учебно-лаборатарное устройство для демонстрации работы гидроциклона

Формула изобретения

1. Учебно-лабораторное устройство для демонстрации работы гидроциклона, содержащее единый герметичный прозрачный корпус, заполненный жидкостью и разделенный перегородкой на напорную и сливную емкости, соединенные между собой воздушным и сливным каналами, установленными в перегородке, отличающийся тем, что с устройство дополнительно содержит гидроциклон с бункером для отвода шлама, при этом гидроциклон встроен в перегородку, тангенциальное входное отверстие его соединено со сливным каналом, а патрубок для отвода очищенной жидкости - со сливной емкостью через дополнительный сливной канал в перегородке, в дне бункера выполнена щель, через которую он сообщается со сливной емкостью, а верхняя часть бункера соединена с началом воздушного канала, выполненного в виде гидравлического затвора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что жидкость содержит частицы алюминия и твердые цветные шарики, диаметр которых больше ширины щели бункера.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит шкалу, расположенную на бункере.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к техническим обучающим средствам и может быть использовано при создании учебно-лабораторного оборудования по гидравлике и физике для высших, средних специальных учебных заведений.

Известно множество лабораторных установок для осветления воды, в которых демонстрация очистки жидкости осуществляется с использованием насосов, задвижек, манометров и т.д. Такие установки относительно сложны по конструкции, содержат насосы и большие резервуары, занимают значительную площадь в лаборатории, предполагают наличие в помещении внутреннего водопровода и канализации, потребляют электроэнергию [1].

Одна из традиционных установок содержит емкость с выходным патрубком для отбора загрязненной воды насосом. Задвижка позволяет регулировать расход воды при ее подаче в гидроциклон, а по манометру измеряется давление в трубопроводе. Пробы отбираются из крана, бункера и выходного патрубка. В отобранных пробах определяется содержание взвешенных веществ весовым способом или с помощью фотоэлектроколориметра, что дает более точные результаты [1].

Для выполнения лабораторных работ на таких установках требуется длительное время. Подобные устройства имеют высокую стоимость, требуют подвода воды и энергии, занимают много места. В ряде случаев для перекачки очищаемой жидкости используются насосы.

Известна также учебная лабораторная установка [2] для исследования установившегося напорного течения жидкости, содержащая прозрачные частично заполненные исследуемой жидкостью напорную емкость с воздушным каналом и расположенную под ней сливную емкость с уровнемерной шкалой, соединенную с напорной емкостью опытным каналом, входное и выходное сечения которого находятся ниже входного и выходного сечений воздушного канала. Для улучшения эксплуатационных свойств установка выполнена в виде единого герметичного корпуса, разделенного перегородкой на напорную и сливную емкости, причем воздушный и сливной каналы установлены в перегородке на разной высоте и входной конец воздушного канала сообщен со сливной емкостью, а объем жидкости в установке равен объему меньшей из емкостей. В перегородке установки встроены каналы и пьезометры для определения в них распределения давления. Данная установка не позволяет изучать течения в гидроциклоне и получать его характеристики.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача решается тем, что известное устройство, содержащее единый герметичный прозрачный корпус, заполненный жидкостью и разделенный перегородкой на напорную и сливную емкости, соединенные между собой воздушным и сливным каналами, установленными в перегородке, дополнительно содержит гидроциклон с бункером для отвода шлама, при этом гидроциклон встроен в перегородку, тангенциальное входное отверстие его соединено со сливным каналом, а патрубок для отвода очищенной жидкости - со сливной емкостью через дополнительный сливной канал в перегородке, в дне бункера выполнена щель, через которую он сообщается со сливной емкостью, а верхняя часть бункера соединена с началом воздушного канала, выполненного в виде гидравлического затвора. Жидкость в устройстве содержит частицы алюминия и твердые цветные шарики, диаметр которых больше ширины щели бункера. Устройство дополнительно содержит шкалу, расположенную на бункере.

Предлагаемое изобретение отличается от прототипа тем, что:

- дополнительно содержит гидроциклон с бункером для отвода шлама;

- гидроциклон встроен в перегородку;

- тангенциальный вход гидроциклона соединен с напорной емкостью через сливной канал;

- дополнительный сливной канал соединяет выходной патрубок гидроциклона со сливной емкостью;

бункер расположен под гидроциклоном и сообщается через щель в дне бункера со сливной емкостью, а через его верхнюю часть - с началом воздушного канала;

воздушный канал выполнен в виде гидравлического затвора;

жидкость содержит частицы алюминия и твердые цветные шарики;

диаметр шариков больше ширины щели бункера;

на бункере расположена шкала.

