CC BY
28
УДК 628.356
ИСПЫТАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕШИВАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
В.Д. Казаков, Н.Д. Пельменёва, В.Д. Можаев
Разработан лабораторный стенд, позволяющий исследовать процессы и устройства на модели аэротенка. Испытано инерционное перемешивающее устройство. Подтверждены результаты теоретических предпосылок возможности применения в аэротенке перемешивающего устройства, использующего энергию струи жидкости и не требующего специального электрического или механического приводного устройства.
Ключевые слова: очистка сточной воды, аэротенк, перемешивающее устройство.
TESTING HYDRODYNAMIC AGITATION DEVICE IN VITRO V.D. Kazakov, N.D. Pelmenyova, V.D. Mozhayev
A laboratory bench has been developed which enables to carry out the investigation of processes and devices using an airtank simulation. An inertial agitation device has been tested. The results of a theoretical background have been confirmed regarding thr possibility of using an airtank agitation device working on the energy of a fluid jet and not demanding any special electrical or mechanical driving gear.
Key words: waste water treatment, airtank, agitating device.
В настоящее время на стадии разработки или проектирования работу большинства крупных технологических или гидравлических сооружений исследуют на моделях. В результате исследований экспериментальным путем устанавливается целый ряд таких важных параметров, как потери напора в элементах этих сооружений, распределение скоростей, направление линий тока жидкости, возникновение турбулентности и других. Получая данные этих величин на модели и зная правила перехода от модели к натуре для подобных или сходственных явлений, можно с приличной степенью точности не только предусмотреть условия работы будущих сооружений, но и разработать их наиболее эффективные конструкции.
На режим движения сточной воды в аэротенках влияют многие факторы, такие как конструкция аэротенка, условия подачи сточной жидкости и активного ила, схема размещения и тип аэраторов, а также дополнительные устройства, способствующие интенсификации процесса перемешивания субстрата. Вопросы изучения гидродинамических режимов работы аэротенков в настоящее время остаются актуальными, поскольку идеальных условий протекания гидродинамических процессов в биологических окислителях не найдено. Причины, привлекающие внимание ученых и исследователей к данной проблеме, заключаются еще и в том, что многообразие аэрирующих устройств, предлагаемых к применению в существующих аэротенках, требует индивидуальных расчетов с учетом возможных схем их размещения. Исходя из реальных возможностей моделирования гидродинамической обстановки натурального аэротенка на лабораторной модели и, принимая во внимание требования к измерительному комплексу, способному бесконтактно измерять основные параметры устройств для перемешивания, был разработан испытательный стенд.
Конструктивно испытательный стенд состоял из трех основных компонентов: а) системы подачи и учета основных параметров потока жидкости; б) резервуара для установки и испытания перемешивающего устройства; в) электронно-измерительного комплекса для замера числа оборотов вращения мешалки (рис.1).
Система подачи воды состояла из компрессора - 1, водяного насоса - 2, ресивера - 3 и держателя - 8, в который монтировались насадки выпускной трубы. Система управления гидравлическими параметрами состояла из вентилей - 4, расходомера - 5 и манометров - 6, которыми устанавливались расчетные параметры потока, выходящего из выпускной трубы. На дне резервуара - 7 устанавливалось специальное устройство (рис. 2) для крепления мешалки - 9. Устройство состояло из массивного основания - 1 и двух вертикальных стоек - 2. На стойках горизонтально крепились два цанговых зажима - 3 в цилиндрическом металлическом корпусе. Горизонтальное положение зажимов задавалось крепежными гайками - 4.
Рис. 1. Схема испытательного стенда: 1- компрессор; 2 - насос; 3 - ресивер; 4 - вентиль; 5 - датчик расхода воды; 6 - манометр; 7 - резервуар; 8 - держатель выпускной трубы; 9 - мешалка; 10 - измерительный комплекс; 11 - контрольный кран; 12 - датчик Холла с соединительным кабелем; 13 - видеокамера
Рис. 2. Установочное устройство для крепления мешалки: 1 - основание; 2 - вертикальная стойка; 3 - цанговый зажим; 4 - крепежная гайка; 5 - анкерная полуось
Подвеска мешалки осуществлялась в стальных анкерных полуосях - 5, закрепленных в цанговых зажимах - 3. Для устойчивости и центрирования мешалок в точках подвески на мешалках выполнялись конусные углубления.
