Исследования кольцевых литниковых систем Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.746.628.4

ИССЛЕДОВАНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ

© 2013 В.И. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров Пермский национальный исследовательский политехнический университет Поступила в редакцию 1212.03.2013

Приведено описание лабораторной кольцевой литниковой системы. Изложены результаты теоретического и экспериментального определения скоростей и расходов жидкости в зависимости от количества одновременно работающих питателей. Получено хорошее совпадение расчётных и опытных данных.

Ключевые слова: литниковая система, стояк, коллектор, питатель, коэффициент сопротивления, скорость потока, расход жидкости

В статье [1] была впервые рассчитана L-образная литниковая система (ЛС) с определением скорости жидкости в каждом питателе и расхода во всей системе. Затем были исследованы разветвленная [2], комбинированная [3], кре-стовинная и ярусная ЛС. Разница между расчетными и опытными значениями скоростей, расходов и напоров составляла несколько процентов. Это удивительно, так как использовали в расчетах уравнение Бернулли (УБ) для потока жидкости с переменным расходом (и массой). Хотя оно выведено для потока с постоянным расходом (массой) - при отсутствии раздачи жидкости по питателям, и его использование при расчетах ЛС с изменяющимся до нуля расходом жидкости в коллекторе (шлакоуловителе) в теории не обосновано. Поэтому представляется целесообразным рассчитать и экспериментально исследовать самую сложную ЛС - кольцевую.

Система (рис. 1) состоит из литниковой чаши, стояка, коллектора и семи одинаковых питателей I-VII [4]. Внутренний диаметр чаши равен 272 мм, высота воды в чаше 103,5 мм. Продольные оси коллектора и питателей находятся в одной горизонтальной плоскости. Уровень жидкости H - расстояние по вертикали от сечения 1-1 в чаше до продольных осей коллектора и питателей - поддерживался постоянным путем непрерывного доливания воды в чашу и слива ее излишек через специальную щель в чаше: Н=0,363 м. Жидкость выливается сверху из питателей в форму. В сечениях коллектора 5-5, ..., 16-16 установлены для измерения напора пьезометры - стеклянные трубочки длиной 370 мм и внутренним диаметром 4,5 мм. В сечениях стояка 2-2, 3-3 и 4-4 были размещены изогнутые на 90° пьезометры (на рис. 1 не показаны).

Васенин Валерий Иванович, кандидат технических наук, доцент. E-mail: vaseninvaleriy@mail.ru) Богомягков Алексей Васильевич, аспирант Шаров Константин Владимирович, аспирант

Время истечения жидкости из каждого питателя составляло 50-200 с в зависимости от количества одновременно работающих питателей, а вес вылившейся из питателя воды около 9 кг. Эти временные и весовые ограничения обеспечили отклонение от среднего значения скорости ±0,005 м/с, не более. Расход жидкости из каждого питателя определялся не менее 6 раз.

Рис. 1. Кольцевая литниковая система

Сначала рассчитаем истечение из питателя IV, когда гидравлическая цепь разомкнута в сечении 16-16. Это ¿-образная ЛС. УБ для сечений 1-1 и 20-20 запишется так:

— + H = —0 + aVl°

7

2g

+h-

(1)

20

7

где р1 и р20 - давления в сечениях 1-1 и 20-20, Н/м (равны атмосферному давлению: р1=р20 =Ра); У - удельный вес жидкого металла, Н/м3; а - коэффициент неравномерности распределения скорости по сечению потока (коэффициент

Кориолиса); принимаем а=1,1 [5]; g - ускорение свободного падения; g=9,81 м/с2; v20 - скорость жидкости в сечении 20-20, м/с; h1-20 - потери напора при движении жидкости от сечения 1-1 до сечения 20-20, м. Эти потери напора

,2 i

"1-20 а _ Ь cm+^ J

2g V dcm .