Установленный в сливной канал гидроциклон позволяет наблюдать за его работой. Работа гидроциклона обеспечивается напором, равным разности отметок выхода воздуха в напорную емкость из воздушного канала и выходного конца дополнительного сливного канала. Под действием напора жидкость поступает через сливной канал в гидроциклон, а затем выходит в сливную емкость, причем ее основная часть выходит через дополнительный сливной канал, а остальная - через бункер.

На чертеже изображен общий вид учебно-лабораторного устройства для демонстрации работы гидроциклона. Данное устройство имеет герметичный прозрачный корпус 1, разделенный перегородкой 2 на емкости 3 и 4, которые соединены между собой сливным 5 и воздушным 6 каналами. В перегородку 2 встроен гидроциклон 7, который сообщается через сливное отверстие 8 для отвода шлама с бункером 9, на котором расположена шкала 10. Устройство также содержит дополнительный сливной канал 11, соединяющий выходной патрубок для отвода очищенной жидкости гидроциклона 7 и сливную емкость 4. Бункер 9 соединен его нижней частью со сливной емкостью 4 через щель 12, а верхней - с воздушным каналом 6, который выполнен в виде гидравлического затвора. Такое конструктивное исполнение исключает попадание жидкости из напорной емкости 3 в бункер 9 через воздушный канал 6. Щель 12 имеет прямоугольное сечение, ширина которого меньше диаметра шарика 13. Если данным условием пренебречь, то частицы могут закупорить щель.

Устройство заполнено водой, объем которой равен объему одной емкости, а если емкости разные, то объему меньшей из них. Вода содержит пластмассовые шарики 13 и микроскопические частицы алюминия (на чертеже не показаны) для визуализации течения. Вода с данными включениями попадает в гидроциклон 7 из напорной емкости 3, а выходит через дополнительный сливной канал 11 в сливную емкость 4. В расположенном под гидроциклоном бункере 9 улавливаются шарики 13, уровень накопления которых можно измерить по шкале 10.

Устройство работает следующим образом.

При заполненной водой емкости 3 устройство ставится на стол емкостью 4. При таком положении установки емкость 3 является напорной, емкость 4 - сливной, канал 5 - опытным каналом, а канал 6 - воздушным каналом.

В положении устройства, изображенном на чертеже, вода с шариками 13 поступает из напорной емкости 3 через сливной канал 5 в гидроциклон 7. Оттуда основная часть воды, пройдя через гидроциклон, частично очищенная, с небольшим количеством шариков попадает в сливную емкость 4 через дополнительный канал 11, а остальная вода с основной частью шариков поступает в бункер через сливное отверстие 8 для отвода шлама. В бункере шарики 13 задерживаются. Вода вытекает в сливную емкость через щель в дне бункера и через дополнительный сливной канал 11, вытесняет воздух в виде пузырей в напорную емкость 3 через воздушный канал 6 и начало сливного канала 5, что способствует перемешиванию осадка для его равномерного распределения по потоку. Стабилизация расхода в ходе опыта обеспечивается пузырьковым перепуском воздуха из сливной емкости в напорную [3]. В этом случае давления на выходе жидкости из канала 5 и на выходе пузырей в емкость 3 можно считать одинаковыми и поэтому истечение происходит под действием постоянного напора Н. Так обеспечивается установившееся (с постоянным во времени расходом) движение жидкости. Перевернув устройство по часовой стрелке на 180^o после опыта, можно достигнуть перемещение жидкости с шариками 13 из сливной емкости 4 и бункера 9 в напорную емкость 3 через воздушный канал 6, подготавливая тем самым установку к следующему опыту.

Установка позволяет визуально наблюдать течения жидкости в гидроциклоне и бункере, а также наблюдать за процессом улавливания частиц и течение жидкости в устройстве, определять объем уловленных шариков по шкале 10. Стабилизированное значение расхода в установке можно изменять уменьшением напора истечения Н за счет ее перевода из вертикального в наклонное положение.

Литература

1. Калицун В. И. , Ласков Ю.М. Лабораторный практикум по канализации. Учеб. пособие для вузов. Под ред. С.В. Яковлева. - М.: Стройиздат, 1978, - 125 с.

2. Патент 1721326 Российская Федерация. Учебно-лабораторная установка для исследования установившегося напорного течения жидкости / Слабожанин Г. Д., Слабожанин В.Д. - Опубл. 26.05.93.

3. Слабожанин Г.Д., Слабожанин Д.Г. Портативная лаборатория для изучения гидравлики. - Сборник научных трудов лесотехнического института. - Томск: Из-во ТГАСУ, 2000, с. 163-167.