Гидропневмозатвор

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области мелиорации. Цель изобретения - уменьшение энерго-и металлоемкости при обеспечении надежной работы гидропневмозатвора на оросителях с малыми уклонами. Гидропневмозатвор выполнен в виде сифона 2, установленного на перегородке 3 между секциями оросителя 1, снабженного водовыпускными отверстиями, расположенными в стенках лотка ниже рабочего 4 уровня при закрытом сифоне, но выше транзитного уровня 7 при открытом (заряженном) нижележащем сифоне. Гребень сифона 5 установлен на высоте ниже уровня 4 не более чем на перепад уровней. На отверстии 8 в капоре сифона установлен пневмоклапан с соленоидным приводом, якорь (сердечник) 14 которого связан с тарелкой 11 клапана через дополнительный груз 12, установленный с возможностью свободного хода посредством крепления его установочными винтами 13 в прорезях в теле груза 12. Сердечник 14 соленоида снабжен короткозамкнутым витком 17, перемещением которого относительно сердечника регулируется магнитное сцепление его с витком 13 и тем самым время срабатывания соленоида. Включение (зарядка) сифона из разряженного состояния осуществляется кратковременным включением (1 - 4 с) привода пневмоклапана - подачей напряжения на обмотку соленоида. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь i.Ë: ) .м 1ЩД (1БЛИО 1 ЕйА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4318853/30-15 (22) 21.10.87 (46) 30.06,90, Бюл. 1)- 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексной автоматизации мелиоративных систем (72) В.И. Пронов, А.С. Молдокулов и В.П. Кривошеин (53) 631.347. 1 (088.8) ! (56) Авторское свидетельство СССР

Н - 1493736, кл. А Of G 25/00, 1986. (54) ГИПРОПНЕВМОЗАТВОР (57) Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области мелиорации.

Цель изобретения — уменьшение энергои металлоемкостипри обеспечении надежной работы гидропневмоэатвора на оросителях с малыми уклонами.

Гидропневмозатвор выполнен в виде сифона 2, установленного на перегородке 3 между секциями оросителя 1, снабженного водовыпускными отверстиями, расположенными в стенках лотка )

Изобретение относится к сельскомухозяйству и может использоваться для дистанционного или автоматизированного управления потоком воды в лотковых оросителях, водовыпусках или транзитных каналов, а также для расширения области лотковых оросителей на каналах с малым уклоном от 0,0115 до 0,0043.

Целью изобретения является уменьшение энерго- и материалоемкости при щ)5 А 01 (25/00, F, 02 В 13/00

2 ниже рабочего 4 уровня при закрытом сифоне, но выше транзитного уровня 7 при открытом (заряженном) нижележа-. щем сифоне, Гребень сифона 5 установлен на высоте ниже уровня 4 не более чем на перепад уровней. На отверстии

8 в капоре сифона установлен пневмоклапан с соленоидным приводом, якорь (сердечник) 14 которого связан с тарелкой 11 клапана через дополнительный груз 12, установленный с воэможностью свободного хода посредством крепления его установочными винтами 13 .в прорезях в теле груза 12.

Сердечник 14 соленоида снабжен короткозамкнутым витком 17, перемещением которого относительно сердечника регулируется магнитное сцепление его с витком 13 и тем самым время срабатывания соленоида. Включение (зарядка) сифона из разряженного состояния осуществляется кратковременным включением (1-4 с) привода пневмоклапана подачей напряжения на обмотку соленоида. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

С Э обеспечении надежной работы гидропневмозатвора на оросителях с малыми уклонами.

На фиг. 1 показана конструкция установки гидропневмозатвора на лотковом оросителе (транзитном канале, подающем воду на полив до или после затвора); на фиг. 2 — конструкция разгруженного пневмоклапана.

Гидропневмозатвор установлен на лотковом оросителе 1 и содержит кор15? 4193 пус сифона 2, установленный на пере-; городке 3 в лотковом оросителе 1..

Капор сифонного пневмозатвора 2 на

3/4 площади его сечения установлен выше рабочего уровня воды 4 (при неработающем сифоне 2) в лотковом оросителе 1, что является условием устойчивой зарядки сифона ввиду прохождения через него 25% расхода воды, / которому соответствует затопление . :1/4 площади сифона водой. Экспериментальные исследования показывают, что это условие самозарядки сифонного пневмозатвора обеспечивается и при прохождении через сифон свыше 27 во ды, но под напором столба воды h на входе сифона, т.е. специфика пневмозатвора уточнила. соответствующим образом пропуск через сифон при свободном истечении 25Х расхода, и использует эти условия для самозарядки сифона.

