Гидравлический модульный программный интегратор

 

Изобретение относится к устройствам для решения задач сельскохозяйственного водоснабжения путем аналогового гидравлического моделирования пространственной фильтрации в сложных гидрогелогических условиях, а также прогнозных задач влияния водохозяйственных и других производственных объектов на гидрогеологическую обстановку в регионах. Цель изо бретения - повышение достоверности региональной оценки влияния водохозяйственных объектов на гидрогеологическзт) обстановку .сельскохозяйственного массива. Гидравлический модульный программньй интегратор содержит модули, соединен-, ные между собой в ортогональных плоскостях напорными трубопроводами 7 и трубками 9 с напорными каналами из магнитомягкого материала с распределенными по длине высокочувствительU5

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (1) 4 А 01 G 25/00

Фие. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4230259/30-15 (22) 05.03.87 .(46) 28.02.89. Бюл. ¹ 8 (71) Брестский инженерно-строительный институт (72) П.В. Пведовский, М.Ф. Мороз и К.А. Глушко (53) 626.871(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1349731, кл. A 01 G 25/00, 1985, ( (54) ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МОДУЛЬНЬЙ ПРОГPAMNHbIA ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение относится к устройствам для решения задач сельскохозяйственного водоснабжения путем аналогового гидравлического моделирования пространственной Аильтрации в сложных гидрогелогических условиях, а также прогнозных задач влияния водохозяйственных и других производственных объектов на гидрогеологическую обстановку в регионах. Цель изобретенияповышение достоверности региональной оценки влияния водохозяйственных объектов на гидрогеологяческую обстановку, сельскохозяйственного массива.

Гидравлический модульный программный интегратор содержит модули, соединен-. ные между собой в ортогональных плоскостях напорными трубопроводами 7 и трубками 9 с напорными каналами из магнитомягкого материала с распределенными по длине высокочувствительными датчиками давлений. Датчики соединены с измерительным блоком.

Напорные каналы снабжены управляемыми линейными электромагнитными

1461388 имитаторами гидросопротивлений кассетного типа. Все электромагниты интегратора подключены к блоку управления 5. 1 з.п.ф-лы. 7 ил.

Изобретение относится к устройствам дпя решения фильтрационных задач сельскохозяйственного водоснабжения методом аналогового гидравли5 ческого моделирования пространственной фильтрации ц сложных гидрогеологических условиях, а также прогнозных задач влияния водохозяйственных и других производственных объектов на гидрогеологическую обстановку в орошаемых сельскохозяйственных регионах.

Цель изобретения — повышение достоверности региональной оценки вли- 15 яния водохозяйственных объектов на гидрогеологическую обстановку сельскохозяйственного массива °

На фиг. 1 приведен водохозяйственный объект моделирования, общий вид; на фиг. 2 — гидравлический модульный программный интегратор без измерительного блока и блок управления, общий втщ; на фиг. 3 — электроуправляемый гидравлический модуль, общий 25 вид, на фиг. 4 — напорный сосуд, на фиг. 5 — уровенный имитатор, на фиг. 6 — трубки с имитаторами гидросопротивлений, общий вид; на фиг ° 7компоновочная схема устройства. 30

Гидравлический .модульный интегратор состоит из отдельных модулей, соединенных между собой в ортогональных плоскостях напорными каналами 1 из магнитомягкого материала с распре- 35 деленными по длине высокочувствительными датчиками давлений 2, соединенными с измерительным блоком 3 и снабженными управляемыми линейными электромагнитными имитаторами 4 гидросо противлений, установленных на трубках (кассетного типа) и блока 5 программного, управления. !.

Каждый модуль состоит из кольцевых вертикальных трубопроводов 6, под"45 ключенных к напорному трубопроводу 7 между пьезометрами 8 и гидравлически связанными между собой трубками 9. Управляемая циркуляция рабочего тела— ферромагнитной жидкости создается посредством управляемых электромагнитов 10 переменной напряженности магнитного поля — от нуля до максимального значения. При этом вязкость ферромагнитной жидкости. изменяется от вязкости воды до абсолютно твердого тела и служит для имитации гидропроводимости между водохозяйственными объектами или контрольными точками для рассматриваемого модуля. Кроме того, посредством установленного между электромагнитами 10 электромагнитного индуктора 11 бегущих электромагнитных волн осуществляется имитация водоотдачи в кольцевых вертикальных трубопроводах б путем ускорения, замедления или изменения направления циркуляции рабочей жидкости.

Уровенные имитаторы 12 напорных сосудов 13, установленные на напорном трубопроводе 7, при оценке влияния водохозяйственных объектов на гидрогеологическую обстановку, служат для моделирования динамики уровней грунтовых вод (УГВ) на контуре питания, распределенных по линии рассматриваемого модуля (сечения. А-А, Б-Б или Д Д) естественных дополнительных источников стока, инФильтрации, испарения; площадного перетекания, системы пополнения подземных вод, регулирующих сооружений и других водохозяйственных объектов, оказывающих влияние на УГВ прилегающей территориио

Для управления положением уровня рабочей жидкости в напорных сосудах

,1.3 уровенные имитаторы 12 выполнены из ферромагнитного материала, а на корпусах сосудов 13 установлены уп3

14613 равляемые электромагниты 14 переменной напряженности магнитного поля.

