Гидропневмозатвор Советский патент 1990 года по МПК A01G25/00 E02B13/00 

пус сифона 2, установленный на перегородке 3 в лотковом оросителе 1. Капор сифонного пневмозатвора 2 на 3/4 площади его сечения установлен выше рабочего уровня воды 4 (при неработающем сифоне 2) в лотковом оросителе 1, что является условием устойчивой зарядки сифона ввиду прохождения через него 25% расхода воды, которому соответствует затопление 1/4 площади сифона водой. Экспериментальные исследования показывают, что это условие самозарядки сифонного пневмозатвора обеспечивается и при прохождении через сифон свыше 2% во- ды, но под напором столба воды h на входе сифона, т.е. специфика пневмозатвора уточнила соответствующим образом пропуск через сифон при свободном истечении 25% расхода, и ис- эти условия для самозарядки сифона.

Таким образом, линейный размер hf, связывающий с расположением 3/4 площади сечения капора над уровнем 4, обеспечивает самозарядку пневмозатвора и его работоспособность.

Для обеспечения работоспособности сифонного пневмозатвора его выход всегда затоплен (уровнем несливаемого объема воды в оросителе 1 (нижнего бьефа) не менее чем на высоту h f превышения рабочего уровня 4 над гребнем 5 сифонного пневмозатвора, а перепад уровней между дном лоткового оросителя 1 на его входе и выходе не менее величины напора в сифоне при рабочем расходе воды через него. Вход 6 сифона 2 до уровня гребня 5 имеет площадь сечения больше площади сечения его выхода пропорционально уклону лоткового оросителя. Имеется ввиду поперечное сечение сифона от нижнего уровня до гребня на входе,, минимальное сечение расширенного входа S8x сифона, которое должно увеличиваться пропорционально уклону. При этом для создания плавных переходов сечения входа сифона по высоте может быть и больше S 6Х.

Для устранения возможности подсоса воздуха при работе сифона вход сифона установлен ниже транзитного( уровня . воды 7 в лотковом оросителе на глубину

Н ЈЈ , 2

5

0

5

0

5

где V - скорость воды на входе сифона.

В верхней части капора сифон 2 выполнено отверстие 8 срыва вакуума, диаметр d,, которого может быть установлен экспериментально (хотя существуют достаточно сложные методики расчета диаметра d). Над отверстием 8 установлен пневмоклапан, содержащий седло 9 с кольцевым желобом 10 и тарелку, выполненную в виде диска 11. Диск 11 снабжен не менее чем одним дополнительным составным грузом 12 с возможностью независимого перемещения груза 12 строительного диска 11 на отрезке общего хода открытия пневмоклапана. Это обеспечивается установочными винтами 13. Дополнительный груз 12 через резьбовое соединение с возможностью регулировки хода пневмоклапана соединен с якорем 14 электромагнитного привода - соленоида 15 с обмоткой возбуждения 16. Электромагнитньй привод 15 имеет ко- роткозамкнутый виток 17с возможно- стью его перемещения регулировочным винтом 18 по ходу якоря 14. Кольцевой желоб 10 через капилляр 19 соединен с емкостью 20, заполненной жидкостью 21, с негерметичной крышкой 22. На фиг. 2 показан пример выполнения конструкции пневмоклапана с полной его разгрузкою от давления в капоре сифона. Для этого на корпусе привода 15 установлен фланец 23 с окнами для прохода плеча 24 для соединения якоря 14 с диском 11 (тарелкой клапана), а между фланцем 23 и диском 11 установлена воздухонепро- ницаемая мембрана 25 из мелиоративной ткани с полимерным покрытием. При сохранении проходного сечения отверстия 8 из условий обеспечения срыва вакуума в сифоне выбор соотношения 2d позволяет уменьшить величину хода якоря 14 до 3 мм, оптимального для работы электромагнитного привода 1 5 с минимальным электропотреблением.

