Прибор для определения угла откоса песков малый

Лабораторная работа № 6

Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта

Естественные грунты представляют собой пористое пространство, способные пропускать гравитационную воду. Эта способность называется водопроницаемостью. Численно водопроницаемость характеризуется скоростью движения гравитационной воды в порах при градиенте, равном единицы.

В условиях ламинарного движения количество воды, протекающей через поровое пространство площадью А в течение времени t по закону Дарси равно:

, где:

К_ф – коэффициент водопроницаемости (фильтрации);

I – гидравлический градиент, равный отношению потери напора на участке фильтрации

, где:

H₁ – напор в начальном сечении фильтрации;

H₂ – напор в конечном сечении пути фильтрации.

L -путь фильтрации.

Коэффициент фильтрации (К_ф) измеряется в см/с, м/сут, см/год…..

Средние значения К_Ф в м/сут. для грунтов

Пески	10 -1 ……10 -4
Супеси	10 -3 ……10 -5
Суглинки	10 -5 ……10 -8
Глины	10 -7 ……10 -10

Коэффициент фильтрации используется в расчетах при определении консолидации водонасыщенных грунтов (времени затухания осадки фундаментов), притока подземных вод к котлованам, дренажам, подземным водозаборным сооружениям, утечек из водохранилищ…

Определение величины коэффициента фильтрации осуществляется полевыми, лабораторными методами, а также расчетами по эмпирическим уравнениям.

В лабораторных условиях для определения К_ф песчаных грунтов используют фильтрационные приборы: КФ-00, трубку Спецгео и трубку Г.Н. Каменского (рис 6.1).

Необходимое оборудование: прибор КФ-00, термометр, секундомер, глубокая тарелка.

1. Заполнить фильтрационную трубку 4 грунтом 8 и надеть на нее муфту 2 и упорное дно 5, предварительно положив на торцевые поверхности грунта латунные сетки 3 и 6 (рис. 6.1).

При испытании грунта естественной структуры трубу задавливают в монолит грунта. Грунт с нарушенной структурой засыпают в трубку с послойным трамбованием до получения необходимой пористости.

В опытах с тонкозернистыми песками на дно трубки насыпают буферный слой песка из фракций 0,25….0,5 мм на высоту 2…3 мм.

2. Вставить трубку упорным дном во внешний стакан 7 на кольцо подставку, соединенную со шкалой напорного градиента 10. Винтом 9 установить нужный напорный градиент, следя за совмещением соответствующего деления на шкале 10 с верхом внешнего стакана. Заполнить внешний стакан водой и поставить в широкую емкость.

3. В течение 3….4 минут небольшими порциями осторожно наливать воду на верхнюю сетку 3 , пока вода не начнет выливаться из внешнего стакана. Это будет свидетельствовать о полном водонасыщении грунта трубки.

4. Заполнить мерный баллон 1 водой и измерить ее температуру. Зажав отверстие баллона большим пальцем и, опрокинув, вставить в муфту 2 до соприкосновения с сеткой 3. В таком виде баллон автоматически поддерживает над грунтом постоянный уровень воды 1…2 мм. Когда последний вследствие фильтрации понижается, в баллон прорываются пузырьки воздуха и соответствующее количество воды вытекает из него. Этим достигается постоянство напорного градиента. Если в баллон прорываются крупные пузырьки воздуха, то это свидетельствует о значительном удалении горлышка от поверхности грунта. Следует баллон опустить на 1…2 мм ниже и добиться равномерного просачивания мелких пузырьков воздуха в процессе опыта.

5. В условиях равномерного появления мелких пузырьков воздуха в баллоне определить время t фильтрования Q = 10 мл воды. Опыты проводят при различных первоначальных положениях уровня воды в баллоне.

6. Изменяют напорный градиент винтом 9. Доливают воду во внешний стакан и повторяют операции п.5, а при необходимости п.4.