2

+ а-

2 g

Ьк +

I

d„

+ 2Ь

2

+а

2g

l ^

J п 1

dn у

(2)

где уст и v5 - скорости жидкости в стояке и в коллекторе в сечении 5-5, м/с; у5=у6=. .. у10; Сст, Си и Сп - коэффициенты местных сопротивлений входа металла из чаши в стояк, поворота из стояка в коллектор и поворота из коллектора в питатель; X - коэффициент потерь на трение; 1ст - длина (высота) стояка, м; ¡ст-]у - расстояние от стояка до питателя IV, м; ¡п - длина питателя, м; ёст, ёк и ёп - гидравлические диаметры стояка,

коллектора и питателя, м; £ - коэффициент местного сопротивления поворота на 90° из сечения 5-5 в сечение 6-6 и из сечения 9-9 в сечение 10-10. Расход жидкости в системе

Q = Vcm Scm = V5S к = V20Sn

(3)

Выразив скорости vcm и v5 через v20, получаем из (2)

С

20(20)

V

Ьcm

d.

S_

s

cm у V cm у

+

S

а

М-20(20) Скорость

V20 = Ui-

= (i+Ь ii/2 V1 + Ь1-20(20)/

20(20)

а

(5)

(6)

yv SK у

+ С+Л-п-

Ьп а.

(4)

где С1-20(20) - коэффициент сопротивления ЛС от сечения 1-1 до сечения 20-20, приведённый к скорости v20 в питателе IV. Коэффициент расхода системы от сечения 1-1 до сечения 20-20, приведенный к скорости v20

Для данной ЛС: dcm=0,02408 м, /cm=0,2675 м, dK=0,01603 м, /cm_T=0,251 м, 1ст-п=0,370 м, lcm-=0,489 м, lcm_re=0,742 м, dn=0,00903 м, L=0,0495

iii=0

м. Значения коэффициентов: Х=0,03 [6], Сст=0,12 [7], Ск=0,396 [8], С=0,885 [8], Сп=0,334 [8]. Результаты расчетов по выражениям (3)-(6) приведены в табл. 1.

Когда питатель IV находится в кольце, то УБ будет в виде (1). Однако течение идет по параллельным коллекторам 5-8-10 и 16-13-11, потери напора в них не суммируются, а берется одна из них. Так как vст=V2оSn/Sст, а V5=V2оSn/2Sк, то (2) преобразуется к следующему виду:

С

-20(20)

Ьcm + ^

а

cm у

Ä s

V cm у

+

Ь4-5(5) + ^

cm-IV

а

+ 2С

s„

где ^ 4-5(5) - коэффициент сопротивления на деление потока в сечении 4-4 между сечениями 5-5 и 16-16, отнесенный к скорости у5. Этот коэффициент подсчитываем по следующему соотношению из справочника [7]:

ö_1±15(vm

С =

/ v )2

(vomö / v)2

(8)

7 V 2SK у

+ С+Л--Ьп d„

(7)

где V - скорость жидкости до деления потока, м/с; vотд - скорость жидкости в одном из каналов после деления потока, м/с. Чтобы найти (д4-5 (и равный ему ^4-16), запишем очевидное равенство vсmSсm=2v5Sк=2v16Sк, из которого получается, что

v5/vст=Sст/2Sк=1,128278 - это и есть отношение vотд/v в формуле (8). Тогда по (8) находим, что С34-5=С34-16=2,285538. Результаты расчетов по соотношениям (7), (5), (6) и (3) - в табл. 1. Как видно, замыкание кольца привело к уменьшению коэффициента сопротивления £1-20(?0) с 0,865 до 0,644. Стало 2 потока жидкости, скорость в коллекторе упала в 2 раза, а потери напора в коллекторе на трение и в местных сопротивлениях уменьшились в 4 раза.

5

20

2

2

Таблица 1. Характеристики ЛС при работе одного питателя

Характеристики работы только питателя Ш в разомкнутой в сечении 16-16 гидравлической системе находим по соотношениям (3)-(6), заменив в (4) 1ст-1У на 1ст-ш, а 2Z на Z; см. табл. 1. Когда питатель Ш находится в кольце, то потери напора в параллельных трубопроводах 5-7-8 и 16-13-9 не суммируются и они равны друг другу. Поэтому давление р8 в сечении 8-8 равно давлению р9 в 9-9, а перетекания жидкости из сечения 8-8 в сечение 9-9 или из 9-9 в 8-8 нет. УБ для сечений 4-4 и 19-19 (по пути через сечения 5-5,...8-8)

