Способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК E02B8/02 

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее циркуляционный порог, установленный под углом к оси водотока, отличающееся тем, что оно снабжено приводом и датчиком, измеряющим мутность сбрасываемой воды, а циркуляционный порог выполнен из секций, установленных с возможностью поворота приводом относи-, тельно горизонтальной оси, размещенной Е нижней части , причем привод связан с датчиком.

) I. Способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока преимущественно при заборе воды из водотрка, включающий размещение, в водотоке под углом к его оси вертикального циркуляционного порога и изменение уровня воды в верхнем бьефе гидротехнического сооружения, отлиншощийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, уменьшения захвата наносов при заборе воды и снижения непроизводительных сбросов воды на промыв наносов, при уменьщении мутности сбрасываемой воды увеличивают интенсивность циркуляции потока перед порогом, а при увеличении Мутности сбрасываемой воды уменьшают интенсивность циркуляции потока перед порогом путем поворота порога относительно горизонтальной оси.

1

Изобретение относится к гидротехнике и может «айти применение на водозабор ных узлах, шлюзах-регуляторах, пескогравиеловках и других гидротехнических сооружениях, где применяются циркуляционные пороги, особенно там, где имеются большие колебания уровней воды на сооруже 1иях,что в свою очередь ведет к больщин изменениям энергии потока и транспортирдв- ке наносов разнофракционного состава.

Известен способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока, в котором для управления структурой потока используют автоматы уровней воды и промывки наносов, способствующие переформированию структуры потока в зависимости от информации, на которую нацелен данный автомат (IJ.

Недостатком такого способа автоматического регулирования гидравлической структуры потока является то, что основную функцию в переформировании структуры потока выполняют автоматы уровней воды, однако при больщих колебаниях уровня воды, например при падении уровня до минимального, происходит активное переформирование призм отложения наносов в верхнем бьефе гидротехнических сооружений, но е связи с уменьщением энергии потока влияние автоматов уровня воды на структуру гютока резко ограничивается, что и привоцит к поступлению наносов в водоприемни(;и, а затем и в оросительную сеть.

Известно устройство для регулирования гидравлической структуры потока, представляющее собой плавающие деревянные дощатые стенки, собранные под одну общую ра.му, погруженную в воду. Стенки устанавливаются в плане под углом 18-25° к оси ротока и способствуют подпону верхних слоев воды к регулятору и подпорному шлюу, образую1цаяся при этом циркуляция направляет к. промывному щлюзу нацболее загрязненные донные слои воды 2.

Недостатком данного устройства является то, что оно создает устойчивую циркуля ПИЮ потока только при определенных скоростях потока и неработоспособно как при больщой турбулизации потока, так и при малой энергии потока, что существенно ограничивает область его применения. ДанНое устройство вообще неприменимо на потоках, содержащих плавник, который будет скапливаться на рещетке, что выведет из работы не только само .устройство, но и сооружение в целом.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока преимущественно при заборе воды из водотока, включающий размещение в водотоке под углом к его ОСИ вертикального циркуляционного порога и изменение уровня воды в верхнем бьефе гидротехнического сооружения ,

При использовании известного способа гидравлическая структура потока, созданная встречными косорасположенными циркуляционными порогами,, управляется затвором-автоматом уровня верхнего бьефа и встроенным в него автоматом промывки наносов 3.

Недостатком данного способа явл51ется ограниченность действия ; з.зтворов-автоматов на структуру потока. Автоматы, расположенные перпендикулярно фронту движения воды, создают экранный эффект во время их частичного открытия,, и наносы не идут в промывник, а откладываются в верхнем бьефе водозаборного сооружения призмой, по форме описывающей элементы сооружения, формирующие структуру потока, а по высоте - доходящей до отметок верха .циркуляционных порогов. С ростом высоты призмы происходит уменьщение живого сечения подводящего русла, скорость и транспортирующая способность потока в нем возрастают, при этом в движение вовлекается все большее количество наносов, и наносотранспортирующие вальцы, созданные циркуляционньши порогами, не справляются с транспортом наносов и с увеличением скорости всего потока, вследствие этого больщая часТь наносов попадает в водоприемные камеры. Производство же промывки при открытии автомата уровня малоэффективно и приводит к больщим непроизводительным сбросам воды и отключениям оросительной системы на вре.мя промывки.