7. Занести данные измерений в журнал (табл. 6.1). Определить значения К₁ по таблице 6.2 или по уравнении.:

, где

Q — расход воды, равный 10 мл;

F – площадь поперечного сечения цилиндра, равная 25 см 2 ;

I – напорный градиент;

τ = (0,7 + 0,003t) – температурная поправка;

864 – переводной коэффициент из см/с в м/сут.

рис. 6.1 Схематический разрез прибора КФ-00 для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов:

1 — мерный баллон; 2 — муфта; 3 и 6 -латунные сетки; 4 – фильтрационная трубка; 5 – упорное дно; 7 – внешний стакан; 8 – образец грунта; 9 – винт для вертикального перемещения фильтрационной трубки; 10 – шкала напорного градиента

Результаты определения К_ф песка

Номер опыта	Напорный градиент	Температура воды, С 0	Время фильтрации	Коэффициент К₁	Примечания
1,0	А=25 см 2
0,8	Q=10 см 3
0,6	К_ф=К₁/t
t-время фильтрации

Величина К₁ для определения К_ф песков

№№	t 0 C	I = 0.6	I = 0.8	I = 1.0
576.0	432.0	345.6
559.2	419.3	335.5
543.3	407.5	325.9
520.4	396.3	317.0
514.3	384.8	308.6
500.9	375.6	300.4
488.1	366.1	292.9
476.0	359.8	285.6
464.5	348.3	278.6
453.4	340.1	272.1
443.0	332.3	265.8
433.1	324.8	259.8
423.5	317.6	254.1
441.3	310.3	248.6

Значение К_ф принимается среднеарифметическим из всех опытов.

Примечание: Значения напорного градиента I рекомендуется принимать равным 1,0; 0,8 или 0,6 с целью использования данных табл. 6,2.

Коэффициент фильтрации песков можно вычислить по формуле:

, где — расход воды в мл; t – время в секундах.

Лабораторная работа № 7

Определение угла естественного откоса для песков.

Углом естественного откоса ψ для песков называется угол, под которым располагается свободно осыпавшийся песок. Под этим углом неукрепленный песчаный откос сохраняет предельное равновесие.

Рыхлые сыпучие пески, кроме пылеватых, глинистых, имеют угол естественного откоса ψ, который близок к их углу внутреннего трения ( в основном ψ‹φ). Угол ψ используется для назначения безопасных откосов без крепления при производстве земляных работ.

Определение величины ψ осуществляется на приборах типа УВТ – 2 (рис 7,1).

Необходимое оборудование: прибор УВТ – 2, совок, шпатель, фарфоровая ступка с резиновым пестиком.

1. Образец песчаного грунта довести до воздушно-сухого состояния и методом квартования отобрать пробу массой около 1 кг.

2. Установить резервуар 2 прибора на ровную поверхность и в его центре поместить мерительный столик 4 с опорами 5 и центральной шкалой 1. На столик 4 надеть обойму 3, заполнить ее сверху отобранной пробой песка с легким постукиванием.

3. Взять большим и средним пальцами горловину обоймы, а указательный упереть в головку шкалы. Осторожно вертикально снять обойму. По вершине образовавшегося песчаного конуса взять отсчет на шкале в градусах и записать его в журнал лабораторных работ.

4. Повторить операции пп.2 и 3. Расхождения между полученными результатами не должно превышать 1 0 . За величину ψ принять среднее арифметическое значение.

Прибор освободить от воды и грунта.

1. Для водонасыщенного песка значение ψ на 2 0 …. 3 0 меньше, чем для сухого.

2. Центральная мерная шкала имеет деления 5…45. Каждое деление соответствует 1 0 в угловом измерении.

рис. 6.1. Схематический разрез прибора УВТ-2 для определения угла естественного откоса песков:

1 – центральная шкала; 2 – резервуар; 3 – обойма; 4 — мерительный столик; 5 – опора; 6 – образец грунта.