Таким образом, линейный размер h, связывающий с расположением 3/4 площади сечения капора над уровнем 4, обеспечивает самозарядку пневмозатвора и его работоспособность.

Для обеспечения работоспособности сифонного пневмозатвора его выход всегда затоплен, уровнем несливаемого объема воды в ороситсле 1 (нижнего бьефа) не менее чем на высоту h1 превышения рабочего уровня 4 над гребнем 5 сифонного пневмозатвора, а перепад уровней между дном лоткового оросителя 1 на его входе и выход де не менее величины напора в сифоне при рабочем расходе воды через него. Вход 6 сифона 2 до уровня гребня

5 имеет площадь сечения больше площади сечения его выхода пропорциональнс уклойу лоткового оросителя. Имеется ввиду поперечное сечение сифона от нижнего уровня до гребня на входе, минимальное сечение расширенного входа Я „ сифона, которое должно увеличиваться пропорционально уклону. При этом для создания плавных переходов сечения входа сифона по высоте может быть и больше S .

5 релку, выполненную в виде диска 11.

Диск 11 снабжен не менее чем одним дополнительным составным грузом 12 с возможностью независимого перемещения груза 12 строительного диска

11 на отрезке общего хода открытия пневмоклапана. Это обеспечивается установочными винтами 13. Дополнительный груз 12 через резьбовое соединение с возможностью регулировки хода пневмоклапана соединен с якорем 14 электромагнитного привода — соленоида 15 с обмоткой возбуждения 16.

Электромагнитный привод 15 имеет ко25 роткозамкыутый виток 1.7 с возможностью его перемещения регулировочным винтом 18 по ходу якоря 14. Кольцевой желоб 10 через капилляр 19 соединен с емкостью 20, заполненной жидкостью 21 с негерметичной крышкой 22.

На фиг. 2 показан пример выполнения конструкции пневмоклапана с полной его разгрузкой от давления в капоре сифона. Для этого на корпусе при35 вода 15 установлен фланец 23 с окнами для прохода плеча 24 для соединения якоря 14 с диском 11 (тарелкой клапана), а между фланцем 23 и диском 11 установлена воздухонепро40 ницаемая мембрана 25 из мелиоративной ткани с полимерным покрытием.

При сохранении проходного сечения отверстия 8 из условий обеспечения срыва вакуума в сифоне выбор соотношения

d<» 2d< позволяет уменьшить величину хода якоря 14 до 3 мм, оптимального для работы электромагнитного привода 15 с минимальным электропотреблением.

, туг

Н = ——

Для устранения возможности подсоса воздуха при работе сифона вход сифона установлен ниже транзитного уровня . воды 7 в лотковом оросителе на глубину где V — скорость воды на входе сифона.

В верхней части капора сифона 2 выполнено отверстие 8 срыва вакуума, диаметр Й» которого может быть установлен экспериментально (хотя существуют достаточно сложные методики расчета диаметра d ). Над отверстием 8 установлен пневмоклапан, содержащий седло 9 с кольцевым желобом 10 и таУказанное соотношение d+ 2d„ zeобходимо для быстрой (в течение 25 с) разрядки затвора (спуска из него воды), при котором обеспечиваются цели изобретения и целесообраз-ность дистанционного управления пото-. ками воды с управлением от маломощных автономных источников энергии, например сухих батарей. При затягивании времени переключения более те4193 6 2 ние П = —, где 1 оптимальная ве157

40 .45

55 де Pà

V! вью

h zh

1 э

r удельный Вес Воды (= 1 )

Из выражения (1) следует, что

S зависит от h (параметры h,, P„, вх

S постоянные) и от объема V<, ковых торый зависит от Sq . !

Уровень h можно определить из со3 отношения (2) h с ь м ряются все преимущества использования энергии воды для переключения потоков воды в каналах.

В качестве лоткового оросителя используются лотки ЛР-60. Корпус сифона 2 выполняется из стали или пластмассы с площадью сечения его выхода, обеспечивающей рабочий расход воды на полив. Перегородка 3 выполняется из металла и герметично устанавливается в оросителе 1. Рабочий уровень воды 4 (при закрытом нижележащем сифоне 2) устанавливается в лотковом оросителе 1 ниже верхней кромки лотка на 10 см и выше отверстий в боковых стенках канала для вьдачи воды в борозды (показаны кружками на фиг.

Гребень 5 сифона — это верхняя кром° ка перегородки 3. Площадь Sex входа

6 сифона может быть определена по . формуле атмосферное давление; объем полости сифонного пневмозатвора с воздухом до запирания сифона воздушной пробкой (между уровнем 7 на входе и уровнем 4 на выходе сифона); площадь поперечного сечения выхода сифона; уровни, фиг. 1; где Π— расход в лотковом оросителе, м /с;

h — глубина заполнения оросителя

1 до рабочего уровня 4;

1 — уклон дна лоткового оросителя 1; с — коэффициент Шези;

R — - гидравлический радиус, м.