В этом случае, если закон изменения УГВ на прилегающей территории

5 или самом водохозяйственном объекте известен, то для управления положением рабочей жидкости в соответствующем напорном сосуде 14 можно использовать копирный механизм, который, 1ð копируя очертания при вращении съемной пластины — программного диска 15 с запрограммированным режимом подземных вод (Р,, Р, Р, ..., Р„), вызывает движение (вверх-вниз) уровенно- 15

ro имитатора 12, что обеспечивает целенаправленное изменение уровня жидкости в самом напорном сосуде 13.

Магнитные имитаторы гидросопротивлений 4 (кассетного типа) изолированы 2р друг от друга диэлектриком 16, обеспечивающим независимость протекающих по имитаторам 4 токов и, следовательно, независимость их работы.

Примером водохозяйственного объекта с известным законом изменения уровня может служить водохранилище, пруд сезонного, месячного или недельного регулирования. Для такого объек- 30 та составляется диспетчерский график и процесс сработки и наполнения протекает в строгой последовательности.

На характерных участках напорного трубопровода 7 и соединительных труб- 3 ках 9 установлены (фиг. 6) управляемые электромагнитные имитаторы гидросопротивлений 4 (на фиг. 2 не показаны) .

Количество модулей определяется 4р степенью достоверности моделирования процессов фильтрации, пространствен-, ным распределением водохозяйственных объектов и контрольных точек по оценке гидрогеологической обстановки ре- 45 гиона.

Для управления всеми электромагни-. тами в блоке 5 управления предусмотрены секции, элементы которых (показаны точками) связаны с электромагнитами устройства. Буквенные инцексы означают Р— секция блока 5 управления с элементами, управляющими программным диском 15; К вЂ” секция управления электромагнитами 10; С вЂ” сек- . ция управления электромагнитами 4;

R — секция управления индукторами 11;

D — - секция управления электромагни.тами 10, установленными на трубках 9;

88

М вЂ” секция управления электромагнитами 14.

Измерительный блок также разбит на секторы U< и U причем .U< — секpop блока, показывающий изменение уровня грунтовых вод по данным пьезо метров 8, a U - сектор блока, показывающий изменение уровня грунтовых вод по данным высокочувствительных датчиков 2 давления, Гидравлический модульный интегратор работает следующим образом.

В начальный период моделирования для рассматриваемого региона выявляются все водохозяйственные объекты, в той или иной мере влияющие на гидрогеологическую обстановку, их пространственное распределение, коррдинаты. Намечается количество модулей и контрольных точек, позволяющих с требуемой точностью оценить гидрогеологическую обстановку региона. По линии каждого модуля определяется расчетная полоса (т.е. конкретная плотность в определенном направлении) и расчетные водохозяйственные объекты. При этом имеется в виду та деталь, что мелкие водохозяйственные объекты, т.е. не оказывающие существенного влияния на гидрогеологическую обстановку, с использованием принципа супперпозиций либо исключат друг друга (по линии модуля), либо образуют расчетные или результирующие водохозяйственные объекты и начальное положение УГВ на них.

Составляется программа управления имитаторами 4 и электромагнитами 10 электромагнитного индуктора 1,1, моделирующими длину, водопроводимость и водоотдачу исследуемого пласта по модульной линии и в ортогональной плоскости

Принцип управления имитаторами основан на свойстве изменения вязкости ферромагнитной жидкости под воздействием магнитного поля. При этом вязкость изменяется в пределах от вязкости воды до абсолютно твердого тела. Кроме того, вязкость меняется только в области приложения магнитного поля и не происходит изменение объема жидкости в целом.

Программа включает также последовательность и степень управляемого воздействия электромагнитов 14 на протяженность магнитного поля ферромагнитной жидкости в напорных сосудвижение в каждом модуле и между ними по напорным каналам 1 до полной стабилизации потока, время наступления которой определяется из условий и В Н

t. 9 "Л

С, а С,. а ь,7кi.„)* ь.(z .„)* где а — водопроводимость

L — длина участка; и t — соответствеяно продолжительность процесса влияния водохозяйственного объекта на гидрогеологическую обстановку на модели и в натуре; ь и с„ — соответственно периоды стабилизации;

С, и Ь вЂ” коэффициенты пропорциональности модельного и натурного времени моделирования., Скорость движения ферромагнитной жидкости на каждом участке, а следовательно, и давление в напорных каналах 1, снимаемое высокочувствительными датчиками давлений 2, и скорость повышения уровня рабочей жидкости в пьезометрах 8, зависят от состояния всех управляемых электромагнитов напорных линий, каждый из которых моделирует вполне определенные гидрогеологические условия согласно программе эксперимента.

