращение вала 17 приводит в поступательное движение водопроницаемую ленту 13.

Капающие из отверстий 12 капли воды поступают на поверхность водопроницаемой ленты 13. Манипулируя вентилем двухпозиционного крана 35, добиваются подачи воды в полость цилиндра 26 такого количества, чтобы между контурными линиями капель был интервал 5…7 мм. Под действием воды цилиндр 26 опускается вниз вместе с канатом 22. За счет разницы в радиусах размещения каната 22 на шкивах 23 и 24 и радиусов размещения водопроницаемой ленты 13 на бобинах 15 и 14 ленты 13 в рабочем режиме вода натянута и образует равную горизонтальную поверхность шириной 250 мм и длиной до 1000 мм.

При получении большого массива цифровых данных и получении экспериментальных данных с точностью до 0,5% водопроницаемую ленту 13 многократно наматывают на бобину 14. Для этого мерный цилиндр 26 опускается в крайнее нижнее положение. Игла 33 на опорной площадке 30 входит в водовыпускное отверстие 29 в донной части цилиндра 26 и отводит мембрану 28. Вода из мерного цилиндра 26 через отверстие 29 сливается в заборную емкость 31 и по сливному лотку 32 направляется в бак 3. Создавшаяся разница в силах весов цилиндров 25 и 26 приводит к тому, что канат 22 скользит по шкивам 24 и 23. Цилиндр 25 опускается на поверхность опорной площадки 27. В момент сдвига каната 22 каждый из шкивов 24 на валу 17 и 23 на валу 16 оставался в неподвижном положении, так как в работу вступил храповик 38 на оси 39 и удерживает зубчатое колесо 37 в неподвижном положении.

После слива воды мембрана 28 закрывает водовыпускное отверстие 29 в цилиндре 29. Повторное заполнение полости цилиндра 26 приводит к перемещению каната 22 и вращению шкивов 23 и 24 с валами 16 и 17 и бобинами 15 и 14. Это движение приводит к наматыванию водопроницаемой ленты 13 на бобину 14. Для исключения искажения контуров капель воды на поверхности 13 в полом валу 16 установлен трубчатый электрический нагреватель 44. Температуру воздуха в полости бобины 14 повышают от 120 до 140…160°С. Остатки воды с поверхности ленты 13 испаряются.

Таким образом, на бобину 14 наматывается лента 13 с количеством отпечатков группы капельниц 11, полученных в сопоставимых условиях и максимально приближенных к реальным.

После завершения группы опытов с широким диапазоном фиксируемых параметров (давление воды, температура и плотность воды, минерализация, степень очистки, положение капельниц) на ниппели 8 монтируют капельницы 11 других форм, диаметров и расходных характеристик и др.

Таким образом, описанная установка обеспечивает получение достоверных результатов опытов.

Формула изобретения

1. Установка для проведения лабораторных исследований, преимущественно капельниц, встроенных в полость гибкого поливного трубопровода, включающая раму с закрепленными на ней резервуаром и баком, гидравлически соединенным с резервуаром двухпозиционным краном и формирователем капель, отличающаяся тем, что формирователь капель образован установленными в резервуаре двумя параллельными штангами, оппозитно и попарно размещенными на них ниппелями, смонтированными на заходных поверхностях концами гибких поливных трубопроводов, имеющих, по крайней мере, одну встроенную в полости гибкого поливного трубопровода капельницу и обращенным вниз водовыпускным отверстием, концы каждого гибкого трубопровода зафиксированы накидными гайками на резьбовых участках ниппелей, и она снабжена фиксатором отпечатков формы и размера капель, выполненным в виде установленной под формирователем капель движущейся водопроницаемой ленты, привод которой синхронизирован с расходом воды испытуемых капельниц в полостях гибких поливных трубопроводов.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что водопроницаемая лента смонтирована на сматывающей и разматывающей бобинах, размещенных с возможностью вращения на приводных валах.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что приводной вал каждой бобины смонтирован на боковой стенке резервуара посредством опорных подшипников и кронштейнов.

4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что синхронный привод сматывающей и разматывающей бобин выполнен в виде каната, свободно размещенного на шкивах, смонтированных на концах валов бобин, при этом один конец каната снабжен емкостью для заполнения сыпучим балластом, а другой конец упомянутого каната – цилиндром, заполняемым водой для перемещения водопроницаемой ленты синхронно с количеством падающих капель из испытуемых капельниц.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что крайнее нижнее положение емкости с сыпучим балластом ограничено опорной площадкой.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что цилиндр, периодически заполняемый водой, снабжен мембраной, установленной над водовыпускным отверстием в донной части цилиндра.

7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что крайнее нижнее положение цилиндра, периодически заполняемого водой, ограничено опорной площадкой с водозаборной емкостью, гидравлически соединенной с баком, при этом в центре площадки размещена игла для отвода мембраны от водовыпускного отверстия цилиндра.

8. Установка по п.4, отличающаяся тем, что полость цилиндра периодически заполняется водой, поступающей от второй, параллельной первой, штанги через двухпозиционный кран и трубопровод.

9. Установка по п.1, отличающаяся тем, что резервуар размещен на раме над баком и емкость бака в 3-4 раза больше емкости резервуара.

10. Установка по п.1, отличающаяся тем, что бак снабжен термометром, ареометром и трубчатым электрическим нагревателем для изменения температуры воды.

11. Установка по п.3, отличающаяся тем, что приводной вал сматывающей бобины выполнен полым и в его полости установлен трубчатый электрический нагреватель.

12. Установка по п.2, отличающаяся тем, что каждый вал бобины снабжен зубчатым колесом, взаимодействующим с подпружиненным храповиком.

13. Установка по пп.3 и 12, отличающаяся тем, что ось храповика и его упругий элемент размещены на кронштейне.

14. Установка по п.2, отличающаяся тем, что сматывающая бобина снабжена фиксатором конца водопроницаемой ленты.

РИСУНКИ