Указанное соотношение d2 2d., необходимо для быстрой (в течение 2- 5 с) разрядки затвора (спуска из него воды), при котором обеспечиваются цели изобретения и целесообразность дистанционного управления пото-- ками воды с управлением от маломощных автономных источников энергии, например сухих батарей. При затягивании времени переключения более те51

ряются все преимущества использования энергии воды для переключения потоков воды в каналах.

В качестве лоткового оросителя используются лотки ЛР-60. Корпус сифона 2 выполняется из стали или пластмассы с площадью сечения его выхода, обеспечивающей рабочий расход воды н полив. Перегородка 3 выполняется из металла и герметично устанавливается в оросителе 1. Рабочий уровень воды 4 (при закрытом нижележащем сифоне 2) устанавливается в лотковом оросителе 1 ниже верхней кромки лотк на 10 см и выше отверстий в боковых стенках канала для выдачи воды в борозды (показаны кружками на фиг. 1). Гребень 5 сифона - это верхняя кром- ка перегородки 3. Площадь S8X входа 6 сифона может быть определена по формуле

4 hj..x ± lvt± lli Jl§-pwi.l (

ex (h5-hi)()

где Р - атмосферное давление; V - объем полости сифонного

пневмозатвора с воздухом до запирания сифона воздушной пробкой (между уровнем 7 на входе и уровнем 4 на выходе сифона);

5- площадь поперечного сечения вых

выхода сифона;

Ь,иЬэ - уровни, фиг. 1;

T-I

V - удельный вес воды ( | 1 -Из выражения (1) следует, что S вх зависит от h 3 (параметры Ц, Pq , S „.„ постоянные) и от объема V. , коОО(д

торый зависит от Sex « i

Уровень h можно определить из соотношения

S h4 327с7П M

О - расход в лотковом оросите- 50

ле, м3/с; 4 глубина заполнения оросителя

1 до рабочего уровня 4; i - уклон дна лоткового оросителя 1;55 с - коэффициент Шези; R - гидравлический радиус, м. Критерием выбора диаметра DЈседпневмоклапана 9 является соотноше5741

д 20

Л

25

о

,

93

d2,

35

4S

50

55ние DЈ - , где 1 оптимальная величина хода якоря 14 в электромагнитном приводе 15, определяемая по расчетному усилию герметизации пневмоклапана и рабочей характеристике усилия электромагнитного привода 15 от его хода.

Площадь желоба 10 не должна препятствовать доступу капель жидкости 21 под напором h по его кольцу на диск 11. В зависимости от шероховатости поверхностей и соотношения сил сцепления жидкости с поверхностью диска 11 и седла 9 клапана, с избыточным давлением h,,- У1 или вакуумом в полости напора сифона 2, возможно вытекание жидкости малыми каплями, которое происходит на короткий период между импульсами полива в течение не более 4 дней в году. Экспериментально установлено, что на шлифовальной поверхности вытекания жидкости нет, а на поверхности с шероховатостями не более 0,01 мм наблюдается утечка жидкости 21 за один полив до 20 см3, которая восполняется перед каждым поливом или запасом объема емкости 20.

Емкость 20 с жидкостью 21, крышка 22, капилляр 19, седло 9 с желобом 10 и диск 11 в месте уплотнения закрытого пневмоклапана с учетом сил сцепления жидкости в микропорах между седлом 9 и диском 11, образует гидравлический затвор с напором жидкости в нем h2 больше избыточного давления воздуха под капором сифона с высотой столба шоды 0,05 h. Для серийного производства возможны варианты гидравлического затвора с соотношением h2 от 1 до 0,05 hf. В общем случае можно принять (с гарантией) соотношение Н2Ь1,05 Ь1 , где- под Нг понимаются потери напора, равные сумме напора сил сцепления между микронеров- костями поверхности стыка седла 9 и диска 11 и напора Ь2 в см столба жидкости. Обычно Нгё-пг и истечения жидкости из желоба 10 не происходит.

Приведенные соотношения исключают возможность утечек воды и воздуха.

