СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ Российский патент 2002 года по МПК G05D9/02 

Изобретение относится к гидротехнике и мелиорации и предназначено для стабилизации расхода воды при водоподаче из водоприемников водозаборных узлов, из неглубоких бассейнов суточного регулирования, из крупных каналов равнинной зоны и т.п.

Известен стабилизатор расхода воды, содержащий затвор с ломанной по вертикали проточной полостью, образованной системой поверхностей соосно установленных цилиндров разной высоты и диаметра, основание полости затвора образовано соединенными с цилиндрами усеченными конусами. Затвор соединен с приводом управления и установлен на донном водовыпуске [1].

Недостатками устройства является высокая металлоемкость за счет устройства цилиндрического затвора с усеченным в основании конусом на всю высоту сооружения, введение дополнительно соосно расположенных цилиндров разной высоты, соединенных с усеченным конусом, и увеличение параметров сооружения за счет увеличения размеров стабилизатора.

Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор расхода воды, содержащий установленный на водовыпуске и соединенный с приводом цилиндрический затвор, выполненный ступенчатым и разделенный на проточные полости вертикально по диаметру расположенными пластинами, основание которого выполнено в виде усеченного конуса, а в основании вертикальных пластин закреплена горизонтальная пластина, снабженная трубкой срыва вакуума, причем диаметр горизонтальной пластины меньше диаметра конического основания цилиндрического затвора [2].

Недостатками данного устройства является высокая металлоемкость за счет устройства цилиндрического затвора с вертикальными пластинами проточных полостей, усеченным конусом и горизонтальной пластиной в основании вертикальных пластин из металла, устройства тяжелого подъемника и тяжести сил подъема, а следовательно, усложнение эксплуатации для управления стабилизатором расхода.

Задача изобретения - снижение металлоемкости стабилизатора расхода воды.

Технический результат достигается тем, что стабилизатор расхода воды выполнен в виде моноблока (из бетона, железобетона или других заменяющих металл) из цилиндрического коробчатого секционного блока, образованного вертикальными стенками, основание которого выполнено в виде усеченного конуса с закрепленной на конце горизонтальной пластиной, выполненной в виде плиты и снабженной трубкой срыва вакуума, закрепленного на стойках неподвижно в устоях сооружения над водовыпуском, и снабжен под пластиной на штоковом приводе дисковым клапаном, при этом шток имеет дополнительный продольный канал для срыва вакуума под ним.

Стабилизатор расхода воды представлен фиг.1, 2 в разрезе и содержит коробчатый моноблок, состоящий из цилиндра 1, выполненного ступенчатым и разделенным на проточные полости по диаметру вертикально расположенными пластинами 2, в основании которых закреплена горизонтальная пластина 4. Пластина выполнена в виде плиты и снабжена трубкой срыва вакуума 5 диаметром меньшим, чем диаметр усеченного конического основания 3, жестко закрепленного на стойках 6 неподвижно в устоях сооружения на высоте а над водовыпуском 7. Под горизонтальной пластиной 4 стабилизатора, выполненной в виде плиты, установлен дисковый клапан 8 на штоковом приводе 9, при этом шток имеет дополнительный продольный канал 10 для срыва вакуума. Продольный канал выполняется или проточным внутри или проточным сбоку. Диаметр дискового клапана принимается не менее диаметра входа водовыпуска 12, привод 9 снабжен рамой 13, закрепленной на служебном мостике 14.

Стабилизатор закреплен жестко на стойках неподвижно в устоях сооружения на высоте а над водовыпуском. Величина а принимается с учетом пропуска максимального расхода Q_max. При этом дисковый клапан 8 находится в верхнем положении.

Стабилизатор расхода воды работает следующим образом. При уровне верхнего бьефа до H_расч ≅ H_min (равного отметке кромки нижней ступени цилиндра моноблока 1) истечение происходит из-под конического основания 3 цилиндра 1. При этом коэффициент расхода μ кольцевой щели близко по величине при H≥H_рас≅ Р_min, что обеспечивает Q ≅ const (с допустимой ошибкой ≤5%). Действительно, если то получим:
,
где W_щ=аb - площадь кольцевой щели, величина постоянная, т.к.

а - неизменная величина ввиду жесткого положения моноблока;
b - длина окружности внешнего конуса по кромке истечения из-под него, также величина неизменная, - величина постоянная.