>Критерием выбора диаметра D cepла пневмоклапана 9 является соотношеличина хода якоря 14 в электромагнитном приводе 15, определяемая по расчетному усилию герметизации пневмоклапана и рабочей характеристике усилия электромагнитного привода 15 от его хода.

Площадь желоба 10 не должна препятствовать доступу капель жидкости

21 под напором h< по его кольцу на диск 11. В зависимости от шероховатости поверхностей и соотношения сил сцепления жидкости с поверхностью диска 11 и седла 9 клапана, с избы-. точным давлением Ь„ g или вакуумом в полости напора сифона 2, возможно вытекание жидкости малыми каплями, которое происходит на короткий период между импульсами полива в течение не более 4 дней в году. Экспериментально установлено, что на шлифовальной поверхности вытекания жидкости нет, а на поверхности с шероховатостями не более 0,01 мм наблюдается утечка жидкости 21 за один полив до

20 см, которая восполняется перед ка дым поливом или запасом объема емкости 20, Емкость 20 с жидкостью 21, крышка

22, капилляр 19, седло 9 с желобом 10 и диск 11 в месте уплотнения закрытого пневмоклапана с учетом сил сцепления жидкости в микропорах между седлом 9 и диском 11, образует гидравлический затвор с напором жидкости в нем h больше избыточного давления воздуха под капором сифона с высотой столба воды 0,05 h<. Для серийного производства возможны варианты гидравлического затвора с соотношением

h от 1 до 0,05 Ь <. В общем случае можно принять (с гарантией) соотношение Н » 1,05 Ь<, где. под Н< понимаются потери напора, равные сумме напора сил сцепления между микронеровностями поверхности стыка седла 9 и диска 11 и напора h в см столба жидкости. Обычно Н » h и истечения жидкости из желоба 10 не происходит.

Приведенные соотношения исключают возможность утечек воды и воздуха.

Вес диска 11, груза 12 и якоря 14 выбирается по расчету усилия герметизации, равному (с необходимым коэффициентом запаса, например, 2-хKpRTHbM запасом) усилию избыточного давления воздуха (с давлением столба воды Ь<) на площадь отверстия сед15? 4 i 93 ла 9 пневмоклапана с диаметром " .

В случае использования затвора при перепаде уровня воды на его входе и выходе более от 1 до 10 м для раз-:

1 5 грузки диска 11 от давления внутри напора он должен выполняться с известным по а.с. М 798402 разгрузочным отверстием и с герметизацией полости электромагнитного привода (не показаны).

Установочные винты 13 и резьбовое соединение якоря 14 с грузом 12 олжны обеспечивать возможность реулировки хода якоря 14 в соответствии с оптимальной величиной хода якоpie 14 электромагнитного привода 15.

Параметры электромагнитного привода определяются по рабочему усилию герметизации, которая по величине на 2О

2 3 порядка меньше усилия в прото-! типе.

Короткозамкнутый виток 17 нужен для выравнивания продолжительности времени импульса тока на ряд дистанционно-управляемых затворов, при неодинаковом времени закрытия клапана, связанного с разными перепадами уровней воды на его входе и выходе.

У4ет времени открытия клапана осу- 30

Г ществляется по месту установки затвора регулировочным винтом 18. При этом известным в электротехнике образом, путем изменения положения витка 17 относительно сердечника и катушки, изменяются его магнитные силы сЦепления и тем самым время отключения электромагнита (задержка времени отключения), Площадь сечения короткозамкнутого витка 17 и величи- щ на его хода вдоль якоря 14 выбираются экспериментально или согласно известных расчетов для обеспечения задержки времени на отключения электромагнитного привода 15 от 1 до 4 с.

Диаметр капилляра 19 из полиэтиленовой трубы равен 1-2 мм и должен обеспечивать капельную подачу жидкости в кольцевой желоб 10. В качестве жидкости 21 может использоваться вода, машинное масло или глицерин.

Гидропневмозатвор работает следующим образом.