Читать еще: Какие болезни для откоса от армии

Устройство для определения угла естественного откоса порошкообразных материалов

Номер патента: 478192

Текст

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл.С 011 13/О С 01 с 9/О явкиприсоединением 3) Приоритет -Гасударственный намнт Саавта Ннннстраа ССС па делам нэоаретеннй и атнрытнй.8(088,8) 07,75 Бюллетень 27 Опубликовано ата опубликования описания 29.07.7(72) Авторы изобретен 1, Топор Шацдор и вого Красного Знамени институт физической хиь АН СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ меряется с помо коробки угловой Однако известный прибор не дает возможности проводить непрерывные измере-. ния угла естественного откоса, Дпя измерения требуется сравнительно большое ко пичество материала. Затруднено его дистанционное использование, Прибор не позволяет определять угол сцепления, больший 45 о, что может иметь место при сильном сцеплении частиц, например в ультравысоком вакууме и при высоких температурах.Кроме того, при измерении угла естественного откоса методом поворота емкости с порошком на заранее заданный угоп в действительности измеряется не угоп откоса, а некий угол, лежащий между углом обрушения, и углом естественного откоса. Если для крупнозернистых несвязанных орошкообрвзных материалов разшща между углами обрушения и откоса сравнитепьно невелика, то дпя высокодисперсных порошков, у которых сцепление между отдепьными частицами достигает знвчитепь-,ест аю роб тьс короб ся а гориз ветс Изобретение относится к технике проведения производственных испытаний различных порошкообразных материалов.Одной из важнейших характеристик, определяющих механические свойства дисперсных материалов, является угоп внутреннего трения материала, обычно отождествляемый дпя несвязанных дисперсных материалов с углом естественного откоса.Угол естественного откоса — это максимальный угол наклона поверхности свободно насыпанного порошка к горизонтальной плоскости. звестен прибор для определения угла твенного откоса сыпучих материапов, ором норошкообразный материал засы- в открытую сверху пластмассовую ку, имеющую возможность поворачия вокруг горизонтальной оси. Коробшопнена в виде трехгранной призмы ом при вершине 90 о. При поворотеоки на 45 часть материала ссыпает- оставшаяся часть образует с нижней онтапьной стенкой угон который счия углом естественного откоса и из-фь ю нанесенной на стенку калы с точностью до 1 оной величины, различие между вышеуказанными углами может достигать 100%.Цель изобретения — повышение точности измерения угла откоса малых количествпорошков в вакууме, 6Поставленная цель в устройстве достигается тем, что изучаемый материал помещают вгоризонтально расположенныйкварцевый цилиндр с шероховатой внутренней поверхностью, который может вращать- фся вокруг горизонтальной оси. При медленном вращении цилиндра на некотором углеповорота, характерном для каждого материала (угол обрушения), материал ссыпается, и максимальный угол наклона поверхности материала в этот момент и является углом естественного откоса, Уголоткоса определяется визуально с помощьюгониометра,На фиг, 1 и 2 изображено предлагаемое устройство,Устройство состоит из цилиндра 1, при-,вода 2 для врашения его вокруг горизонтальной оси и гониометра 3 для оптических визуальных измерений угла естест 25венного откоса порошка,Билиндр изготовлен из прозрачного материала, например кварца. Внутренняя боковая поверхность цилиндра для устранения30проскальзывания порошка относительно егоповерхности делается шероховатой илиснабжается ребрами.Для облегчения визуальных наблюденийдно (торец) цилиндра оптически полируется,В качестве привода для вращения цилиндра вокруг горизонтальной оси используютэлектромотор с редуктором.Устройство работает следующим обраНавеску испытуемого порошкообразного материала 4, взятого в количестве, достаточном для заполнения приблизительно 1/3 объема цилиндра, засыпаются через отверстие в соединительном фланце, в цилиндр 1, После этого цилиндр укрепляют на горизонтальной оси 2. Настраивают гониометр 3 и включают мотор,При медленном повороте цилиндра с порошком имеется возможность точно определить величину угла обрушения порошка. (угол поворота, при котором происходятобрушение и ссыпание слоя), В этот момент вращенщ цилиндра прекращают и измеряют угол, образованный порошком после обрушения, с горизонтальной плоскостью, Этот угол и является углом естественного откоса. Затем процедуру повторяют.Устройство может быть помещено в высоковакуумную камеру (наблюдения при этом осуществляются через окно в стенке камеры). Появляется возможность измерять угол естественного откоса при различных, в том числе и повышенных, температурах.Предмет изобретенияУстройство для определения угла естественного откоса порошкообразных материалов, содержащее емкоспь из прозрачнс. го материала, привода для вращения ее вокруг горизонтальной оси и приспособления для измерения угла, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения угла откоса малых коЛичеств порошков в вакууме, емкость вынониена в форме цилиндра с нн.роховатой внутренней поверхностью.