Для дистанционного измерения числа оборотов вращения мешалки был разработан новаторский электронно-измерительный комплекс (рис. 3), состоящий из датчика Холла - 1, коаксиального соединительного кабеля с разъемами СР-50 (формирователь импульсов) - 2, электронного частотомера Ф5041 - 3, специального блока питания - 4, гибкого листового магнита, смонтированного на мешалке - 5.
Формирование импульсов происходило при вращении мешалки за счет прохождения разных полюсов магнита - 5 около датчика Холла. Датчик Холла с внешними компонентами электрической схемы формировали импульс. Питание формирователя импульса осуществлялось от специального блока питания. Таким образом, в зависимости от взаимного расположения магнита на мешалке и датчика Холла на один оборот мешалки формировался один импульс. Время счета импульсов можно было выбирать управлением частотомера - 3. При этом измерение числа оборотов мешалки осуществлялось путем формирования одиночного или двойного электрического импульса на один оборот мешалки и подсчета этих импульсов с помощью электронного частотомера.
К
/ 5 S / 7 / /
1. / N/ ФИ л БП —ч
Ц/дх V 4 /
Рис. 3. Структурная схема измерительного комплекса:
1 - датчик Холла; 2 - коаксиальный соединительный кабель (формирователь импульсов);
3 - электронный частотомер Ф5041, 4 - блок питания; 5 - гибкий листовой магнит
Регистрация всех параметров эксперимента проводилась следующими приборами: датчик расхода воды ВСТ-15; манометр для воды МП4-Г0СТ-2405-80; измерительные линейки; видеокамера «Sony Handycam»; электронный частотомер Ф5041.
Модель аэротенка (резервуар 1) была изготовлена из прозрачного материала размерами 150 х 90 х 50 см и заполнялась водой до уровня 25 см (рис. 4). В этот резервуар на независимой платформе помещалось перемешивающее устройство 3 на расстоянии xi от конца выпускной трубы. Границы испытаний определялись размерами модели аэротенка, уменьшенными в 10 раз по сравнению с реальными размерами сооружения, то есть расстояние от края выпускной трубы до торцевой стенки аэротенка 1250 см, ширина аэротенка 900 см, высота 500 см. Таким образом, размеры модели аэротенка соответствовали коэффициенту масштабного перехода aL = 10, что включает в себя также типоразмеры моделей аэротенков в диапазоне коэффициентов масштабного перехода от 20 до 70, то есть, модель резервуара позволяла изменять ширину аэротенка вставкой, размещенной параллельно боковой стенке, а глубину аэротенка можно было регулировать высотой наливаемой воды. Размеры другого оборудования также задавались коэффициентом масштабного перехода.
Испытание инерционного перемешивающего устройства на предмет установления возможности его вращения за счет инерции струи, выходящей из трубы без применения дополнительных приводных устройств, проводилось следующим образом.
XI-.
Ш
XI
150
Рис. 4. Схема расположения перемешивающего устройства в резервуаре: 1 - резервуар; 2 - выпускная труба; 3 - мешалка
Для этого были изготовлены и установлены в резервуар мешалка и насадка выпускной трубы произвольных размеров = 1,5 см, Lм = 5 см, hм = 1,4 см). Резервуар заполнялся водой до уровня 25 см. Вода через выпускную насадку подавалась в резервуар объемным расходом q = 140 см3/с. Этот поток ударялся в лопасть перемешивающего устройства, заставляя его вращаться. Платформа с мешалкой устанавливалась на расстоянии Х[ от конца выпускной трубы. Затем в процессе испытания платформа с мешалкой произвольным образом перемещалась вдоль оси выпускной трубы. Для удобства измерения шаг перемещения платформы задавался равным высоте лопасти мешалки -Н, так как ближе, чем на размер лопасти, мешалку к выпускной трубе придвинуть невозможно. Таким образом, высота лопасти мешалки явилась предельным размером слева, если условно считать изменение расстояния х^ вдоль оси выпускной трубы -х. А предельным размером (границей) справа могло бы стать расстояние, на котором будет зафиксировано значительное падение частоты вращения или полная остановка мешалки.
Учитывая требования к достоверности получаемых расчетов, нами были выбраны пять вариантов расстояний хг, вместо возможных трех (то есть х^ и два расстояния слева и справа). Кроме того, для каждого выбранного х+Ш, где k - шаг выборки, было выполнено десять опытов. Путем усреднения результатов из пятидесяти опытов было получено пять достоверных значений частоты вращения в зависимости от расстояния х+Ш мешалки от края выпускной трубы (рис. 4). Полученные результаты экспериментальных исследований представлены на графике (рис. 5). Из графика следует, что при установке оси мешалки на расстоянии 2hм (при х = 0) от края выпускной трубы число оборотов будет меньше максимума, полученного на расстоянии 3^ от края выпускной трубы. На всех остальных расстояниях, больших значения 3^ число оборотов мешалки снова будет уменьшаться вплоть до расстояния 6^, на котором был зарегистрирован минимум числа оборотов для фиксированных в данном эксперименте параметров.
