Регулятор уровня в бьефах гидротехнических сооружений Советский патент 1985 года по МПК G05D9/02 

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в качестве авторегуляторов уровня смешанного регулирования на каналах оросительных систем, бассейнов суточного регулирования, малых водоемах и т. п. Известно подпорно-перегораживаюшее сооружение на оросительных каналах из облегченных материалов для подъема уровня воды в верхнем бьефе, оборудованное рукавом для пропуска определенного расхода воды в нижний бьеф, в котором подъем и опускание рукава осуществляется ручным или механическим способом 1. Недостатком регулятора является то, что пропуск транзитных расходов осуществляется через отверстие, оборудованное рукавом, что затрудняет обеспечение пропуск заданного постоянного расхода потребителям и поддерживание заданного уровня в верхнем бьефе при различн 51х расходах. Кроме того, возможное заиление верхнего бьефа из-за установки рукава на некоторой высоте относительно дна не позволяет осуществить промывку насосов, а при необходимости использовать вес объема воды верхнего бьефа. Наиболее близким к предлагаемому является регулятор уровня верхнего бьефа, содержащий полотнище с отверстием, перекрываемым донны.м воздействующим регулятором, камеру противодавления, которая сообщена посредством подводящего и отводящего трубопроводов с бьефами. Над подводящим трубопроводом расположен датчик уровня в виде емкости, которая сообщена с нижним бьефом посредством сливного трубопровода 2 . Недостатком известного регулятора является нестабильность поддержания постоянного уровня воды в верхнем бьефе из-за наличия надмембранной емкости, расположенной над ..питающим трубопроводом камеры противодавления, так как переходный процесс при регулировании зависит от времени наполнения надмембранной емкости и опорожнения последней через сливной трубопровод. Следовательно, переходный процесс имеет колебательный незатухающий характер. Кроме того, про.мывку отложившихся наносов можно осуществить только при полном открытии отверстия в мембрану, что в процессе эксплуатации не всегда возможно. Это приводит к заилению внутренней полости ка.меры противодавления, вследствие которого уменьшается угол открытия донного регулятора, приводящий к уменьшению его пропускной способности в целом, и в связи с этим регулятор имеет ограниченную область применения. Кроме того, регулятор осуществляет одностороннее регулирование, т. е. осуществляет регулировалИе только по верхнему бьефу. 1 76 Целью изобретения является расширение области применения, увеличение пропускной способности и повыщение точности путем предотвращения полости затвора от заиления. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе уровня в бьефах гидротехнических сооружений, содержащем размещенный между верхним и нижним бьефами затвор, выполненный в виде сообщенной с верхним и нижним бьефами емкости, образованной установленным на горизонтальной оси вращения щитом и соединенной с ним гибкой оболочкой, закреплённбй на флютбете, датчик уровня верхнего бьефа, установленный на трубопроводе сообщения емкости затвора с верхним бьефом, дополнительно содержится поплавковый датчик уровня нижнего бьефа в виде кольцевой втулки, установленной на выходном патрубке дополнительного трубопровода сообщения емкости затвора с нижним бьефом, причем выходной патрубок выполнен в виде гофрированной емкости, один торец которой закреплен неподвижно, а другой торец соединен с корпусом кольцевой втулки, во входном патрубке дополнительного трубопровода установлен эластичный клапан, полость которого сообщена с полостью гофрированной е.мкости. Поплавковый датчик уровня нижнего бьефа снабжен ограничителями хода. Регулятор содержит в основании, сооружения промывную галерею с дополнительным . затвором, уста} овленными на дополнительной горизонтальной оси вращения, -пластичную камеру, .размещенную . в емкости затвора и сообщенную с камерой гидроцилиндра, корпус которого соединен с рычагом, устано.вленным на горизонтальной оси вращения и жестко соединенным со притом, причем дополнительный затвор выполнен с возможностью его фиксации с помощью фиксирующего элемента, закрепленного на щтоке гидроцилиндра. На фиг. 1 показан регулятор уровня, вид в плане; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - диафрагма-мембрана; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - датчик нижнего бьефа, разрез. Регулятор уровня состоит из диафрагмы 1 (жесткая диафрагма может быть заменена мембранами), отверстия 2 в диафрагме 1, затвора 3, установленного в отверстии 2 между верхним и нижним бьефами. Затвор 3 Ешшолнен в виде сообщенной с верхним и нижним бьефами емкости, образованной .установленным на горизонтальной оси 4 вращения ц.1:итом 5 и соединенной с ним гибкой оболочкой 6, которая закреплена на флютбете. Регулятор уровня содержит также датчик уровня верхнего бьефа, выполненный в виде поплавка 7, закрепленного на штоке 8 с клапаном. Датчик уровня верхнего бьефа установлен на трубопроводе сообщения емкости затвора 3 с верхним бьефом. Емкость затвора 3 сообщена с нижним бьефом. нерегулируемым сливным трубопроводом 10. Регулятор содержит дополнительный трубопровод 11 сообщения емкости затвора с нижним бьефом. На выходном патрубке дополнительного трубопровода 11 установлен поплавковый датчик уровня нижнего бьефа в виде кольцевой втулки 12, выходной патрубок дополнительного трубопровода 11 выполнен в виде гофрированной емкости 13, один торец которой закреплен неподвижно, а другой торец соединен с ijbpnycoM кольцевой втулки 12. Во входном патрубке дополнительного трубопровода установлен эластичный клапан 14, полость которого сообщена с полостью гофрированной емкости 13. Поплавковый датчик уровня нижнего бьефа снабжен ограничителями хода в виде катушки 15.

