Устройство для гидродинамической оценки прочности полидисперсных материалов при полном влагонасыщении

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в области сельского хозяйства для гидродинамической оценки прочности полидисперсных материалов в гидротранспорте, например глин, песков, эрозионной устойчивости почв. Сущность изобретения: устройство содержит трубопровод 1 для подачи воды под давлением, диск 2 с образцом грунта 3, верхний диск 4 с трубкой 5 для вакуумметра 8, корпус 6 с отверстием 7 для слива воды. Для повышения точности снятия информации о ходе процесса размыва вакуумметр выполнен с электрическим выходом и соединен с усилителем 9 сигнала, подключенным к аналого-цифровому преобразователю 10, соединенному с ЭВМ. 1 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано для гидродинамической оценки прочности полидисперсных материалов в гидротранспорте, например глин, песков, сапропелей, эрозионной устойчивости почв, критических размывающих и заиляющих скоростей заилений и насосов.

Известно устройство, позволяющее производить оценку прочности почв в условиях полного влагонасыщения, в котором в качестве датчика информации о начале гидродинамического процесса разрушения образца использован осветитель с фотодиодом и собирающей линзой [1] По изменениям светопроводимости потока воды при наличии в нем твердых частиц почвогрунта судят о начале и интенсивности процесса разрушения образца. Однако это устройство работает с относительно разреженным потоком частиц, а при значительном возрастании его плотности качество информации искажается, тем более что стенки сосуда покрываются частицами грунта.

Известно устройство, выбранное в качестве прототипа, включающее нагнетатель жидкости, диски, установленные с зазором параллельно друг другу [2] При подаче жидкость растекается между дисками от центра к его краям по принципу источника. Согласно условию неразрывности потока и уравнению Бернулли при движении жидкости от центра диска к его краям возникает вакуум, величина которого через отверстие в диске измеряется вакуумметром и зависит от скорости движения потока. При этом если в поток поместить образец почвы, то на его поверхность будет воздействовать сила вакуума и сдвига, т.е. нормальные и касательные напряжения. Это обеспечивает отрыв и вынос частиц с поверхности образца. В итоге там, где частицы отрываются от монолита образца, увеличивается размер расходной щели, а скорость истечения при этом уменьшается. По мере того как увеличивается это сечение, определяют устойчивость образца к эрозии (разрушению) силами воды.

Недостатком прототипа является то, что для слабосвязанных быстро размываемых почвогрунтов процесс размыва длится несколько секунд и зафиксировать падение вакуума с помощью манометра с должной степенью точности не представляется возможным. Для процессов, длящихся несколько минут, нельзя вести обработку получаемых данных в ходе эксперимента, что может привести к неверному результату исследований.

Технической задачей изобретения является ввод информации о падении вакуума в электронно-вычислительную машину с помощью вакуумметра с электрическим выходом, усилителя сигнала, аналого-цифрового преобразователя.

Техническая задача решается тем, что в устройство, содержащее трубопровод для подачи воды под давлением, диск с образцом грунта, верхний диск с трубкой для вакуумметра, корпус с отверстием для слива воды, дополнительно введены вакуумметр с электрическим выходом, усилитель сигнала, аналого-цифровой преобразователь и порт ввода-вывода с ЭВМ, последовательно соединенные между собой.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема устройства.

Устройство состоит из трубопровода 1 для подачи воды под давлением, диска 2 с образцом грунта 3, верхнего диска 4 с трубкой 5 для вакуумметра, корпуса 6 с отверстием для слива воды 7. К трубке 5 присоединен вакуумметр с электрическим выходом 8. Схема включает усилитель сигнала 9, аналого-цифровой преобразователь 10 и порт ввода-вывода 11, соединенный с ЭВМ.

Устройство для гидродинамической оценки прочности полидисперсных материалов при полном влагонасыщении работает следующим образом.

На нижний диск 2 с помещенным в него образцом грунта 3 устанавливается с заданным зазором верхний диск 4. Вакуумметр с электрическим выходом соединяется трубкой с отверстием над образцом 3. По трубе 1 от насоса или водопровода подается вода. Одновременно запускается программа снятия и обработки информации в компьютере. Электрический сигнал с вакуумметра передается на усилитель и далее по электронной схеме в ЭВМ. Программа заносит в файл данных текущую величину вакуума с одновременным выводом графического отображения процесса на монитор. Интеграл площади, ограниченной силовой ординатой и абциссой времени испытаний, дает импульс силы, воздействующей на образец, которая определяет функционально прочность со скоростью тока жидкости согласно уравнению Бернулли.

Для построения безразмерных характеристик прочности берут контрольный образец и сопоставляют испытываемые материалы с ним.

Устройство испытано в лаборатории Курского государственного технического университета.

Формула изобретения

Устройство для гидродинамической оценки прочности полидисперсных материалов при полном влагонасыщении, содержащее основание в виде первого диска, по радиусу которого установлены емкости для закладки образцов материалов, а в центре смонтирован подводящий патрубок для подачи воды под давлением, второй диск, установленный с зазором над первым диском и снабженный отверстием с патрубком для подсоединения вакуумметра, при этом отверстие во втором диске расположено над образцом, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и электронная вычислительная машина с портом ввода-вывода на входе, при этом вакуумметр выполнен с электрическим выходом и подключен к усилителю.

РИСУНКИ

Рисунок 1