Вес диска 11, груза 12 и, якоря 14 выбирается по расчету усилия герметизации, равному (с необходимым коэффициентом запаса, например, 2-х- кратным запасом) усилию избыточного давления воздуха (с давлением столба воды hf) на площадь отверстия седла 9 пневмоклапана с диаметром . В случае использования затвора при перепаде уровня воды на его входе и выходе более от 1 до 10 м, для раз- грузки диска 11 от давления внутри Капора он должен выполняться с известным по а.с. № 798402 разгрузочным отверстием и с герметизацией полости электромагнитного привода (не пока- ).

Установочные винты 13 и резьбо- Е|ое соединение якоря 14 с грузом 12 /юлжны обеспечивать возможность регулировки хода якоря 14 в соответст- с оптимальной величиной хода яко р|я 14 электромагнитного привода 15. Параметры электромагнитного привода определяются по рабочему усилию Герметизации, которая по величине на порядка меньше усилия в прото- т|ипе.

Короткозамкнутый виток 17 нужен для выравнивания продолжительности времени импульса тока на ряд дис- танционно-управляемых затворов, при неодинаковом времени закрытия клапана, связанного с разными перепадами уровней воды на его входе и выходе. Учет времени открытия клапана осу- ществляется по месту установки затвора регулировочным винтом 18. При этом известным в электротехнике образом, путем изменения положения витка 17 относительно сердечника и ка- тушки, изменяются его магнитные силы сцепления и тем самым время отключения электромагнита (задержка времени отключения). Площадь сечения ко- роткозамкнутого витка 17 и величи- на его хода вдоль якоря 14 выбираются экспериментально или согласно известных расчетов для обеспечения задержки времени на отключения электромагнитного привода 15 от 1 до 4 с.

Диаметр капилляра 19 из полиэтиленовой трубы равен 1-2 мм и должен обеспечивать капельную подачу жидкости в кольцевой желоб 10. В качестве жидкости 21 может использоваться вода, машинное масло или глицерин.

Гидропневмозатвор работает следующим образом.

Принцип работы сифонного пневмо- затвора с использованием потенциаль- ной энергии возрастающего уровня воды от транзитного уровня 7 до рабоче уровня 4 для выполнения операции закрытия затвора заключается в выполнении времени команд на включение и отключение пневмоклапана. При предварительно затопленном выходе сифона 2 на высоту п,| после подачи расчетного расхода воды в лотковый ороси-/ тель 1 уровень воды в лотковом оросителе 1 возрастает до рабочего уровня 4 и в процессе затопления объема входа сифона 6 от уровня 7 с необходимым запасом (1-3 см) до уровня гребня 5, увеличивает давление воздуха в капоре сифона до давления, равного высоте столба h. При этом в связи с наличием гидрозатвора на затопленном выходе сифона воздух из капора не выходит, образует воздушную пробку; сифонный пневмозатвор закрыт и вода через отверстия в стенке лоткового оросителя 1 поступает на полив. В связи с наличием давления жидкости 21 в желобе 10, равного давлению столба жидкости h, и в связи с действием веса тарелки (диска) груза 11, груза 12 и сердечника 14, большего, чем давление воздуха на отверстие диска 11, воздух из капора сифона 2 не выходит и возможность ег утечки через гидравлический затвор полностью исключена. Это увеличивает надежность работы сифонного пневмо- затвора. При этом вес составного груза по сравнению с прототипом принимается не равным давлению усилия герметизации (около 10 кг для контактного уплотнения пневмоклапана 1) а равен только произведению всегда малого давления столба жидкости h на площадь сечения d) и составляет около 140 г. Разница этих усилий и изменяющаяся по ходу сердечника яко- рия нагрузка на электромагнит позволяют уменьшить массу и потребляемую мощность простого электромагнита (в прототипе использован дорогой магнит) до величины не более 5 Вт.