Принцип работы сифонного пневмозатвора с использованием потенциальной энергии возрастающего уровня воды от транзитного уровня 7 до рабочего уровня 4 для выполнения операции закрытия затвора заключается в выполнении времени команд на включение и отключение пневмоклапана. При предварительно затопленном выходе сифона

2 на высоту Ь 1 после подачи расчетного расхода воды в лотковый ороси-С тель 1 уровень воды в лотковом оросителе 1 возрастает до рабочего уровня 4 и в процессе затопления объема входа сифона 6 от уровня 7 с необходимым запасом (1-3 см) до уровня гребня 5, увеличивает давление воздуха в капоре сифона до давления, равного высоте столба h . При этом в связи с наличием гидрозатвора на затопленном выходе сифона воздух из капора не выходит, образует воздушную пробку; cHAQHHblH пневмбзатвор закрыт и вода через отверстия в стенке лоткового оросителя 1 поступает на полив. В связи с наличием давления жидкости 21 в желобе 10, равного давлению столба жидкости h, и в связи с действием веса тарелки (диска) груза 11, груза 12 и сердечника 14, большего, чем давление воздуха на отверстие диска 11, воздух из капора сифона 2 не .выходит и возможность его утечки через гидравлический затвор полностью исключена. Это увеличивает надежность работы сифонного пневмозатвора. При этом вес составного груза по сравнению с прототипом принимается не равным давлению усилия герметизации (около 10 кг для контактного уплотнения пневмоклапана 1), а равен только произведению всегда малого давления столба жидкости h на площадь сечения d ) и составляет около 140 r. Разница этих усилий и изменяющаяся по ходу сердечника якоЬ рия . нагрузка на электромагнит позвав ляют уменьшить массу и потребляемую мощность простого электромагнита (в прототипе использован дорогой магнит) до величины не более 5 Вт, Для включения пневмозатвора на пропуск воды пневмоклапан включают на время 1-4 с, которое определяется по месту на каждом затворе в соответствии с уклоном дна лотка 1 и устанавливается винтом 18 путем подачи напряжения 27 В на обмотку возбуждения 16 на постоянное время срабатывания привода 15 (до 1 с). При этом под давлением столба воды hq воздух из капора сифона 2 уходит в атмосферу, а гребень сифона успевает заполниться на высоту, достаточную для

9 15 самозарядки сифон» 2 под уменьшающимся уровнем воды h . Малое отверстие

8 в прототипе (б мм) не обеспечивает быстрого выпуска воздуха, уровень 4 падает, и при этом не происходит самозарядки сифона 2. Таким образом, увеличение площади отверстия 8 в описанной конструкции обеспечивает надежную работу пневмозатвора. Для повторного отключения пневмозатвора подобным образом переключают пневмоклапан.

Формула и з обретения

1. Гидропневмозатвор, включающий установленный на перегородке между верхним и нижчим бьефами смежных секций оросителя транзитный сифон с затопленным в запертом состоянии, выходом и затопленным в открытом состоянии, ниже транзитного уровня верхнего бьефа входом, пневмоклапан установленный на отверстии в капоре сифона, тарелка которого кинематически связана с сердечником соленоида привода пневмоклапана, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения энерго- и материалоемкости при обеспечении надежной работы гидропневмозатвора на оросителях с малыми уклонами, гидропневмозатвор снабжен емкостью с водой, установленной над отверстием в капоре сифона, и гидрозатвором, выполненным в виде гидравлически связанного с емкостью кольцевого желоба в корпусе седла пневмоклапана, при этом .диск тарелки клапана снабжен дополнительным грузом, установленным на нем с помощью регулировочных винтов с возможностью вертикального перемещения и жестко связанным с сердечником т

74193 10 соленоида, снабженного короткозамкнутым витком, установленным в верхней части сердечника с возможностью изменения положения короткозамкнутого

5 витка относительно сердечника, причем гребень сифона установлен ниже уровня заполнения верхнего бьефа при запертом сифоне на высоту, меньшую

10 глубины затопления выхода сифона в запертом состоянии, площадь поперечного вертикального сечения капора сифона, проходящего через erо верхнюю точку до линии отметки уров15 ня затопления верхнего бьефа при запертом сифоне, составляет не менее

0,75 всей площади поперечного сечения капора, а площадь поперечного сечения сифона от его входа до уров20 ня гребня постоянна и отношение ее к площади поперечного сечения выхода сифона больше единицы и пропорционально уклону оросителя.

2. Гипропневмозатвор, о т л и ч аю шийся тем, что диаметр отверстия в капоре сифона не менее чем в два раза больше минимального диаметра для срыва вакуума в сифоне, про30 изведение хода тарелки клапана на ее диаметр больше квадрата диаметра отверстия в капоре сифона, а высоту установки емкости с водой, над отверстием в капоре сифона определяют в соответствии с формулой

Ь о 0,05 h где h — глубина затопления выхода

I сифона в его запертом сос40 тоянии;

h — высота установки емкости с

Х водой над отверстием в капоре.

1574193

Составитель Г, Пар аев

Техред Л.Сердюкова

Редактор Н. Горват

Корректор 3.Лончакова

Заказ 1736 Тираж 4б4 Подлисное

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