Регулятор уровня верхнего бьефа Советский патент 1984 года по МПК G05D9/02 

Изобретение относится к гидротех:нике и может быть использовано для поддержания постоянного уровня воды в верхних .бьефах гидротехнических со оружений. Известно устройство, содержащее плоское полотнище, шарнирно опирающееся посредине на качающуюся раму, расположенную со стороны верхнего бьефа, и на рычаги-корректоры в верх ней, части ij . Недостатками его являются нгшичие множества подвижных частей, шарнирно связанных между собой, а также большие линейные размеры автомата, в связи с чем сооружения с этими автоматаМи имеют значительную длину в плане, Известен затвор-автомат, включаю.1ДИЙ плоский щит, подвешенный шарнирно к забральной стенке перегораживающего сооружения, по бокам щита жестко соединены с ним металлические консоли для подвески балансира, который изготовляется из армированного бетона 2 . Недостатками его являются сложность конструкции и невысокая надежность . Цель изобретения - увеличение пропускной способности, надежности и упрощение регулятора. Поставленная цель достигается тем что в регуляторе уровня вед хнего бьефа, содержащем установленный на горизонтальной оси вращения затвор в плоского щита, затвор снабжен .секторной емкостью с переменным ради(усом кривизны, выполненной по ширине (пропускного сечения и жестко соеди|Ненной с плоским щитом, размещенным в рерхнем бьефе и имеющим по периметру зазор с устоями сооружения, причем прислойная грань затвора установлена под углом 35° 90 к горизонту. На фиг. 1 показан предлагаемый регулятор, обилий вид; на фиг. 2 схемы работы регулятора при разных открытиях затвора; на фиг. 3 - вид со стороны верхнего бьефа. Регулятор содержит плоский щит 1 с осью 2 вращения и секторную емкость 3. Регулятор работает следующим образом. Секторная емкость 3 затвора начинает свою работу с некоторого угла (i , а начальный радиус кривизны секторной емкости RH больше радиуса Кц дуги, описываемой нижней кромкой плос кого щита 1, начинацощего свсж) работу с угла и с некоторого начгшьного открытия. Цц , причем . (3. При наличии воды в секторной емкости 3 и при ее открытии истечение из нее происходит как снизу, так и по бокам (фиг. 16). Истечение из-под плоского щита надо рассматривать отдельно для случаев, когда плоский щит перемещается между устоями сооружения (фиг. 26) и когда плоский щит выходит за пределы устоев (фиг. 2Ь) . В первом случае истечение происходит преимущественно из-под щита и час;тично по бокам через небольшие зазоры меясду плоским щитом и устоями сооружения и независимо от положения затвора -площадь зазоров остается величиной постоянной, а основной расход формируется под щитом. Во втором случае при приближении щитового открытия к максимальному (а; - ) начиная с некоторого угла поворота затвора , плоский щит начнет выходить за пределы устоев сооружения. Данный момент характеризуется резким увеличением боковых зазоров и, как следствие, резко увеличивается его пропускная способность. Принцип действия автомата основан иа уравновешивании моментов - момента от веса затвора Mj и момента от силы давления воды на элементы затвора Мь: Мд - М, При наполнении в сооружении, равном Н Ир, на затвор действуют моменты от силы тяжести G и от силы давления Р, при котором (фиг, 2а) G i Р4 . t, при этом момент силы Р О и Р. - РЗ При наполнении в сооружении, большем расчетного Нр(Н Нр), над верхней ограничивающей гранью секторной емкости возникнет напор дЬ, под действием которого моменты от сил давления воды Р на верхнюю грань секторной емкости и от силы Р , действующей на криволинейную часть затвора, станут больше момента от силы тяжести затвора G, и затвор повернется на некоторый угол у , в связи с чем начнется сброс воды из секторной е икости, при этом величина силы Р. будет уменьшаться с одновременным увеличе-, нием разницы ар Р2 - РЗ, где Pj - величина силы давления воды со стороны верхнего бьефа на полотнище плоского щита; Р - величина силы давления воды изнутри секторной емкости на полотнище плоского щита. При полном закрытии затвора силы РЗ и Рд равны по величине (Р. РЗ но с момента открытия затвора наполнение (напор) в секторной емкости начнет падать, следовательно, величина силы Р уменьшится при Pg const, Уравнение моментов в этом случае имеет вид « ft- Ч 464. i) Это уравнение при увеличении угла поворота f имеет следующие граничные- условия: при /, , Р, - О, где У. - угол поворота, при котором -верхняя ограничивающая грань затвора перестает со прикасаться с поверхностью воды в секторную емкость; при величины сил О и , причем Уд «у j , где - угол поворота, при котором секторная емкость затвора полностью опорожнится, сле довательно, и сила Р, буд«т равна нулю. Рассмотрев момент поворота затвор на некоторый угол у ,при котором начинается сброс воды в нижний бьеф и устанавливается наполнение Н Нр, а также выражая данное положение зат вора через уравнение моментов (1) от носительно оси вращения, предположим что наполнение в сооружении увеличилось до некоторой величины Hg, следовательно, увеличится величина силы Pg , а также разница Р - Pg -Р., т.