Известный способ осуществляется устройством, содержащим циркуляционный порог, установленный под углом к оси водотока 3. Недостатком этого устройства является то, что его устойчивая работа по борьбе с наносами возможна только в незначительном диапазоне изменения расходов и соответственно уровней воды в верхнем бьефе сооружения. Это в свою очередь приводит к непроизводительным промывным расходам в случае увеличения уровня воды в верхнем бьефе больше номинального и не обеспечивает транспорт наносов, когда уровень воды меньше номинального. Высота вальца и интенсивность его вращения зависят от высоты порога и уровня воды в верхнем бьефе сооружения, что не всегда согласуется с другими элементами сооружения в случае изменения характеристик потока. Результатом этого является сбойность течения и дополнительная турбулизация потока, приводящие к ухудшению качества работы всего сооружения. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, уменьшение захвата наносов при заборе воды и снижение непроизводительных сбросов воды на промыв наносов. Указанная цель достигается тем, что согласно способу автоматического регулирования гидравлической структуры потока, при уменьшении мутности сбрасываемой воды увеличивают интенсивность циркуляции потока перед порогом, а при увеличении мутности сбрасываемой воды уменьшают интенсивность циркуляции потока перед порогом путем поворота порога относительно горизонтальной оси. Устройство для осуществления способа снабжено приводом и датчиком, измеряющим мутность сбрасываемой воды, а циркуляционный порог выполнен из секций, установленных с возможностью поворота приводом .относительно горизонтальной оси, размещенной в нижней части секций, причем привод связан с датчиком. На фиг. I представлена функциональная схема системы, реализующей способ автоматического регулирования гидравлическоч структуры потока, на примере водозаборного узла; на фиг. 2 - циркуляционный порог. Устройство для осуществления способа автоматического регулирования гидравлической структуры потока содержит автомат 1 промывки наносов, на выходе которого установлен пробоотборник 2, совмещенный с датчиком 3, измеряющим мутность воды. Устройство содержит также блоки 4 и 5 сравнения, блоки 6 и 7, определяющие знак отклонения, усилитель 8 с инвертором, механизмы 9 преобразования и привод 10 циркуляционного порога П. Вертикальный циркуляционный порог 11 ycfaнoвлeн под углом к оси водотока 12 и выполнен из секций 13, установленных над неподвижной частью 14 порога 1 с возможностью поворота приводом 10 относительно горизонтальной оси 15, размещенной в нижней части секций 13. За циркуляционными порогами 11, установленными -в верхнем бьефе 16 гидротехнического сооружения 17, расположены входные отверстия водоприемника 18. Устройство работает следующим образом. Датчик 3 измеряет мутность воды в пробоотборнике 2 и преобразует этот параметр. в соответствующее напряжение U. Это напряжение поступает на блок 4 сравнения, где оно сравнивается с задающим нижнююграницу интервала мутности напряжением и. Сигнал рассогласовдния д U поступает на блок 6, где определяется знак отклонения. Если ли меньше нуля, то он поступает непосредственно на усилитель 8 с инвертором, который усиливает входной, сигнал по мощности и меняет знак напряжения на противоположный. Если же ftU больше нуля, то этот сигнал поступает н.а второй блок 5 сравнения, задающий интервал допустимой мутности сбрасываемого потока uU. Величина отклонения «Г показывает, выходит ли мутность сбрасываемой воды за пределы заданного интервала. Если н меньше нуля, то значит сбрасываемая на промыв вода содержит достаточное количество твердого вещества и сигнал, на выходе блока 5 отсутствует. Если SH больше нуля, то этот сигнал через блок 7, аналогичный блоку 6, поступает на усилитель 8 и далее через механизмы 9 преобрзования - на привод 10, обеспечивающий изменение угла наклона верхней части циркуляционного порога И, состоящей из секции 13, расположенных над неподвижной частью 14 порога 11, что обеспечивает качественный водозабор в водоприемник 18. Способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока осуществляется на водозаборном сооружении следующим образом. Если определенное открытие автомата 1 промывки наносов обеспечивает сброс воды на промыв некоторой мутности, , соответствующей заданным нормам, то вся система находится в стационарном состоянии. Если содержание твердого вещества уменьшилось до величиныj3j, т.е. мутность уменьшилась и происходит ненужный сброс оросительной воды, что недопустимо, то сигнал рассогласования д U i U - U 0. Подав сигнал рассогласования через усилитель 8 с инвертором и через механизмы 9 преобразования к приводу 10, производится наклон циркуляционных порогов 11 к горизонту, что интенсифицирует промывку за счет увеличения скорости внутри вальца и изменения зоны его действия, чем вызываете перераспределение расходов, идущих и; промыв и nocrynatoiuHx в водоп{ 1емннк Г8, благодаря этому мутность сбрасываемой воды увеличится, т.