Заявка

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ШАНДОР ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИСЛАВОВИЧ, ТОПОРОВ ЮРИЙ ПАВЛОВИЧ

Что такое песколовки для очистки сточных вод, какие существуют виды, а также принцип их работы

Сточные воды, образованные в процессе промышленной и хозяйственной деятельности человека, имеют вредные для природы примеси и должны быть очищены перед сбросом их в естественный водоем. Для этого строятся очистные сооружения, включающие в себя целый комплекс мероприятий по очистке отработанных вод.

Чтобы система очистки и водоотведения не выходила из строя из-за мелкого мусора, песка, частиц грунта, находящихся в сбросах, а природные водоемы получали пригодную для жизни воду, используют песколовки.

Для чего служит?

Применение песколовок в системах для очистки воды вызвано тем, что в отстойниках трудно отделить минеральные загрязнения от органических. Возникают сложности в удалении осадка.

Система забивается мусором, вода с трудом проходит по трубопроводу, а это снижает производительность ее работы.

Поэтому конструкторами разработаны пескоуловители, которые монтируются после решеток перед первичными отстойниками.

Они также могут быть использованы как самостоятельная единица в бытовых или мелких промышленных целях, но лишь в тех случаях, когда сточная вода после прохождения через пескосборник пригодна

для дальнейшего использования в производстве
или сливу в естественные водоемы.

То есть, когда она не представляет собой опасности для окружения.

Тогда устройства монтируют в трубопровод перед входом в канализацию. Это может быть, например, в цехах на предприятиях общественного питания, под мойку в ресторанах, кафе. В остальных случаях устройства для песка являются частью системы очистки.

Принцип работы

Принцип действия песколовки использует гравитационные силы для осаждения тяжелых минеральных примесей при замедлении скорости потока воды. Так как песок тяжелее воды, то он стремится упасть вниз.

Одним из важных моментов при конструировании песколовки является расчет скорости течения воды. Она должна быть такой, чтобы тяжелые минеральные примеси оседали на дно за время прохождения по песколовке, а легкие органические – не успевали сделать это и уносились потоком. В таком случае происходит отделение минеральных загрязнений от органических.

Согласно практике, наилучшая скорость для эффективной работы в песколовках с горизонтальным движением воды находится в пределах от 0,15 до 3,0 мм/с. Если скорость ближе к низкой границе, то в осадок успевает выпасть много органических примесей, что крайне нежелательно. Поэтому нужно поддерживать скорость, близкую к ее верхней границе, т.е. 3,0 м/c.

Читать еще: Отношения пошли под откос

Однако, расход воды не остается постоянным в течение суток, поэтому и скорость ее течения иногда падает, органические включения успевают выпасть в осадок вместе с песком. Для решения этой проблемы песколовки делают из нескольких рабочих отделений, а автоматическое закрытие и открытие одной из них регулирует скорость движения вод.

Из чего состоит?

Конструкция и размеры песколовки во многом зависят от того, какие примеси должны удаляться. Для работы со связанным песком (смесь твердой органики и песка) используют длинные пескоуловители, либо их оборудуют механизмом отмывки.