Рабо таю щие питатели Характеристики системы

С х1\эксп, м/с Q/QKoi см3/с Qo, %

I...... 0,684 0,771 1,961 1,932 125,59 123,75 +1,52

I 0,631 0,783 1,992 1,976 127,60 126,51 +0,86

II" 0,706 0,766 1,948 1,925 124,76 123,26 +1,22

II 0,634 0,782 1,991 1,995 127,48 125,19 +1,83

III" 0,729 0,761 1,935 1,904 123,95 121,97 +1,62

III 0,637 0,782 1,989 2,010 127,37 128,71 -1,04

IV*..... 0,865 0,732 1,863 1,822 119,31 116,66 +2,27

IV 0,644 0,780 1,984 2,024 127,07 129,63 -1,97

Примечание: * - Q0=(Q - g^yg^ система разомкнута в сечении 16-16

■ гидравлическая

Р± + а ■ст 7

2 i

v 2g

С-5(5) + Л

ст - III d„

+с

^ v2 f

J

а+ 2g

l Л v2

С +1 d

УБ для сечений 4-4 и 19-19 (через сечения 16-16,.. .9-9)

а^9 + pl 2g 7

(9)

7

+ а-

2g

С

д

4-16(16)

l \

д 1ст-III (16-9)

d„

+ 3С

16

J

а—16 + 2g

Сп+л—+1 d_

а

Ik + Ell 2 g 7

Левые части выражений (9) и (10) равны. Приравниваем правые части и после преобразований получаем (/ст-/д16-9)=0,995 м):

V5 = V16

С

д + 4517134

4-16(16) + 4,517134

С

д

4-5(5)

+1,800159

(11)

(10)

Понятно, что <^4-5(5)^ ¿^446(16); эти коэффициенты зависят - см. формулу (8) - от отношения скоростей у5/уст и v16/vсm, которые неизвестны. Предположим, что у5=1,1у16. Тогда уст8ст= = (у5+у16)£к = (1ДУ16+У16)£К=2,1У16£К. Отсюда У16/Уст=5ст/2,18к. По (8) находим: £д4-16(16)-2,366058. Так как У5=1,1У16, то У16=0,909091У5. Уст$ст= (у5+у16)£к=(у5+0,09090 1 у5)£к= 1,909091у5^ И У5/Уст=$ст/1,909091 Бк=1,182005. По (8) определяем:

С^4-5(5)=2,215750. Подставляем найденные значения ^4-5(5) и ^4-16(16) в (11) и получаем: у5=1,309191у16. А мы задавались у5=1,1у16. Делаем следующее приближение - у5=1,309191у16 - и повторяем расчёт. После ряда приближений при заданном у5=1,350291у16 получаем по расчёту у5=1,3502911у16. Расчёт этого отношения можно закончить, так как разница между заданным и рассчитанным значениями у5/у16 составляет всего 0,0000001. При этом ^4-5(5)=2,094972, 16(16)=2,584805, а У16=0,740581У5, Уст^^т, (у5+у16)^к=(у5+0,74058 1 у5)£к=1 ,740581 у58к=У^„. Или у5=у19^„/1,740581^к. Коэффициент сопротивления ЛС от сечения 1-1 до сечения 19-19, приведённый к скорости у19 в питателе Ш [(см. зависимости (2), (7) и (9)]

С-1

9(19)

Сст

Л

ст J

S,

V

S,

+

V ст J

С4-5(5) + Л

'4-5(5)

ст-III d,.

+ С

S

v 1,74058LS. у

V J к У

+С

(12)

2

2

V

ст _

2

ст

п

п

Результаты расчетов по (12), (5), (6) и (3) приведены в табл. 1. Как видно, замыкание кольца привело к уменьшению коэффициента сопротивления С1-19(19) с 0,729 до 0,637. Появление параллельного коллектора привело к падению скоростей в каждой из линий, к снижению потерь на трение и в местных сопротивлениях, что и вызвало уменьшение С1-19(19), рост ,«1-19(19), у19 и Q19 по сравнению со случаем, когда питатель Ш работал при разрыве кольца в сечении 16-16.

