Регулятор уровня верхнего бьефа в гидротехнических сооружениях Советский патент 1987 года по МПК G05D9/02 

Изобретение относится к ирригации, в частности к автоматизации во- дозаборных узлов на участках рек горно-предгорной зоны водосбросных

сооружений и т.п.

Целью изобретения является снижение металлоемкости регулятора.

На фиг. 1 показан регулятор, продольный разрез; на фиг, 2 - то же, вид сверху; на фиг, 3.- то же, вид в торец (со стороны верхнего бьефа); на фиг. 4 - аксонометрическое изображение регулятора.

Устройство включает прислонныР Г-образный затвор I, установленный на оси 2 вращения через консоли 3. Затвор 1 выполнен в виде ковша, нижняя и центральная части которого выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа, с центром кривизны на оси вращения 2. Напорная стенка 4 выполнена плоской и снабжен боковыми щеками 5,5, соеднненнымя с боковыми кромками затвора и разме- щенными па)аллельно стенкам гидротех нического гооружения. Регулятор содержит дополнительную напорную стенку 7 с боковыми щеками 8, образующими с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора 1 емкость 9. Емкость 9 сообщена с верхним бьефом отверстг.ем 10, размещенным на дополнительной У апорно; 1 стенке 7 по высоте этой стенки в пределах хопа затвора 1 при его открытии, и отверстием 1 1 , размещенным в Hi-гж- ней части дополнительной напорной стенки 7.

Площадь отверстия 10 принимается по отношению к площади отверстия 11 из условия обеспечения заданного уровня в емкости 9 при промежуточном положении затвора 1,

Плоскость дополнительной напорной стенки 7 выполнена с изломом, который принимается конструктивно из условия обеспечения заданной (определяемой расчетно) площади отверстия 1 1 . Отверстие 11 выполняет также функцию отверстия влива при опорожненной емкости 9 или при напоре над отверстием со стороны верхнего бьефа большем, чем со стороны емкости 9, Конструктивно отверстие 1I выполнено так, что оно размещается в вертикальной плоскости при закрытом положении затвора 1. Такое исполнение обеспечивает свободное истечение в атмосферу из емкости 9 через отверстие 11 при максимальном открытии. В промежуточном положении затвора 1 отверстие 1 1

t частично дросселируется набегающим

потоком,

Ширина плоской части затвора I определяется из условия обеспечения необходимого гидростатического давления воды на плоскую часть затвора I для создания требуемого момента трогания затвора 1 (преодоления момента СИЛЫ тяжести затвора G) в закрытом его положении при достижении расчетного уровня воды в верхнем бьефе. Ширина боковых щек 5,6 принимается из условия обезличивания влияния бокового динамического зффекта на силу Р,.

Ширина дополнительной напорной стенки 7 определяется из условия обеспечения требуемого корректирующего момента силы гидродинамического давления на стенку 7 для крайнего поло

жения затвора при об

ak,c

30-35

При

этом емкость 9 опорожнена, так как отверстие 10 находится выше отметки расчетного уровня воды перед затвором 1, истечение из отверстия 11 свс1бодное, в атмосферу. Для этого положения затвора 1 сила давления со стороны емкости 9 на стенку 7

Р,-0.

, уравнение моментов сил, действующих на затвор I относительно оси вршдения 2, в общем виде запишется так:

40 , 1,

+Р.

,

5

где Р,

5

1р, и

Р. Ргсилы давления воды на плоские части затвора 1 (напорную стенку 4 и дополнительную напорную стенку 7) ; плечи сил Р. и Р от-

(

оси

2 вращеносительнония затвора;

G и 1 - сила тяжести (веса затвора I) и плече этой силы относительно оси 2 вращения затвора. При предельном положении затвора 1 плоские его части испытывают давление воды со стороны верхнего бьефа Р, и Pj на дополнительную напорную стенку 7, противодавление воды отсутствует. Если плечи сил Р, и PJ равны, т.е. 1р, , то уравнение моментов можно записать

Mo(P,P.) Обозначим для этого положения сумму Р, (сила Р, определяется по формуле гидростатики; Р , строго говоря, определяется экспериментально, но без учета стенки, т.е. при равенстве высот стенок 4 и 7, Р тоже можно определить по т формуле гидростатики и тогда можно записать

ZM Plp-Gl 0,

где Р - по формуле гидростатики .g |l(b,+b)lp-HGl 0,

здесь b, и bj - суммарные шины стенок 4 и 7;

h - действующий гидростатический напор на стенки 4 и 7 для предельного положени затвора 1 (определяется по геометрическим формулам для рассматриваемого положения затвора 1); 1р - плечо силы Р| определяется

также известными методами для указанного положения затвора 1;

G - сила тяжести затвора I, определяется на основе статического расчета затвора 1; 1- - плечо силы G для указанного

положения затвора I; Р и g - плотность воды и ускорение

силы тяжести G,

Из приведенного уравнения моментов находим bj, В промежуточных положениях Р корректируется путем регулирования противодавления Р. на стенку 7 со стороны корректируЕощей емкости 9, Коррекция обеспечивается автоматически, путем постепенного (по заданному закону) опорожнения указанной емкости 9 при повороте (открытки) затвора I, Заданный зако обеспечивается сливом из емкости через отверстие 1I и одновременным вливом воды в емкость 9 через отверстие 10. Форма и размер отверстия 10 определяются экспериментально. При размещении предлагаемого затвора 1 в параболических, трапециедальньгх лотках (каналах) и т.п. плоские на

5

0

порные стенки 4 и 7 рекс меиду с гея выполнять в центра, а кринолине iinyro часть в поперечнике в этом случае выполняют по очертанию попереч.чого профиля канала (парабола, трапепигч и др.).

