Регулятор уровня воды
1. РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ВОДЫ, содержащий затвор с консолью, установленный на горизонтальной оси вращения , противовес, закрепленный на рычаге, установленном на горизонтальной оси вращения, и упоры для ограничения поворота рычага, о т л а ющ и и с я тем, что, .с целью повышения его точности и надежности, затвор выполнен в виде ковша, верхняя часть которого выполнена плоской, а нижняя - криволинейной, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, причем затвор установлен вогнутостью в сторону верхнего бьефа. 2, Регулятор по п. 1,отличающийся тем, что рычаг с про тивовесом установлен к консоли затвора под углом, при котором центр (Л тяжести противовеса в закрытом положении затвора расположен на горизонс тальной оси вращения. о 50 4 4 СП ,
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (1!)
Sm 6 053 9/02
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР аз
ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГТИЙ вЂ” ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕ ГЕЛЬСТВУ
7 Ю фис. 1 (21) 3526966/ 18-24 (22) 20. 12.82 . (46) 07.04.84. Бюл. Ф 13 (72) Я.В.Бочкарев, Б.И.Мельников и А.И.Рохман. (71) Киргизский сельскохозяйственный институт им. К.И.Скрябина
"(53) 621.646(088.8) (56) 1. Бочкарев Я.В. Гидроавтоматика в орошении. М., "Колос", 1978, с,. 79, рис. 26.
2. Бочкарев Я.В., Овчаров Е.Е.
Основы автоматики и автоматизации производственных процессов в гидромелиорации. М., "Колос", 1981, с. 136< рис. 63 (прототип). (54)($7) 1. РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ВОДЫ, содержащий затвор с консолью, установленный на горизонтальной оси вращения, противовес, закрепленный на рычаге, установленном на горизонтальной оси вращения, и упоры для ограничения поворота рычага, о т л изч а юшийся тем, что,.с целью повышения его точности и надежности, затвор выполнен в виде ковша, верхняя часть которого выполнена плоской, а нижняя — криволинейной, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, причем затвор установлен вогнутостью в сторону верхнего бьефа.
2. Регулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что рычаг с про тивовесом установлен к консоли за- I твора под углом, при котором центр тяжести противовеса в закрытом поло-. жении затвора расположен на горизонтапьной оси вращения.
1084757
Изобретение относится к ирригации в частности к технике автоматизации водозаборных узлов на участках рек горно-предгорной зоны.
Известен авторегулятор уровня воды верхнего бьефа типа "качающаяся призма" с эадатчиком положения уров:ня воды, применяемый на речных пролетах горных водозаборных узлов 51 ), Недостатками данного устройства являются относительно большое время запаздывания, т.е. время самонастройки авторегулятора на заданный уровень при колебаниях уровней воды на сооружении, снижение точности регу,лирования уровня воды в верхнем бьефе при наличии мелких фракций наносов в источнике, а также создание экранного эффекта перед затвором, затрудняющего и усложняющего 20 борьбу с наносами при водозаборе.
В данном авторегуляторе время запаздывания, т.е. время перерегулирования возмущающего воздействия, связанного с изменением уровня воды 25 в верхнем бьефе, определяется из условия наполнения или опорожнения емкости затвора. Однако условия работы водозаборных узлов горного типа требуют почти мгновенного откры- 30 тия отверстий речных пролетов при прохождении внезапно нарастающих паводковых расходов, так как горные реки относятся к источникам с быстроизменяющимися режимами и большими колебаниями расходов и уровней как в течение суток, так и в отдельные периоды времени.
Горные источники транспортируют большое количество донных и взвешен- 40 ных наносов. Последние через отверстие задатчика и питающую трубу посту" лают в емкость затвора, откладываются в ней, увеличивая тем самым вес затвора. Это приводит к нарушению 45
-равновесия системы сил, действующих на затвор, так как в расчетном уравнении вес наносов в камере затвора не учитывается. Нарушение равновесия системы сил,,действующих на затвор, приводит к снижению точности регулирования уровней воды на сооружении, а так же к возможным случаям отказа в работе авторегулятора.
Вместе с тем фронтальное располо- Я жение полотнища затвора на речном пролете водозаборного сооружения создает нежелательный экранный эффект, который приводит к переформированию призмы наносов в верхнем бьефе и изменению структуры потока, что усложняет борьбу с наносами при водозаборе.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор уровня воды, содержащий затвор с консолью, установленный на горизонтальной оси вращения, противовес, закрепленный на рычаге, установленном на горизонтальной оси вращения, и упоры для ограничения поворота рычага (2 3.
Недостатками данного регулятора являются низкое качество регулирования уровней воды и устойчивость в работе, а также занчительное время отработки возмущения, вызываемого изменением уровней в верхнем бьефе, при котором сооружение работает в неустойчивом .режиме..
В закрытом положении на плоское полотнище затвора действует гидростатическое давление воды, закон изменения которого происходит по прямоугольному треугольнику, а система сил, действующих на затвор, находится в равновесии. При резком изменении {повышении) уровней воды в верхнем бьефе нарушается равновесие системы сил, в результате чего полотнище затвора окажется в открытом поло. жении. Причем на полотнище затвора начинает действовать сила гидродинамического давления воры. Зпюра гидродинамического давления воды, действующего на полотнище затвора в открытом положении, резко отличается от эпюры гидростатического давления воды, действующего на полотнище затвора в закрытом его положении.