Когда в гидравлически замкнутой ЛС работают питатели II и Ш (см. рис. 1), в питатель Ш поступает жидкость из сечений 8-8 и 9-9, а в питатель II - только из сечения 7-7, да и то не вся. В рассматриваемом кольце имеются два разных потока: один против часовой стрелки (16-13-9), другой - по часовой стрелке (5-6-78). Движение жидкости в сечении 8-8 - справа налево. В данном случае при работе двух питателей это определяется легко. Потоки встречаются на входе в питатель Ш в точке A (рис. 2), которая называется точкой водораздела или ну-

левой точкой [5, с. 216-217]. Мысленно разрезаем наше кольцо по намеченной линии водораздела и получаем сеть, изображенную на рис. 2. Далее по обычным формулам подсчитываем потери напора для линии 1-16-13-9-19' ^-16-9-19' и для линии 1-5-8-19" ^-5-8-19». После этого сопоставляем между собой две найденные потери напора. Если ^-16-9-19^1-16-9-19", то заключаем, что напоры в точках A' и A" будут одинаковыми, что и должно быть, поскольку точки A' и A" представляют собой физически одна точку A. Следовательно, получив указанное равенство, можем утверждать, что мы правильно задались величинами расходов Q7, Q8 и Q9. Если указанное равенство не получается, то приходится изменять величины этих расходов, а иногда и переносить точку водораздела, например, в точку B - в точку входа жидкости в питатель II (см. рис. 2). При этом обращаемся ко 2-й, 3-й и последующим попыткам, добиваясь того, чтобы приведенное выше равенство было выдержано с нужной точностью. Составим УБ для сечений 1-1 и 18-18 (для пути через сечения 2-2,. 5-5,... 7-7)

Н + Р =

7

С + А

1 к!

а — +

С-5(5) + А

I,

'4-5(5) й

■ + С

^ к2 Л

а

2 Я

+

С. + А-^ +1

\кк + Р

2Я 7

(13)

и для сечений 1-1 и 19-19 (для пути через сечения 2-2,. 16-16,. 13-13,. 9-9) I

Н + Ь. = 7

Ст +А

^ к2 а-ст +

ст у

2Я

С4-16(16) + А

I 1

ст - III (16-9) ^ ^ Г

где С18 - коэффициент сопротивления на ответвление части потока из сечения 7-7 коллектора в питатель II с выходным сечением 18-18. Потребуется также подсчитывать £8 - коэффициент сопротивления на проход жидкости из сечения 7-7 в сечение 8-8 при ответвлении части потока из сечения 7-7 в питатель II. £18 находим по соотношению [9, с. 112-115]

Сот. 4 + Ф„ / ^ )2 К / ^ )2,

а С8 - по следующей зависимости

С = 0,4(1 - v /v )2/(v / V )2

^ пр ? \ пр к / \ пр к /

(15)

(16)

< í а+

19 +

Рис. 2. Схема для расчета при работе питателей II и Ш

где ^ и ^р - ск°р°сти металла в коллекторе до и Запишем очевидные равенства: после ответвления части потока в питатель, м/с;

vn - скорость жидкости в питателе, м/с; т - коэффициент. Для нашего случая при £п/£к=0,317 т=0,15. Коэффициент Спр получается приведенным к скорости проходящего потока vпр, а Сотв -к скорости в питателе vn.

2 = Ост = Кст 8ст = 05 + 016 = К ^к + =

= + 019 = К1А + К19^п '

(17)

08 = К8^к = 07 - 018 = К7^к - К18^п ,

2x9 =К 1«£п = 08 + 09 = КА + К9 ^к

(V18/19V19 + V19 )S„ =

Как видно, у нас 3 уравнения - (13), (14), (17) - и 6 неизвестных величин скоростей усм, у5, у8, у16, у18,у19 и двух коэффициентов и С18, зависящих от отношений у8/у7 и у18/у7, которые тоже неизвестны, см. формулы (15) и (16). Казалось бы, задача не поддается решению. Поступим таким сти у19 - площадь питателей (учитывает работу образом. Введём следующие обозначения: У18/19=У18/У19, Л^М, У^Мб. А б8=Х07, У7=УВ/Х, б1б=б5/>, у16=У5/У, У5=У6=У7, У9=УЮ=^=У15=У16. Расход жидкости в системе

Q = (v18 + V19 )Sn = (v18 = V19 (v18/19 + Ф„ = V19Snp(19)

где Snp(19) = (1 + V18/19 К - приведенная к скоро-

обоих питателей). А vcm=v19Snp(19)/Scm. Аналогично записываем:

Q = (V18 + V19 К =

V18 +■

18

V

Sn = V18

18/19

1 + ■

V

Sn = V18S,

пр(18)

18/19 J

где °пр(18)

ем также:

1 + -

V V18/19 J

S„

- приведенная (к скорости vi8) площадь питателей. И vcm=v18Snp(18)/Scm. Име-

Q = Vcm Scm =(V5 + V16)SK =

V.