Принцип действия регулятора уровня .основан на уранновешивйиии тов сил, действующих на затвор : силы тяжести G, сил давления Р и PS Силами трения вращения (других сил нет) ввиду их малости по сравнению с другими силами можно пре1 ебречь.

Регулятор уровня работает следующим образом. ,

Пока воды в верхнем бьефе нет или уровень ее меньше расчетного, т.е. h j ; h , затвор 1 находится в закрытом положении (фиг, 1). При этом уровень воды в корр(;ктирующей емкости 9 находится нл отметке уровня верхнего бьефа (она заполнена чз- рез отверстия 10 и 11), следова-5 тельно ,. На затвор н этом случае действуют силы; тяжести затвора G, гидростатического давления Р . Сила давления на кри олинейную часть затвора i движутдего момента не со r. дает, так как вектор этой сипы про-- ходит через ось вращения, а силы Pj-P и результирующий момент относительно оси вращения 2 равен 0.

При уровне воды в верхнем бьефе hgg меньше расчетного hp, от силы G больц е момента силь Р, , т,ч счет чего затвор 1 находится Б закрытом положении. По достижении h, h, G

5

.5.

0

Lp наступает равенство моментов сил и Р,. При малейщем повышении

в.В.

hp момент силы Р, становится

больше момента силы G, за счет чего затвор 1 начинает открываться.

По мере открытия затвора 1 начи- 5 нает уменьшаться давление Р, и, следовательно, момент этой силы, а момент силы G, наоборот, при открытии затвора 1 увеличивается. Образовавшееся рассогласование в моментах Q силы Р, и G компенсируется (корректируется) моментом силы Р. Дело в том, что с открытием затвора 1 начинается истечение воды из корректирующей емкости 9 и изменение силы t Pj (сила Р изменяется по тому же закону, что и сила Р, , так как действует со стороны бьефа на стенку 7), Степень опорожнения корректируется подпиткой ее через отварстие 10 так,

513Д8786

чтобы для любого положения затвора 1 сумма моментов О с сохранением h const (определяется экспериментально на основе исследования истечения воды из корректирующей емкости 9 через отверстие 11 и одновременного влива ее в емкость 9 через отверстие 10). По достижении затвором 1 максимального открытия (на фиг. 5об„а с прекращается влив воды н корректирующую емкость 9 вследствие выхода отверстия 10 из потока и гидравлическое дросселирование отверстия 11, вследствие чего корректирующая емкость 9 опорожняетс и сила Р, 0. В этом положении коррекция моментов вается силой Р,

сил Р и G обеспечиФормула изобретения

Регулятор уровня верхнего бьефа в гидротехнических сооружениях, содержащий прислонный Г-обраэный затвор с горизонтальной осью вращения,

выполненный в виде ковща, у которого нижняя и центральная части выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа с центром кривизны на оси вращения, напорная стенка вьшолнена плоской с боковыми щеками, соединенными с боковы1 ш кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости регулятора, ковщ затвора содержит дополнительную напорную стенку с боко5 выми щеками, образующую вместе с

криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора емкость, сообщаемую с верхним бьефом отверстиями, одно из которых размещено по высоте дополнительной напорной стен- ки в пределах хода затвора при открытии, а другое расположено в основании нижней части дополнительной напорной стенки и при закрытом поло5 жении затвора плоскость его сечения размещена в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к ирригационной технике, в частности к автоматической, ирименяемой в водозаборных узлах на у частках рек горнопредгорной зоны. Цел1}Ю изобретения является снижение металлоемкости регулятора. Устройство содержит прис- лонный Г-образный затвор, устанЬв- . ленный на оси 2 вращения через консоли 3. Затвор выполнен в виде ков- , ша, нижняя и центральная части которого выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа, с центром кривизны на оси 2 вращения. Напорная стенка 4 выполнена плоской и снабжена боковыми щеками 5,6, соединенными с боковыми кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения. Регулятор содержит дополнительную напорную стенку 7 с боковыми щеками 8, образующими с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора 1 емкость 9. Емкость 9 сообщена с верхним бьефом отверстием, размещенным на дополнительной напорной стенке 7 по высоте этой стенки в пределах хода затвора при его открытии, и отверстием, размешенным в нижней части дополнительной напорной стенки 7. Работа регулятора уровня основана на уравновешивании сил, действующих на затвор: силы тяжести G, сил давления Р, и Р,. . Силами трения вращения (других О сил нет) ввиду их малости по сравнению с другими силами можно пренебречь. 4 ил. J 5 4 S J (Л со 4 эо X) 35

1ч1

W

/////////////////

Фи9.1

А

/

Составитель Т, Задворная Редактор А. Маковская Техред А.КравчукКорректор Л. Патай

..«...«...

Заказ 5188/46 Тираж 862Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Фие. 2

ю

7

и

Фие. 3