В закрытом положении затвора сила гидростатического давления воды в нижней точке полотнища имеет максимальное значение, а при открытии затвора сила гидродинамического давления в этой точке падает до нуля.
На основании проведенных исследований значительные изменения гидродинамического давления происходят примерно на глубине от 2/3 высоты погруженной части затвора и до нижней его кромки, т.е. на 1/3 высоты нижней погруженной части затвора.
Резкое изменение гидроцннамического давления в нижней части затвора при открытом его положении приводит к
1084757
10 его неустойчивой работе. При этом имеет место покачивание затвора вокруг горизонтальной оси вращения, что и приводит к снижению точности регулирования уровней на 7 — 10X 5 по сравнению с описанным выше авторегулятором.
Цель изобретения — повышение точности и надежности регулятора.
Поставленная цель достигается тем, чтб в регуляторе уровня воды, содержащем затвор с консолью, установленный на горизонтальной оси вращения, противовес, закрепленный на .рычаге, установленном на горизонталь- 15 ной оси вращения, и упоры для ограничения поворота рычага, затвор выполнен в виде ковша, верхняя часть которого выполнена плоскойр а нижняя — криволинейной, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, причем затвор установа лен с вогнутостью в сторону верхнего бьефа, а также тем, что рычаг с противовесом. установлен к консоли затвора под углом, при котором центр тяжести противовеса в закрытом положении затвора расположен на горизонтальной оси вращения.
На фиг. 1 изображен регулятор, общий вид; на фиг. 2 . — регулятор,, разрез А-А в закрытом положении; на фиг. 3 — регулятор, разрез А-А в рабочем (открытом) положении.
Регулятор уровня содержит за- 35 твор 1, выполненный в виде ковша, верхняя часть 2 которого выполнена плоской, а нижняя часть 3 выполнена криволинейной. Затвор установлен на консоли 4. Противовес 5 закреплен íà 4о рычаге 6, установленном на горизонтальной оси 7 вращения. Для ограничения поворота рычага 6 установлены упоры 8.
Устройство работает следующим об- 45 разом.
Пока воды в верхнем бьефе нет или уровень меньше расчетного, т.е.
Н >< (Н, затвор находится в закрытом положении (фиг. 1 и 2). При этом 50 .на затвор действуют следующие силы: вес затвора Ci5, вес противовеса Gдр, сила гидростатического давления воды
Р,. действующая на плоскую часть . затвора Рз1с и криволинейную поверх- 55 ность Ркр pygmy CHJIGMH трения в оси затвора можно пренебречь ввиду их малости по сравнению с перечисленными выше силами. Причем конструктивно затвор оформлен так, что точка приложения равнодействующей всех сил находится ниже оси вращения при углах поворота затвора в пределах О.< с <35 .
Тогда для системы сил, действующих на затвор, в закрыт8м положении имеет место следующее выражение: 3 3 Рааса РВ сд, т.е. МЭЪМР сд где 83 и Рв с - соответственно плечи
63 PS М3 и Мз сд- соответственно момен3 В Момент от веса противовеса и момент. от силы гидростатического давления на криволинейную часть затвора равны нулю, так как их равнодействующие проходят через ось вращения, а поэтому моментов вращения не создают. При превышении уровня воды в верхнем бьефе над расчетным, т.е. при Н 8 7 Нр в момент трогания затвора M станет больше М> и затвор начнет открывать отверстие, что приведет к уменьшению погруженной прямолинейной части затвора, и уменьшению М у, но при движении затвора противовес, перемещаясь влево от оси вращения, создает дополнительный момент М„, способствующий открытию затвора. При этом равнодействующая сила гидродинамического давления, действующая на криволинейную часть затвора, не создает момента вращения, так как она при любом положении затвора проходит через ось вращения. Затвор, занимая промежуточное положение, находится в равновесном состоянии, сбрасывая излишки воды под полотнище затвора и боковые отверстия. При Нэ =Нр соблюдается условие Мд + 3 =М9 при угле открытия затвора 0 (сМ35, т.е. когда затвор полностью перекрывает отверстие и когда его полотнище не влияет на истечение. Таким образом, в регуляторе, что обусловлено самой конструкцией затво ра, исключено влияние гидродинамической силы давления воды, а точка приложения равнодействующих всех сил находится ниже оси вращения при любом открытии затвора, что обеспечивает устойчивую и надежную работу регулятора при заданной точности регулирования расчетного уровня в пределах 3-5 . 1084757 фиг. 2 Составитель Т. Задворная Редактор Е.Кривина Техред Т,фанта Корректор Г.Решетник Заказ 2009/42 Тираж 842 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 5 При уменьшении, расхода воды s ucI точнике сила гидростатического давления воды на вертикальную грань saтвора начнет. уменьшаться, что и обусловит движение регулятора на закры-, 5 ие до момента, когда H b Н Использование предлагаемого регулятора уровня верхнего бьефа на гор-. ных водозаборных узлах по сравнанию с прототипом позволяет увеличить точ. ность поддержания уровня на 7-10Х, 6 уменьшить на 25-30Х вес противовеса затвора. Предлагаемое устройство эа счет исключения действия. на затвор гидродинамических сил обладает повышенной надежностью и устойчивостью в работе, ликвидирует экранный эффект, что повышает другие качественные показатели регулятора, такие как осуществление подачи постоянного заданного расхода воды в отвод, борьба с наносами при водозаборе и др.