е. нарушится установившееся равенство моментов в уравнении (1), и затвор под действием возникшего неравества будет стремиться в равновесное состо ние и в результате повернется еще на некоторый дополнительный угол ujf , а полный угол поворота составит у Jfi + AJf Данное малое изменение угла поворота оказывает значительное влияние на величину силы Р, так как при относительно малом угле поворота затвора секторной емкости 3 затвор получает более значительное приращение площади, чем отверстие под плоским щитом затвора, следовательно, с каждым увеличением угла поворота сектор ная емкость будет все больше опорожняться и сила Р, , действующая на плоскость затвора изнутри емкости, будет уменьшаться в прямой зависимос ти от наполнения, а с достижением угла (j ила Р и Р , а также наполн ние в емкости,- равное h (фиг. 2о) , Ьудут равны нулю.Тогда затвор, начиная с этого момента, работает только плоским щитом, а секторная емкость в полняет роль противеса (фиг. 2б). Рассмотрена работа регулятора в случае, когда плоский щит перемещался между устоями сооружения. : Предположим, что с увеличением де ствующего напора со стороны верхнего бьефа затвор, проворачиваясь, выходи за устои сооружения (фиг. 26). Этот момент характеризуется началом резкого увеличения пропускной способности затвора, причем при всех равных геометрических параметрах пролетов, перекрываемых существующими клапанными затворами и данным затвором, предлагаемый регулятор обладает большей пропускной способностью. Во всех существующих клапанных затворах, а также и в донном регуляторе расход является функцией от величины U , W, hp, т.е. Q f (HI,W,HP) . Предположим, что при максимальных .открытиях существующие затворал и данный имеют равные коэффициенты расхода ирасчетные напсхпнения, т.е. .(:р-иНр, Н,„,, где|иГи(и;р° - коэффициенты расхода существующих клапанных затворов и предлагаемого регулятора;Ни Нрпр- расчетные наполнения в сооружениях с существующими клапанными затворами и с предлагаеьым регулятором. Данное условное равенство вполне обосновано тем,что затвор предлагаемого регулятора имеет такой же максимальный угол поворота у а как и существующие прйслонные затворы, т.е. jU f (у ) , величина же Н р задается в данном случае произвольно, следовательно, при равных максимальных углах поворота затворов вполне предполагается равенство коэффициентов расхода и расчетного наполнения. Если Q f (U, W, Нр), то рассмотрим и площадь истечения из-под затвора. В предлагаемом регуляторе пролет сооружения перекрывается секторной емкостью затвора, которая при достижении затвором угла JQ уже не определяет открытия затвора. С этого момента площадь истечения полностью определяется положением плоского затвора, который имеет высоту меньшую, чем высота перекрываемого пролета на величину начального открытия (фиг. 2а), кроме того, имеет зазор с устоями сооружения, величина которого определяется из условия пропуска плавающих предметов (плавника) и т.д. Этот зазор, в зависимости от размеров самого затвора, имеет свои допускина максимум и ми- нимум. Плоский щит предлагаемого регулятора имеет меньшую ширину, дпину и площадь затвора, а следовательно, пло(цадь истечения из-под затвора предлаг гаемого регулятора больше площгщи истечения из-под известных (прислонных затворов, т.е. предлагаемый регулятор проще, надежнее и имеет большую пропусную способность, чем известные.

а

57

. /VX X XX XxX X/x X

XXT

Л./

РЕГУЛЯТОР -УРОВНЯ ВЕРХНЕГО БЬЕФА, содержащий установленный на горизонтсшьной оси вращения затвор в виде плоского щита, отличающийся тем, что, с целью увеличения пропускной способности, надежности и упрощения регулятора, затвор снабжен секторной емкостью с переменным радиусом кривизны, выполненной по ширине пропускного сечения и жестко соединенной с плоским щитом, размещенным в верхнем бьефе и имеющим по периметру зазор с устоями сооружения, причем прислонная грань затвора :Установлена под углом 35 /5 : 90° К горизонту. (О с UD 05 ОГ) ел