Регулятор уровня воды Советский патент 1984 года по МПК G05D9/02 

Изобретение относится к ирригации в частности к технике автоматизации водозаборных узлов на участках рек горно-предгорной зоны. Известен авторегулятор уровня во ды верхнего бьефа типа качакщаяся призма с задатчиком положения уров:ня воды, применяемый на речных пролетах горных водозаборных узлов Cl Недостатками данного устройства являются относительно большое время запаздывания, т.е. время самонастро ки авторегулятора на заданный уровень при колебаниях зфовней воды на сооружении, снижение точности регу.лирования уровня воды в верхнем бье фе при наличии мелких фракций наносов в источнике, а также создание зкранного эффекта перед затвором, затрудняющего и усложняющего борьбу с наносами при водозаборе. В данном авторегуляторе время запаздывания, т.е. время перерегули рования возмущающего воздействия, связанного с изменением уровня воды в верхнем бьефе, определяется из условия наполнения или опорожнения емкости затвора. Однако условия работы водозаборных узлов горного типа требуют почти мгновенного открытия отверстий речных пролетов при прохождении внезапно нарастающих паводковых расходов, так как горные реки относятся к источникам с быстр изменяющимися 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 ных наносов. Последние через отверс тие задатчика и питающую трубу пост пают в емкость затвора, откладывают ся в ней, увеличивая тем самым вес затвора. Это приводит к нарушению равновесия системы сил, действующих на затвор, так как в расчетном урав нении вес наносов в камере затвора не учитывается. Нарушение равновеси 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 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 Д. 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 положении. Причем на полотнище затвора начинает действовать сила гидродинамического давления . Эпюра 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 водыв 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 гидродинамического давления в нижней части затвора при открытом его положении приводит к

его неустойчивой работе. При этом место покачивание затвора вокруг горизонтальной оси вращения, что и приводит к снижению точности регулирования уровней на 7 - 10% по сравнению с описанньгм вьше авторегулятором.

Цель изобретения - повьииение 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 горизонтальной оси вращения, и упоры для ограничения поворота рычага, затвор выполнен в виде ковша, верхняя часть которого вьшолнена плоской а ниж.няя - криволинейной, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, причем затвор установлен 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 затвор 1, выполненный в виде ковша, верхняя часть 2 которого выполнена плоской, а нижняя часть 3 вьшолнена криволинейной. Затвор установлен на консоли 4. Противовес 5 закреплен на рычаге 6, установленном на горизонтальной оси 7 вращения. Для ограничения поворота рычага 6 установлены упоры 8.

Устройство работает следующим образом.

Пока воды в верхнем бьефе нет или уровень меньше расчетного, т.е. Hgg Нр, затвор находится в закрытом положении (фиг. 1 и 2). При зтом -на затвор действуют следующие силы: вес затвора Q, вес противовеса ( , сила гидростатического давления воды P.JC3 , действующая на плоскую часть затвора Рвгсв и криволинейную поверхность РКР гей Силами 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 5 поворота затвора в пределах . Тогда для системы сил, действуюпшх на затвор, в закрытЗм положении имеет место следующее выражение:

З Рвгсе вгса .т.е. . где Cj вгсд соответственно плечи

сил 6 и РвгсЭ Мд и Mg-icd соответственно моменты сил 3 и Рр . Момент от веса противовеса и мо мент 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 Hgg HP в момент трогания затвора егсЗ больше Mg и затвор начнет открывать отверстие, что приве дет к уменьшению погруженной прямолинейной части затвора, и уменьшению , но при движении затвора противовес, перемещаясь влево от оси вращения, создает дополнительный момент Mf , способствующий открытию

затвора. При этом равнодействующая сила гидродинамического давления, действующая на криволинейную часть затвора, не создает момента враще5 ния, так как она при любом положении затвора проходит через ось вращения .

Затвор, занимая промежуточное положение, находится в равновесном

0 состоянии, сбрасывая излишки воды под полотнище затвора и боковые отверстия. При Hgg Нр соблюдается условие +Щг.д Щ при Угле открытия затвора О° :cU35°, т.е. когда

5 затвор полностью перекрывает отверстие и когда его полотнище не влияет на истечение.

Таким образом, в регуляторе, что обусловлено самой конструкцией затво0 ра, исключено влияние гидродинамической силы давления воды, а точка приложения равнодействующих всех сил находится ниже оси вращения при любом открытии затвора, что обеспечи5 вает устойчивую и надежную работу регулятора при заданной точности регулирования расчетного уровня в пределах 3-5%. f108 При уменьшении, расхода воды в источнике сила гидростатического давления воды на вертикальную грань затвора начнет .уменьшаться что и обусловит движение регулятора на эакры- . тие до момента, когда Hgj «Нр. Использование предлагаемого регулятора уровня верхнего бьефа на горных водозаборных узлах по сравнению с прототипом позволяет увеличить точность поддё1ржания уровня на 7-10%,

фиг, 2 А

Фыг.З 7 уменьшить на 25-30% вес противовеса затвора. Предлагаемое устройство за счет исключения действия на затвор гидродинамических сил обл 1дает повьшенной надежностью и устойчивостью в работе, ликвидирует экранный эффект, что повьпиает другие качественные показатели регулятора, такие как осуществление подачи постоянного заданного расхода воды в отвод, борьба с наносами при водозаборе и др. А

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 ,