V5+—

sk = V5

V5 = Vcm

V y J

У Snp(18)

1

1 + -

V y J

К

у sc =

1+у к v181+у к

= V

Теперь выражение (13) можно записать так:

H = а^ 2g

1 1 cm £cm +Á~c~

i y s. v (

пр(18)

S„

+

4-5(5) + А

l Y yS

lcm-II ! £ S i d„ £

пр(18)

(1 + y)S

Выражение в квадратных скобках (за исключением "1") - это коэффициент сопротивления системы от сечения 1-1 до сечения 18-18 Z\-18(18). Принимаем (произвольно): x=v8/v7=0,4, y=v5/v16=1,6, v18/19=1. При x=0,4 Z8=0,9, а Z18=0,429714, см. формулы (15) и (l6). Для y=16 по (8) находим, что ZV5(5)=2,018579, а ZV 16(16)=2,827562. Результаты расчетов: Z1-18(18)=1,178541, ^1-18(18)=0,677512, v18=1,723946 м/с, Q18=110,405056 10-6 м3/с.

к J

+£18+1 d

(18)

Для питателя Ш (линия 1-16-19) действительны следующие соотношения:

б = Усм ^т = (у5 + У1бК =(>^16 + У1бК = У16(> + ^к

1 К,

1 К

= V,

пр(19)

10 9 cm л , С1 19 1 , О

1 + y sk 1 + у sk

И выражение (14) будет выглядеть так:

H = а^

2g

d

i Ys Л

i™, Snn(19)

пр(19)

К

+

£4-16(16) + А

Выражение в квадратных скобках (за исключением "1") - это коэффициент сопротивления системы от сечения 1-1 до сечения 19-19 (для линии 1-16-9) С1-19(19). Подсчитываем: Сы9(19) = =0,971933, ^1.19(19)=0,712121, у19=1,812009 м/с. 019=116,044835 10'' р=р18+р19=222,582933

+0,488753 м/с. ¿5=2у/(1+у)=13б,974112 10-6 м3/с. у5=Q5/Sк=0,б7870б м/с. ¿16=б/(1+у)=85,б08820 10-6 м3/с, у1б=£1бДм=0,424191 м/с. Значения

м3/с. Расход в системе 10-6 м3/с. vaT=Q/Scm =

-6 . .3 /

cm - III (16-9) ~d„

+ 3£

Y S,

пр(19)

(1+y)S к

+£n + ^+1

. (19)

отношений х=0,4, у=1,б и уш19=1 были взяты произвольно. Предположим, что в результате расчётов у=1,б и у18/19=1 не изменились. Найдем х. Расход р8=р5 - ^18=2б,5б9057 10_б м3/с, а скорость у8=08/^к=0,131б49 м/с. Отношение х=у8/у7=у8/у5=0,193971. А мы задавались х=0,4.

В системе должно быть следующее равенство: р9=р8 Проверим это соотношение. Составим УБ для сечений 1-1 и 8-8:

1

2

2

2

2

Н + =

Ст + ^

<ст у

^ V2 '

а-ст +

Сд4-5(5) +А-

"+С

1 V2 1 а — +

г /2 ,

С8 + ^ + 1

а

^ + Р 7

(20)

где l - расстояние между питателями II и Ш; 1=0,1 19 м. Заметим, что р8фра. Запишем (20) так:

Н = = н -7

Ст +Л

\ ,,2 /

а-

2

^-5(5) + С ^ -

V <к У 2£

С + Л~— + 1 2<

2

а

(21)