Моделирование осуществляется по известному закону а ф

Ч скорость движения жидкости в зоне установки имитаторов, м/с5 1461388 дах 13. Изменение напряженности магнитного поля управляемыми электромагнитами 14 от нуля до максимального значения приводит к изменению плот- 5 ности ферромагнитной жидкости и порождает выталкивающую силу, под действием которой происходит подъем уровенного имитатора 12, а уровень воды в напорном сосуде 13 понижает- .1О ся. Подъем уровня рабочей жидкости

1в напорном сосуде 13 происходит при погружении уровенного имитатора 12 под действием пилы собственного веса при полностью или частично снятой 15 напряженности магнитного поля электромагнитом 14.

Включается в сеть блок 5 управления с составленной программой моделирования. Все имитаторы в начальный 2О момент времени занимают исходное положение. В первую очередь подеется максимальное напряжение на управляемые электромагниты 10 (слева и справа от напорных сосудов 13) на напор- 25 ных трубопроводах 7 каждого модуля.

В зоне действия электромагнитов 10 вязкость ферромагнитной жидкости возрастает до абсолютно твердого тела— напорный трубопровод 7 перекатывает- ЭО ся. С помощью управляемых электромагнитов 14 путем изменения напряженности магнитного поля уровенные имитаторы 12 занимают начальное положение и во всех напорных сосудах 13 (за исключением тех, где установлен копирный механизм) модульного интегратора устанавливается требуемое значение уровня .рабочей жидкости. Начальное положение уровня рабочей жид- 4О где кости в каждом напорном сосуде 13 с м учетом закона геометрического подобия соответствует начальному положению УГВ. конкретных расчетных водохозяйственных объектов или других источников стока. На напорных сосудах и

13 с копирным механизмом устанавливается соответствующий программный диск 15. Гидравлический .модульный интегратор готов к работе. Включает- бО н ся в сеть измерительный блок и счиа мается напряжение с управляемых

М электромагнитов 10 (слева и справа от напорных сосудов 13) до программного значения, соответствующего водопроводимостй этого участка.

За счет образовавшегося геометрического напора между напорными сосудами 13 рабочая жидкость придет в — коэффициент водоотдачи грунтов на модели, определяемый скоростью движения рабочей жидкостИ по напорной линии; — коэффициент водоотдачи фильтрационной области;

- длина участка от имитатора до пьезометра, м;. — расчетная длина модели-. руемой зоны, м; — водопроводимость грунта на модели, определяемая по зависимости:

86,4 10 . U é, 1461388

d — внутренний диаметр напорной линии, мм; а„- водопроводимость грунта моделируемой зоны, мг/сут.

Снижение уровня грунтовых вод по расчетным зонам определяется по показаниям пьеэпметров 8 и высокочувствительных датчиков давлений 2.

Положительный эАфект заключается

10 в возможности получения достоверных прогнозов гидрогеологической обстановки в режиме от влияния строящихся и эксплуатируемых водохозяйственных объектов.

Формула изобретендд

1, Гидравлический модульный программный интегратор, включающий блок

Т фограммного управления, соединенный линиями связи с электроуправляемыми гидравлическими модулями, каждый из которых состоит из заполненного ферромагнитнои жидкостью напорного тру25 бопровода с установленными на нем напорными сосудами, электромагнитными имитаторами гидросопротивлений участков трубопроводов и пьезометрами, между которыми к трубопроводу подключены кольцевые вертикальные трубопроводы, гидравлически связанные трубками с установленными на них электромагнитными имитаторами гидросопротивлений, а также уровенными 35 имитаторами, установленными в напорных сосудах и выполненными в виде стержней из магнитного материала с

1 возможностью взаимодействия с установленными на корпусах напорных сосудов управляемыми электромагнитами, причем на кольцевых вертикальных трубопроводах вверху и внизу установлены два управляемых электромагнита имитации гидропроводимости ферромагнитной жидкости, а между ними— два электромагнитных индуктора бегущих электромагнитных волн имитации вадоотдачи в кольцевых вертикальных трубопроводах, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности региональной оценки влияния водохозяйственных объектов на гидрогеологическую обстановку сельскохозяйственного массива, интегратор снабжен измерительным блоком, связанным с пьезометрами, трубками гидравлической связи, диаметрально расположенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях точек вертикальных кольцевых трубопроводов рядом расположенных модулей, а также подключенными к блоку управления электромагнитными имитаторами гидросопротивлений в трубках и датчиками давления в последних, подключенными к измерительному блоку.

2. Интегратор по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что имитаторы гидросопротивлений в трубках выполнены в виде набора цилиндрических электромагнитов с диэлектрическими втулками между ними, установленного на трубках, выполненных из магнитомягкого материала °

1461388

1461388

Составитель Г. Параев

Техред Л.Сердюкова Корректор Н. Король

Редактор И. Недолуженко

Заказ 613/1 Тираж 618 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, РауШская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101