Регулятор уровня содержит в основании сооружения промывную галерею 16 с дополнительным затвором 17, установленным на дополнительной горизонтальной оси 18 вращения, эластичную камеру 19, размещенную в емкости затвора 3 и сообщенную с камерой гидроцилиндра 20, выполненного из правого и левого цилиндров, которые сообщены трубопроводом 21. Гидроцилиндр снабжен- поршнем 22 с вилкообразным фиксирующим элементом 23.

Корпус гидроцилиндра 20 соединен с рычагом 24, установленным на горизонтальной оси 4 вращения и жестко соединен со щитом 5. Дополнительный затвор 17 фиксируется фиксирующим элементом 23 с помощью пальца 25, закрепленного на дополнительном затворе 17.

Поршень гидроцилиндра 20 снабжен возвратным механизмом 26. Полость эластичной камеры 19 сообщена с камерой гидроцилиндра 20 гибким трубопроводом 27.

Поплавок 7 датчика уровня верхнего бьефа размещен в шахте 28, а датчик уровня нижнего бьефа установлен в шахте 29.

Гофрированная емкость 13 укреплена на стакане 30. Для герметизации пространства между корпусом кольцевой втулки 12 и стаканом 30 установлена эластичная оболочка 31 уровня нижнего бьефа, в ша}сте 29 установлен подъемник 32, зак- . репленный на щтоке-вставке 33, соединенном с кольцевой втулкой 12.

. Регулятор уровня в бьефах гидротехнических сооружении работает следующим образом.

При отсутствии воды в канале (фиг. 3). затвор 3 находится в нижнем положении, а отверстие 2 диафрагмы 1 открыто. При этом отсутствует давление со стороны емкости затвора на, эластичную камеру 19.

Следовательно, отсутствует давление на поршень 22 гидроцилиндра 20 и он под давлением возвратного механизма 26 находится в крайнем положении, тем самым фиксирующий элемент 23 освобожден от пальца 25 дополнительного затвора 17 промывной галереи 16, и затвор 17 под собственным весом находится в нижнем положении. Вход в промывную галерею 16 закрыт.