Основными элементами оборудования являются:

главный резервуар, состоящий из двух частей: рабочей, по которой проходит сбрасываемая вода, и осадочной для сбора песка, а также двух патрубков – входного и выходного;
механизм для перемещения осадка в сторону приямка;
приспособление для удаления песка из контейнера.

Песочный контейнер располагается в головной части под рабочим резервуаром. Может быть также расположен сверху. Выпавший на дно песок перемещается в бункер скребками или гидромеханическим путем — водой, которая впрыскивается через трубы, проложенные по дну.

Для нормального функционирования оборудования следует вовремя убирать выпавший в осадок песок. На небольших устройствах его убирают вручную.

Если в сутки набирается более 0,1 м 3 осадка, то должно быть обеспечено его механизированное удаление.

В зависимости от конструкции выгрузка песка проводится

песковыми насосами,
гидроэлеваторами,
шнеками,
ковшами.

На крупных очистных станциях осажденный песок из бункера подают на специальные площадки, где он обезвоживается.

Для этого используются:

гидроциклоны,
шнековые ценрифуги,
гидравлические и механические пескопромыватели,

после чего обработанный песок, без риска для окружающей среды, можно повторно использовать.

Какие виды бывают?

Все песколовки работают по одному принципу осаждения песка под действием силы тяжести. Различаются они по характеру перемещения воды в резервуаре и форме самого пескоуловителя.

Самыми распространенными считаются:

Горизонтальные – с течением воды параллельно земной поверхности. Бывают две разновидности:
1. с поступательным течением потока — применяются при количествах сбрасываемой воды до 10000 м3/сут;
2. с круговым движением — эффективны на предприятиях со сбросом до 70000 м3/сут.

Выпавший на дно песок перемещается к бункеру приспособлениями в виде щеток. В это время происходит его частичная очистка от органики.

Вертикальные – имеют вертикальный рабочий резервуар, в котором вода подается у основания и движется снизу-вверх.Из-за больших размеров не имеют популярности в автономных системах очистки и применяются редко.

Щелевые – используются на каналах и имеют несколько щелей в дне канала, под которыми расположены бункеры для песка. Из-за невысокой эффективности они находят применение там, где сток воды до 5000 м3/сут.

Тангенциальные – такие, в которых воде придается винтовое движение. При этом, усиливается отмывание органических загрязнений от песка. Такая установка имеет форму цилиндра, и вода в ней подается по касательной. Применяются при объемах стока до 50000 м3/сут.

Аэрируемые пескоуловители напоминают параллелепипед, на одной из граней которого по всей длине установлен аэратор – труба с небольшими отверстиями, через которые подается воздух. Аэратор крепится в полуметре от дна. Под ним размещается емкость для песка. Они эффективны при стоке до 10000 м3/сут. В аэрируемых моделях в осадок попадает до 90% минеральных загрязнений.

Наибольшую популярность получили горизонтальные конструкции с круговым движением. Они экономичнее таких же моделей, но с поступательным перемещением воды и аналогичной выработкой.

Расчет основных параметров

Как для бытового, так и для промышленного использования существуют песколовки разного размера и эффективности.

Для определения того, какой пескоуловитель нужно приобрести по размерам и производительности, следует провести расчет, имея при этом следующие данные:

объем сбрасываемых вод;
параметры загрязненности;
скорость движения потока;
суточный объем осадка;
территориальные условия для установки.

Рассчитаем габариты конструкции горизонтального блока с прямолинейным течением воды, состоящей из двух основных частей: рабочей и осадочной.

Пример.

объем сбрасываемых вод – 130000 м3 или qmax=1,50 м3/с (130000/24/3600);
допустимая скорость потока – 0,15-0,30 м/с;
гидравлическая крупность осаждаемого песка – 18-24 мм/с;
планируемое количество жителей – 415300 чел.

Выбирают три отделения, исходя из расчета 50000 м3/сут.
Определяют необходимую площадь сечения одного отделения:

ω=q_max/vn, где

v – средняя скорость потока, м/с;
n- количество отделений;
ω=1,50/(0,25×3)=2,0 м^2.