Подсчитаем по формуле (16) £8 для отношения х=0,193971: £8=6,906939. Все величины в (21) известны. Находим, что ^=0,256159 м. Составим УБ для сечений 1-1 и 9-9 (линия 1-16-9):

Н + ^ =

7

/

Сст

<ст у

/ 1 V2

2^

С4-16(16) + 1

I -I /2

1ст - III (16-9) 1 /2 | с \

о*+&

2ё 7

(22)

р9Фра. Выражение (22) запишется следующим образом:

Н9 =

Р9 - Ра

7

= Н -

С ст +1

а-

2£

С

д

4-16(16)

I -1/2

Т^ст - III (16-9) 1 /2

+ зс +1

а

2 £

(23)

Определяем по (23): H9=0,272746 м. Напор Н9 в сечении 9-9 больше напора Н8 в сечении 8-8 на 0,016587м. В данной ЛС с одним стояком и двумя работающими питателями это невозможно. Поэтому задаемся следующими величинами: х=у8/у7=0,193971, _у=г5М6=1,6 и Полу-

чаем: Н9 - Н8=0,017906 м, х=0,180700,

У18/У19=0,116880.

Действуя таким образом, получаем, что при х=0,1391059, >=1,43712931 и У18/У19=1/03108789. Н9 - Н=-2,2, 10-9 м. При этом по расчету х=0,13910596, а у^/у^ =1,03108791. По -видимому, разность Н9 — Н8 можно привести к любой наперед заданной бесконечно малой величине, хотя в системе неизвестных больше, чем уравнений. Понятно, что разность напоров в 10- м бессмысленна. Нужно было убедиться в работоспособности предлагаемой методики расчета.

Поступая аналогичным образом, находим характеристики ЛС при разном количестве работающих питателей (табл. 2). Как следует из табл. 1 и 2, отличие опытных данных от расчетных невелико (тах 2,5% по расходу в ЛС и тах 5,5% по расходу в питателе) и даже ставит под сомнение результаты работы. Хотя это отмечалось и при исследовании ЛС, перечисленных в начале статьи. Но ошибок ни в расчетах, ни в постановке экспериментов, ни в обработке опытных данных найдено не было. Даже на такой сложной ЛС как кольцевая, УБ не дает каких-либо сбоев и вполне согласуется с опытными данными. По-видимому, УБ можно использовать при расчетах систем с переменным расходом (массой). По крайней мере, для ЛС это доказано экспериментально. Впечатляет ЛС из питателей 1-Ш, когда

по линии 16-13-9 нет раздачи потока, и он целиком подходит к питателям Ш и II, а точка водораздела находится в В (см. рис. 2).

Как видно, по предлагаемой схеме можно решать систему, когда число неизвестных превышает число уравнений. Вначале произвольно задаемся множеством неизвестных величин, вроде бы не связанных друг с другом (для питателей НП это Г17М8, У18М9, г5М6, у7/у6, у8/у9). И получение заданной величины разности Н8 - Н7 при подборе перечисленных величин ведет к решению системы уравнений, описывающих работу данной ЛС. То есть УБ «перемалывает» все таким образом, что разность давлений справа и слева около нулевой точки стремится к нулю только при определенных значениях других величин. Попытки сделать его равным 0 только за счет какого-то одного фактора предпринимались, однако остальные факторы - заданные в начале и получившиеся в результате расчета -становились неприемлемо разными. Нужно менять все влияющие на работу ЛС факторы. А экспериментально процесс истечения жидкости устанавливается очень быстро, за 3-5 с, даже при резком «перекосе» в системе, когда работают, например, питатели НП и VII. Питатели «знают» свою скорость истечения жидкости. По-видимому, происходит нечто такое, что ещё предстоит понять. Здесь потребовалось рассчитывать приведенные площади для всех питателей, например, 8пр(17), 8пр(18) и 8пр(19) при работе питателей НП. В исследованных ранее ЛС можно было находить приведенную площадь питателей только для скорости в жидкости в одном из питателей.