Клапан датчика уровня верхнего бьефа под весом поплавка 7 упирается на выступ входного оголовка трубопровода 9 сообщения емкости затвора 3. с верхним бьефом

5 камеры 5 противодавления, а входное отверстие в корпусе трубопровода 9 открыто. Свободно передвигающаяся по катушке 15 кольцевая втулка 12 под собственным весом упирается на стакан 30 и перемещает находящуюся в гофрированной емкости 13

0 жидкость, которая поступает в полость эластичного клапана 14, а последний закрывает выходное отверстие дополнительного трубопровода 11 емкости затвора 3. При подаче воды в канал уровень

5 воды поднимается, так как промывная галерея 16 закрыта затвором 17. По достижении горизонтом воды входного отверстия трубопровода 9 сообщения емкости затвора с верхним бьефом вода начинает поступать в емкость затвора 3 Благодаря тому,

0 что расход, поступающий в емкость затвора 3, больше, чем расход, сливающийся из нее через сливной нерегулируемый трубопровод 10, емкость затвора 3 наполняется и он под действием гидростатического давления воды на щит 5 вращается вокруг

5 оси 4, отверстие 2 диафрагмы-мембраны 1 закрывается и пропуск расходов в нижний бьеф отсутствует. По мере повышения горизонта воды в верхнем бьефе гидростатическое давление в емкости затвора 3 увеличивается, соответственно увеличивается гидростатическое давление на эластичную камеру 19 и на эластичный клапан 14, который перекрывает выходное сечение дополнительного трубопровода 11 из емкости затвора 3. При этом камера 19 сжимается и давление воды через гибкий трубопровод 27 передается на поршень 22, расположенный внутри гидроцилиндра 20. Поршень 22 под действием гидростатического давления сжимает возвратный механизм 26, и шток

0 с фиксирующим элементом 23 фиксируется в палец 25 промывного дополнительного затвора ,17, в результате чего образуется коромысло, вращающееся вокруг горизонтальной оси 4 вращения . Когда гидростатис ческое давление-воды со стороны емкости затвора 3 на эластичный клапан 14 превысит вес кольцевой втулки 12, эластичный клапан 14 сжимается и происходит пропуск расходов из емкости затвора 3, давление

воды на затвор 2уменьшается, так как суммарный расход, сливающийся из емкости затвора 3 через трубопроводы 10 и 11, станет больше, чем поступаюш,ий в емкость затвора 3 через трубопровод 9 из верхнего бьефа. При этом затвор 3 под собственным весом и гидростатическим давлением со стороны верхнего бьефа, врашаясь вокруг оси 4, опускается и открывает отверстие 2 диафрагмы мембраны 1 для пропуска расходов в нижний бьеф. При этом одновременно происходит пропуск расходов в нижний бьеф через промывную галерею, так как в период опускания затвора 3 затвор 17 промывной галереи 16 поднимается, при помощи рычага 24. Рычаг 24 жестко связан со щитом 5 затвора 3 и при помощи фиксирующего элемента 23 шарнирно связан с пальцем 25 затвора 17промывной галереи 16.

При достижении уровнем воды в нижнем бьефе заданного горизонта кольцевая втулка 12 всплывает и упирается в верхнюю часть катушки 15, после чего поднимается стакан 30 совместно с гофрированной емкостью 13. При дальнейщем повышении уровня давление на гофрированную емкость 13 увеличивается и гидростатическое давление жидкости из емкости 13 передается на эластичный клапан 14 через гибкий трубопровод, и эластичный клапан 14 прикрывает выходное отверстие сливного трубопровода 11 из емкости затвора 3. При этом расход, поступающий в емкость затвора 3 через трубопровод 2 из верхнего бьефа, больше, чем суммарный расход, сливающийся из емкости затвора 3 через сливные трубопроводы 10 и 11.