По мере роста напора в верхнем бьефе Н коэффициент расхода μ начинает отклоняться от величины (возрастает), но по достижению напора H ≅ H_рас начинается перелив внутри цилиндра (его первой нижней ступени) и вода по полости внутри цилиндра 1, образованной разделительными пластинами 2, начинает поступать навстречу основному потоку, обеспечивая дополнительное, гидравлическое дросселирование и как следствие уменьшение коэффициента расхода, восстанавливая с допустимой точностью. По мере дальнейшего роста напора произведение будет возрастать и при достижении ступени цилиндра 1 отклонение достигает предельно допустимого, но при дальнейшем превышении Н начинается перелив внутри цилиндра через следующую ступень, и вновь процесс восстанавливается, восстанавливая закон изменения с допустимой точностью. Но при дальнейшем превышении Н начинается перелив через следующую ступень и вновь процесс стабилизации восстанавливается, т. е. вновь расход будет стабилизироваться с допустимой точностью вплоть до достижения Н_max. Число ступеней определяется требуемой точностью стабилизации. Применительно к мелиоративным объектам достаточно иметь 3-4 ступени, обеспечить при этом стабилизацию расхода с точностью ≤±5%. При этом допустимые колебания уровня, а следовательно, Н_max тем больше, чем больше H_min.

Изменение уставки расхода воды в предлагаемом стабилизаторе осуществляется изменением положения дискового клапана (ниже). Расход, отводимый в отвод, будет зависеть от величины открытия дискового клапана. Обозначим это открытие равным расстоянию от дискового клапана до отметки входа в отвод и обозначим его а' (на чертеже показана пунктиром открытие). Обозначим длину диаметра дискового клапана b'. Тогда площадь открытия будет равна W =а'b' и расход отводимого расхода в отвод будет равен:

где μ′ - коэффициент расхода истечения из-под дискового клапана есть величина, зависящая от а'. Q_max - есть расход, поступаемый из-под усеченного конического основания 3, так как его положение неизменно в силу жесткого моноблока, т. е. Q_max=const, то μ′, a', b' постоянны для данного а', а следовательно, и Q'=const.

Применение предлагаемого устройства позволит получить значительную экономию средств при изготовлении стабилизатора за счет сокращения металлоемкости минимум на 70% по сравнению с прототипом.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1335943, кл. G 05 D 9/02, 1986.

2. Авторское свидетельство 1698877, кл. G 05 D 9/02, 1989.

Изобретение относится к гидротехнике и мелиорации и предназначено для стабилизации расхода воды при водоподаче из водоприемников водозаборных узлов, из неглубоких бассейнов суточного регулирования, из крупных каналов равнинной зоны и т.п. Технический результат - снижение металлоемкости конструкции стабилизатора. Стабилизатор расхода воды содержит установленный на трубчатом водовыпуске цилиндрический коробчатый секционный затвор, основание которого выполнено в виде усеченного конуса с закрепленной в основании горизонтальной пластиной, выполненной в виде плиты, со штоковым приводом и трубкой срыва вакуума. При этом стабилизатор расхода выполнен в виде моноблока, закрепленного на стойках неподвижно в устоях сооружения над водовыпуском. Под горизонтальной плитой на штоковом приводе расположен дисковый клапан диаметром не более диаметра горизонтальной плиты. В свою очередь, шток привода снабжен дополнительным каналом для срыва вакуума. Стабилизация осуществляется за счет изменения коэффициента расхода μ в функции изменения напора Н, а также за счет изменения площади истечения W = f (Н). 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Стабилизатор расхода воды, содержащий установленный на трубчатом водовыпуске затвор, состоящий из цилиндра, выполненного ступенчатым посредством разделения его на проточные полости вертикально расположенными пластинами, с основанием в виде усеченного конуса, горизонтальную пластину, закрепленную в основании усеченного конуса с возможностью истечения из-под него и снабженную трубкой срыва вакуума, отличающийся тем, что он выполнен в виде моноблока, неподвижно закрепленного на стойках в устоях сооружения, снабжен расположенным под горизонтальной пластиной дисковым клапаном со штоковым приводом. 2. Стабилизатор по п. 1, отличающийся тем, что шток привода снабжен продольным каналом для срыва вакуума.