Для включения пневмозатвора на пропуск воды пневмоклапан включают на время 1-4 с, которое определяется по месту на каждом затворе в соответствии с уклоном дна лотка 1 и устанавливается винтом 18 путем подачи напряжения 27 В на о бмотку возбуждения 16 на постоянное время срабатывания привода 15 (до 1 с). При этом под давлением столба воды h воздух из капора сифона 2 уходит в атмосферу, а гребень сифона успевает заполниться на высоту, достаточную для

915

самозарядки сифона 2 под уменьшающимся уровнем воды h . Малое отверстие 8 в прототипе (6 мм) не обеспечивает быстрого выпуска воздуха, уровень 4 падает, и при этом не происходит самозарядки сифона 2. Таким образом, увеличение площади отверстия 8 в описанной конструкции обеспечивает надежную работу пневмозатвора. Для пов- торного отключения пневмозатвора подобным образом переключают пневмокла- пан.

Формула изобретения

1. Гидропневмозатвор, включающий установленный на перегородке между верхним и нижним бьефами смежных секций оросителя транзитный сифон с затопленным в запертом состоянии, выходом и затопленным в открытом состоянии, ниже транзитного уровня верхнего бьефа входом, пневмоклапан установленный на отверстии в капоре сифона, тарелка которого кинематически связана с сердечником соленоида привода пневмоклапана, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энерго- и материалоемкос- ти при обеспечении надежной работы гидропневмозатвора на оросителях с малыми уклонами, гидропневмозатвор снабжен емкостью с водой, установленной над отверстием в капоре сифона, и гидрозатвором, выполненным в виде гидравлически связанного с емкостью кольцевого желоба в корпусе седла пневмоклапана, при этом .диск тарелки клапана снабжен дополнительным грузом, установленным на нем с помощью регулировочных винтов с возможностью вертикального перемещения и жестко связанным с сердечником

5

0 5 п 5

0

93Ю

соленоида, снабженного короткозам- кнутым витком, установленным в верхней части сердечника с возможностью изменения положения короткозамкнутого витка относительно сердечника, причем гребень сифона установлен ниже уровня заполнения верхнего бьефа при запертом сифоне на высоту, меньшую глубины затопления выхода сифона в запертом состоянии, площадь поперечного вертикального сечения капора сифона, проходящего через его верхнюю точку до линии отметки уровня затопления верхнего бьефа при запертом сифоне, составляет не менее 0,75 всей площади поперечного сечения капора, а площадь поперечного сечения сифона от его входа до уровня гребня постоянна и отношение ее к площади поперечного сечения выхода сифона больше единицы и пропорционально уклону оросителя.

2. Гидропневмозатвор, отличающийся тем, что диаметр отверстия в капоре сифона не менее чем в два раза больше минимального диаметра для срыва вакуума в сифоне, произведение хода тарелки клапана на ее диаметр больше квадрата диаметра отверстия в капоре сифона, а высоту установки емкости с водой, над . отверстием в капоре сифона определяют в соответствии с формулой

,05 h,,

где h, - глубина затопления выхода сифона в его запертом состоянии;

h - высота установки емкости с водой над отверстием в капоре.

20

17

Изобретение относится к сельскому хозяйству, к области мелиорации. Цель изобретения - уменьшение энерго-и металлоемкости при обеспечении надежной работы гидропневмозатвора на оросителях с малыми уклонами. Гидропневмозатвор выполнен в виде сифона 2, установленного на перегородке 3 между секциями оросителя 1, снабженного водовыпускными отверстиями, расположенными в стенках лотка ниже рабочего 4 уровня при закрытом сифоне, но выше транзитного уровня 7 при открытом (заряженном) нижележащем сифоне. Гребень сифона 5 установлен на высоте ниже уровня 4 не более чем на перепад уровней. На отверстии 8 в капоре сифона установлен пневмоклапан с соленоидным приводом, якорь (сердечник) 14 которого связан с тарелкой 11 клапана через дополнительный груз 12, установленный с возможностью свободного хода посредством крепления его установочными винтами 13 в прорезях в теле груза 12. Сердечник 14 соленоида снабжен короткозамкнутым витком 17, перемещением которого относительно сердечника регулируется магнитное сцепление его с витком 13 и тем самым время срабатывания соленоида. Включение (зарядка) сифона из разряженного состояния осуществляется кратковременным включением (1 - 4 с) привода пневмоклапана - подачей напряжения на обмотку соленоида. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

23