L=1000KHv/u, где

K – коэффициент, берется из таблицы;
H – глубина проточной части, принимается для типовых моделей в пределах от 0,5 до 2,0 м, принимается 1,0 м;
u – гидравлическая крупность песка, мм/с, берется из таблицы.

L=(1000⋅1,3 ⋅1⋅0,25)/24,2=13,43 м.
Находят ширину одного отделения, м:

B=2,0/1=2,0 м.

Исходя из полученных размеров песколовки, выбирают стандартную из таблицы или проектируют индивидуально.

Скорость стока при разных значениях:

υ_max=1,50/(2⋅1⋅3)=0,25 м/с.
Время нахождения в рабочей части:

T=13,43/0,25=53,72 с.
Рассчитывают количество осадка за сутки м3/сут:

W_сут=(Nq_2)/1000, где

N – планируемое число жителей;
q_2– удельное количества песка, берется из таблицы.

W_сут=(415300⋅0,02)/1000=8,31 м^3/сут.
Находим объем одного контейнера:

W_о=(8,31⋅1)/3=2,77 м^3.
Находят глубину контейнера:

h=2,77/2^2 =0,69 м.
Рассчитывают высоту осадка песка на дне:

h_ос=(8,31⋅3)/(2⋅3⋅13,43)=0,31 м.
Делают расчет полной строительной высоты:

Получен расчет габаритов горизонтальной песколовки, которыми необходимо руководствоваться при проектировании оборудования:

ширина,
высота
и длина.

BхHхL=2 х 1,81 х 13,43 м.

Примерные схемы основных видов современных пескоуловителей можно посмотреть ниже.

Для удаления минеральных взвесей из сточных вод могут быть также использованы другие устройства:

гидроциклоны
и центрифуги.

Их конструкции работают благодаря вращательному движению жидкости, оно производит разделение частиц с различным удельным весом. Более тяжелые падают вниз, легкие – уносятся водным потоком.

На что следует обратить внимание при покупке?

Конструкция пескосборника должна обеспечивать равномерное движение сбрасываемой воды в течение суток и состоять из двух и более отделений. Бункер для сбора песка рекомендуется подбирать по объему, рассчитанному на двухсуточную норму песка. Диаметры входящего и выходящего каналов должны соответствовать производительности очистной системы.

Цена на пескоуловители зависит от модели устройства, которая, в свою очередь, имеет разные модификации согласно своей производительности, размеров и материла.

Самыми дешевыми считаются бытовые модели из пластика. Они могут быть порядка 1500 рублей.
Чуть дороже — сделанные из полимербетона и металла.
Самые дорогие – промышленные из бетона, могут иметь цену в несколько сот тысяч рублей.

Например, в Москве и Санкт-Петербурге можно купить песколовку под мойку модели, которая представлена двумя сериями «стандарт» — экономичный вариант и «профи» — со сменными элементами для простоты обслуживания.

Разница в конструкции отражается на цене.

К примеру, модель ПЭ-1,5-100:

серии «стандарт» стоит 14950 рублей;
серии «профи» — 19700 рублей.

Модель для промышленных целей ПЭ-36-5000 с пиковым сбросом 5000 л выполнена в трех модификациях:

вертикальная стоит 149200 рублей;
горизонтальная – 149200 рублей;
прямоугольная – 181700 рублей.

Полезное видео

Предлагаем посмотреть видео, в котором наглядно продемонстрирован принцип работы песколовок.

Заключение

Использование песколовок для очищения сточных вод от песка, известняка, частиц грунта и другого мелкого мусора минерального происхождения оправдано полученными результатами.

Срок службы и качество работы некоторых частей очистных механизмов тем выше, чем меньше в сточных водах загрязнителей, которые разрушают устройство. После обработки собранного из отработанного стока песка уменьшается вероятность загрязнения окружающей среды.