При этом поддерживается постоянный уровень в нижнем бьефе и одновременно происходит наполнение верхнего бьефа. При превышении уровня воды в верхнем бьефе относительно заданного горизонта (независимо от горизонта воды в нижнем бьефе) поплавок 7 всг лывает и тянет за собой шток 8. При этом клапан перекрывает входное отверстие трубопровода 9, что приводит к уменьшению доступа воды в емкость затвора 3. Емкость затвора 3 постепенно опорожняется через сливной нерегулирующий трубопровод 10, и гидростатическое давление воды на затвор 3 уменьшается. Это приводит к тому, что затвор 3 под действием давления воды со стороны

верхнего бьефа и собственного веса, вращаясь вокруг оси 4, увеличивает степень открытия донного отверстия 2 в диафрагмемембране 1, независимо от горизонта воды в нижнем бьефе. При этом одновременно увеличивается степень открытия промывной галереи 16, так как при работе затвора 3 фиксирующий элемент 23 связан с затвором 14 про.мывной галереи 16. Следовательно, увеличивается пропускная способность регулятора уровня и одновременно осуществляется промывка отложивщихся наносов в нижний бьеф.

При уменьщении транзитных расходов . в канал, независимо от горизонта воды в

5 верхнем бьефе, поддерживается постоянный уровень в нижнем бьефе, так как при понижении уровня в нижнем бьефе относительно заданного, гидростатическое давление на стакан 30 и гофрированную емкость 13 уменьшается, а также уменьшается дав„1ение на эластичный клапан 14. При этом увеличивается пропускной расход из емкости затвора 3 через регулируемый дополнительный трубопровод 11. Суммарный расход, сливающийся из емкости затвора 3 через сливные трубопроводы 10 и 11, больше,чем расход, поступающий в емкость затвора 3 из верхнего бьефа. В результате этого гидростатическое давление воды на затвор 3 уменьшается, и затвор 3 под давлением воды со стороны верхнего бьефа опускается, тем самым увеличивается степень открытия 2 диафрагмы-мембраны 1 и промывной галереи 16. Этим обеспечивается пропуск расчетных расходов в нижний бьеф и постоянно осуществляется промывка наносов

5 через промывную галерею 16.

Предлагаемый регулятор для смещанного регулирования позволяет: .обеспечить поддержание заданного уровня в нижнем бьефе независимо от горизонта-уровня воды в верхнем бьефе; осуществлять постоянную промывку наносов; увеличить пропускную способность регулятора; расширить область применения мембранных-диафрагмированных - регуляторов; предотвращать 5 заиление камеры противодавления и верхнего бьефа наносами; накапливать излишние запасы воды в верхнем бьефе и использовать их при необходимости, следовательно, рационально использовать оросительную воду.

Фиг.З

в- 5

21

1

1. РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ В БЬЕФАХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ, содержащий размещенный между верхним и нижним бьефами затвор, выполненный в виде сообщенной с верхним и нижним бьефами емкости, образованной установленным на горизонтальной оси вращения щитом и соединенной с ним гибкой оболочкой, закрепленной на флютбете, датчик уровня верхнего бьефа, установленный на трубопроводе сообщения емкости затвора с верхним бьефом, отличающийся тем, что, с целью расщирения области применения, он содержит поплавковый датчик уровня нижнего бьефа в виде кольцевой втулки, установленной на выходном патрубке дополнительного трубопровода сообщения емкости затвора с нижним бьефом, причем выходной патрубок выполнен в виде гофрированной емкости, один торец которой закреплен неподвижно, а другой торец соединен с корпусом кольцевой втулки, во входном патрубке .дополнительного трубопровода установлен эластичный клапан, полость которого сообщена с полостью гофрированной емкости. 2.Регулятор уровня по п. I, отличаюищйся тем, чтЬ поплавко;вый датчик уровня нижнего бьефа снабжен ограничителями хода. i 3.Регулятор уровня по п. 1, отличающийся тем, что с целью увеличения про(Л пускной способности и повыщения точности путем предотвращения полости затвора от заиления, он содержит в основании сооружения промывную галерею с дополнительным затвором, установленным на дополнительной горизонтальной оси вращения, эластичную камеру, размещенную в емкости затвбра и сообщенную с камерой гидроц||о: линдра, корпус которого соединен.с рычагом, о со установленным на горизонтальной оси .вращения и жестко соединенным со щитом, причем дополнительный затвор выполнен с возможностью его фиксации с помощью фикО5 сирующего элемента, закрепленного на щтоке гидроцилиндра..

28 7JJ/

J(/

ГЗ

JO

Фиг. 6