ст - II

7

8

ст

ст

ст у

2

2

V

V

9

ст

ст

ст у

Таблица 2. Характеристики ЛС при работе нескольких питателей

Рабо- Характеристики системы

тающие Cl-19(19) M1- V19 V18 V17 Й9 q Qo,

питатели 19(19) эксп V19 эксп V18 эксп V17 ?-\эксп Q19 Qэксп %

м/с м/с м/с см3/с см3/с

II, III* 1,530 0,629 1,600 1,514 102,46 199,36 -1,89

1,626 1,547 104,13 203,21

II,III 1,105 0,689 1,754 1,808 112,32 228,13 +1,14

1,770 1,752 113,35 225,56

I, III* 2,470 0,537 1,366 1,292 1,128 87,48 242,42 -1,89

1,374 1,319 1,166 87,99 247,10

I, III 1,639 0,616 1,566 1,556 1,514 100,30 296,92 +2,17

1,525 1,558 1,455 97,66 290,62

I, III, 2,365 0,545 1,387 1,432 1,301 88,83 358,08 +2,52

VII** 1,390 1,362 1,207 88,99 349,29

I, III, V, 3,031 0,498 1,267 1,259 1,119 81,16 390,23 +1,35

vi*** 1,256 1,209 1,098 80,42 384,96

I VII**** 4,775 0,416 1,059 0,945 0,811 67,81 427,68 +1,20

1,004 0,954 0,830 64,31 422,62

Примечание: * - гидравлическая система разомкнута в сечении 16-16; ** - у23=1,471 м/с, у23экси=1,433 м/с; *** -у21=1,291 м/с, у21эксп=1,277 м/с, у22=1,157 м/с, у22эксп=1,171 м/с; **** - С1-20(20)=4,904; ,м1-20(20)=0,412, у20=1,047 м/с, у20эксп= 1,024 м/с

Выводы: впервые теоретически и экспериментально исследована кольцевая литниковая система. Получено хорошее соответствие расчетных и опытных данных. Для теоретического исследования таких систем создана и зарегистрирована в государственном реестре программа для ЭВМ [10].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Васенин, В.И. Особенности расчета расхода металла в литниковых системах // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 1988. № 1. С. 103-106.

2. Васенин, В.И. Расчет расхода металла в разветвленной литниковой системе // Литейное производство. 2007. № 4. С. 5-8.

3. Васенин, В.И. Исследование комбинированной литниковой системы / В.И. Васенин, А.В. Богомяг-ков, К.В. Шаров // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Том 14, № 3. С. 77-81.

4. Патент РФ на полезную модель № 114894 от 5.12.2011 "Стенд для исследования литниковых систем" / В.И. Васенин, А.В. Богомягков, К.В.

Шаров // Изобретения. Полезные модели. 2012. № 11. С. 49.

5. Чугаев, Р.Р. Гидравлика. - М.: изд-во «Бастет», 2008. 672 с.

6. Токарев, Ж.В. К вопросу о гидравлическом сопротивлении отдельных элементов незамкнутых литниковых систем // Улучшение технологии изготовления отливок. - Свердловск: изд-во УПИ, 1966. С. 32-40.

7. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. - М.: Машиностроение, 1992. 672 с.

8. Васенин, В.И. Исследование местных сопротивлений литниковой системы / В.И. Васенин, Д.В. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров // Вестник ПНИПУ. Машиностроение, материаловедение. 2012. Т. 14, № 2. С. 46-53.

9. Меерович, И.Г. Гидродинамика коллекторных систем / И.Г. Меерович, Г.Ф. Мучник. - М.: Наука, 1986. 144 с.

10. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615883 от 27.06.2012 "Расчет кольцевой литниковой системы" / В.И. Васенин, А.В. Богомягков, К.В. Шаров // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2012. № 3. С. 128.

RESEARCHES OF RING GATE RUNNER SYSTEMS

© 2013 V.I. Vasenin, A.V. Bogomyagkov, K.V. Sharov

Perm National Research Polytechnical University

The description of laboratory ring gate runner system is provided. Results of theoretical and experimental determination of speeds and liquid flow rate depending on quantity of at the same time working feeders are stated. Good coincidence of calculated and experimental data is received.

Key words: gate runner system, pouring gate, collector, feeder, resistance coefficient, flow speed, liquid flow rate

Valeriy Vasenin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor. E-mail: vaseninvaleriy@mail.ru); Aleksey Bogomyagkov, Post-graduate Student; Konstantin Sharov, Post-graduate Student