Рис. 5. График зависимости числа оборотов вращения мешалки n от расстояния xi от мешалки до края выпускной трубы
Выводы. Результаты испытаний показали эффект возникновения устойчивого вращения перемешивающего устройства под воздействием потока жидкости, выходящего из выпускной трубы. Кроме того, в процессе эксперимента обнаружена закономерность, показывающая, что частота вращения мешалки зависит от расстояния, на котором расположена мешалка от края выпускной трубы (рис. 5). Таким образом, экспериментально подтверждены результаты теоретических предпосылок о возможности применения мешалки как инерционного перемешивающего устройства, использующего энергию струи жидкости и не требующего специального электрического или механического приводного устройства.
По результатам экспериментальных исследований получен патент на полезную модель
[1].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. Российская Федерация № 95270 МПК В 01 F 7/02. Самоперемешивающее устройство / В.Д. Казаков, М.Ю. Толстой, Н.Д. Пельменёва. Опубл. 27.06.10 . Бюл. № 18. 27.11.2008 г.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Казаков Вячеслав Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, проректор по экономике, Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 40-50-30, e-mail: kazakov@istu.edu
Пельменёва Наталья Дмитриевна, доцент, декан факультета среднего профессионального образования, Иркутский государственный технический университет, тел.: (3952) 4058-52, e-mail: pel@istu.edu
Можаев Василий Дмитриевич, аспирант, Иркутский государственный технический университет, тел.: 89021781457, e-mail: MozhaevVaHa@yandex.ru
Kazakov V.D., Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Vice-Rector on Economy, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-50-30, e-mail:kazakov@istu.edu
Pelmenyova N.D., associate professor, Dean of High Professional Education Department, Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 40-58-52, e-mail: pel@istu.edu
Mozhayev V.D., post-graduate, Irkutsk State Technical University, tel.: 89021781457, e-mail: Mozhaev VaHa@yandex ru
УДК 69.059.3
ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ НАДСТРОЙКЕ КИРПИЧНЫХ ЗДАНИЙ
ЗАСТРОЙКИ 1960-90-х ГОДОВ
А.К. Комаров, А.А. Кулюкин, В.В. Кажарский
В статье рассматриваются проблемы надстройки бескаркасных зданий, этажностью до 5 этажей, возведенных в 1960-90-х годах; создание оптимальных конструктивных решений, разработка технологических регламентов основных строительных процессов с учетом проведенного обследования их технического состояния; экономическое обоснование надстройки, сравнение стоимостных показателей 1 м2 площади при надстройке (в сравнении с новым строительством); экономическое обоснование надстройки при выбранном конструктивном решении и технологии производства работ.
Ключевые слова: надстройка, реконструкция, конструктивная схема, сейсмостойкость, технологическая карта, усиление грунтов.
INVESTIGATION AND OPTIMIZATION OF CONSTRUCTIVE AND TECHNOLOGICAL DECISIONS REGARDING HIGHTENING HOUSES OF BRICKS OF
THE 90th YEARS BUILDING
A.K. Komarov, A.A. Kulyukin, V.V. Kazharskiy
The problems of hightening self-supported buildings with the number of stories up to 5 that were constructed in 1960-90s are given consideration in the article.in terms of finding optimum constructive decisions, fixing technological time-limits for main building processes depending on the investigation results of their technical condition, a project feasibility study of the hightening, the comparison of its cost parameters per 1m2 of the area (as compared with new building), the project feasibility study of the heightening in conditions of the chosen constructive decision and technologies of job practices.
Key words: hightening, reconstruction, construction design, seismic stability, process chart, reinforcement of soil.
В Иркутске и в России в целом - огромное количество бескаркасных зданий, построенных в 1960-90-х годах прошлого века. В основном это общежития и некоторые административные здания. Возможность надстройки позволяет решить целый комплекс проблем, при этом имеет ряд существенных преимуществ.
Увеличивается жилая площадь здания, путем возведения нескольких этажей над существующими. При этом не требуется дополнительный земельный участок, что позитивно ска-