е. технологические показатели возвратятся в заданный интервал. Если пороги, обрабатырая минимально допустимую мутность сбрасываемой воды, при определенном открытии автомата I промывки наносов.заняли свое крайнее положение, а мутность сбрасываемой воды .все равно не отвечает технологическим показателям и сигнал ди ., то в такой ситуации сигнал рассогласования через усилитель 8 с инвертором и через механизмы 9 преобразования поступает к приводу 10, обеспечивающему прикрытие автомата I промывки наносов. Новое положение автомата I промывки наносов уменьшит количество воды, сбрасываемой на промыв, чем обеспечится возврат системы в заданные технологические нормы по мутности.. Если содержание наносов в сбрасываемой воде увеличилось, т.е. мутность воды дошла JiOj)f , превысив верхнюю границу заданного интервала мутности, за порогом которого в верхнем бьефе 16 гидротехнического сооружения 17 начинается интенсивный рост призмы наносов, то отклонение напряжения от заданных значений U в блоке 4 и ALT в блоке 5 больше нуля. При этом величина отклонения 5н через блок 7 поступает на усилитель 8 и далее через механизмы 9 преобразования - на привод 10и производится возврат ранее наклоненных порогов 11 к более вертикальному положению, что приведет к увеличению геометрических размеров вальца. Увеличившиеся размеры вальца и выросшие абсолютные отметка верха циркуляционных порогов 11 обеспечивают качественный водоотбор, Если при этом мутность воды, выходящей из-под автомата I промывки наносов, остается постоянной, отвечающей технологическим нормам, то процесс регулирования завершен. Если же мутность будет и возрастать, то значит в верхний бьеф 16 поступает такое количество твердого вещества, которое не способно обработать циркуляционные пороги 11 и автомат 1 промывки наносов при данном открытии, и при этом начинается формирование призмы отложения наносов. В такой ситуации циркуляционные пороги 1 дойдут до своего вертикального положения. Если же наносы образуют призму в верхнем бьефе 16 при уже вертикально расположенных циркуляционных порогах П, т.е. мутность сбрасываемой воды все равно выше , то снгнал рассогласования переключается на дополнительное открытий автомата 1 промывки наносов, что в конечном итоге восстановит технологические показатели, и система повторит описанные операции. Прн вертикальном, положении секций 13 циркуляционных порогов 11 и полностью pTKpbiTOM автомате 1 промывки наносов, согда мутность сбрасываемой водь все равно превосходит нормы, обеспёчивающие промыв наносов без образования призмы отложения в верхнем бьефе ,J 6, сигнал рассогласования OH поступает на привод 10, рбеспечивающий приоткрытие автомата уровня воды верхнего бьефа. При незначительном изменении мутности сбрасываемого потока, не выходящем за заданный технологический интервал мутности, что соответствует случаю, когда &и О и Ои- О, сигнал на выходе блока 5 отсутствует, и система работает в установившемся режиме. Способ автоматического регулирован11Я гидравлической структуры потока и устройство для его осуществления позволяют значительно расширить диапазон применения- хорошо зарекомендовавших себя на практике сооружений с косонаправленными Циркуляционными порогами, при этом данный способ благодаря интенсификации управления структурой потока, расширению зоны влияния вальца и возможности перераспределения расходов воды, забираемых в водоприемник и сбрасываемых на промыв, позволяет уменьшить размеры сооружений, формирующих структуру потока, и их стоимость при улучшении качества их работы. Выполнение циркуляционного порога из секций, установленных с возможностью поворота относительно горизонтальной оси, размещенной в нижней части секций, позволяет влиять на гидравлическую структуру потока изменением угла наклона верхней части порога, обеспечивая надежную работу сооружения и уменьщая захват наносов при заборе воды, при этом нижняя неподвижная часть порога, возвышаясь над дном, предохраняет шарнирное соединение с верхней подвижной частью от заклинивания скопившимися у порога отложениями и обеспечивает полный Ход верхней части от вертикального до горизонтального положения. Расчленение верхней части циркуляционного порога на секции расширяет диапазон возможности регулирования структуры потока в верхнем бьефе гидротехни-. ческого сооружения за счет различного наклона, секций к горизонту. Способ автоматического регулирования гидравлической структуры потока благодаря регулированию интенсивности циркуляции потока в зависимости от показаний датчика, измеряющего мутность сбрасываемой воды, позволяет понизить непроизводительные сбросы воды на промыв наносов и .экономить оросительную воду.

Фиг.2