Устройство для определения расхода воды в оросительной системе Советский патент 1991 года по МПК G05D7/00 

О

ел ю чэ

00 Ч)

Изобретение относится к расходомет- рии, в частности к средствам измерения расходов воды, и предназначено для использования в оросительных каналах долинной зоны, преимущественно на внутрихозяйственной сети рисовых систем. Цель изобретения -расширение функциональных возможностей за счет одновременного автоматического регулирования уровня воды в оросительной системе, что позволяет решать задачи управления объемом водоподачи и учета объемов водопользования.

На фиг,1 изображена схема предложенного устройства; на фиг.2 - диаграмма изме- нения уровня воды в начале канала в процессе работы системы; на фиг.З - гидротехническое сооружение, продольный разрез; на фиг.4 - блок-схема алгоритма работы устройства.

На фиг.1 изображен канал 1 оросительной системы, водозабор 2, головной водо- выпуск 3, на котором установлен релейный гидроавтомат 4 уровня нижнего бьефа, состоящий из водонаполняемого гидродинамического затвора 5, образованного из прямоугольного короба 6 без двух боковых граней, вместо которых к противоположным по диагонали ребрам короба закреплена гибкая лента 7. На одной из боковых граней короба 6 установлен гидроусилитель 8, связанный трубопроводом 9 с поплавковым клапаном 10. На гибкой ленте 7 со стороны полости водонаполняемого затвора 5 расположены цилиндрические поплавки 11,играющие также роль ребер жесткости. На гибкой ленте4 с наружной стороны закреплен постоянный магнит 12, а на коробе 6 над постоянным магнитом расположен геркон 13. Место его расположения выбрано так, чтобы при верхнем положении гибкой ленты 7 корпус геркона 13 касался магнита 12. Выходные контакты геркона 13 соединены с входом микропроцессорного блока 14 обработки результатов измерений. Положение кривой свободной поверхности при расходе, равном нулю, обозначено позицией 15, при расходе - позицией 16, и положение кривой свободной поверхности при максимальном расходе Qmax Q 0 - позицией 17.

Устройство работает следующим образом.

Предположим, что гидроавтомат 4 уровня нижнего бьефа закрыт. Из водозабора 2 осуществляется забор воды на полив расходом q который может изменяться во времени. Вследствие отбора расхода q уровень воды в оросительном канале 1 уменьшается до тех пор, пока не достигнет предела зоны

нечувствительности гидроавтомата 4 уровня нижнего бьефа. При этом открывается поплавковый клапан 10. Вода по патрубку 9 начинает сливаться в нижний бьеф, что вызывает открытие гидроусилителя 8. Вода начинает сливаться через открытое отверстие гидроусилителя 8 из полости затвора 5. Вследствие этого давление внутри затвора 5 уменьшается и под действием гидравличе0 ского перепада гибкая лента 7 сминается и занимает нижнее положение в коробе (показано пунктиром на фиг 3) При этом гидроавтомат 4 уровня нижнего бьефа открывается и увеличивается уровень воды

5 в канале 1 до тех пор, пока не достигнет верхней границы зоны нечувствительности гидроавтомата 4 уровня нижнего бьефа. При этом поплавковый клапан 10 закрывается, отток воды по патрубку 9 прекращается, что

0 вызывает закрытие гидроусилителя 8. Одновременно прекращается отток воды из полости затвора 5, в который поступает вода через боковые зазоры между стенками прямоугольного короба 6 и гибкой лентой 7.

5 Давление в полости затвора 5 увеличивается и гибкая лента занимает верхнее положение, закрывая подачу воды в канал 1. В момент закрытия постоянный магнит 12 касается геркона 13 и его контакты замыкают0 ся Микропроцессорный контроллер осуществляет циклический опрос состояния контактов геркона 13. Как только эти контакты замкнулись, запускается таймер контроллера. Уровень воды в канале 1 начинает

5 уменьшаться, причем уменьшение уровня в конце канала, где расположен водозабор 2. всегда больше изменения уровня воды в начале канала 1, где установлен поплавковый клапан 10. Причем эта разность тем

0 больше, чем больше величина расхода, забираемая водозабором 2. Разным значениям отбираемого расхода соответствуют разные положения кривой свободной поверхности канала 1. Так, при величине водо5 забора, равной нулю, кривая свободной поверхности 15 занимает горизонтальное положение. При этом, существуют потери воды на испарение и фильтрацию, которые вызывают перемещение кривой свободной

0 поверхности канала параллельно самой себе. Уровень воды в канале 1 при этом изменяется на одинаковую величину в начале и в конце канала и сработанная призма воды при этом имеет форму правильной трапеце5 идальной призмы высотой, равной зоне нечувствительности гидроавтомата 4 уровня воды нижнего бьефа Время срабатывания правильной трапецеидальной призмы максимальный (она на несколько порядков может превысить время сработки при

включенном водоразборе 2), а объем этой призмы минимальный.

При сработке призмы резервного объема воды в канале 1 ниже зоны нечувствительности гидроавтомата 4 уровня нижнего бьефа, последний открывается, обеспечивая подачу максимального расхода воды в канале 1. Во время открытия гидроавтомата 4 контакты геркона 13 размыкаются, что фиксируется .микропроцессорным блоком 14, который останавливает таймер и заносит время, в течение которого происходила сработка водяной призмы Ar i в запоминающее устройство. Далее выполняют перебор и сравнение зафиксированного времени срабатывания с таблицей, связывающей время срабатывания с объемом водяной призмы, и определяют объем AWi, соответствующий An.

Зависимость между объемом водяной призмы и временем срабатывания можно определить расчетным путем, используя уравнение неравномерного движения в открытых каналах Сен-Венана. Наиболее просто определить эту зависимость экспериментально, установив в начале, середине и конце канала самописцы уровня воды, по которым, задавая различные величины расхода в водозабор 2, получают значения объема призмы по известным значениям геометрических размеров и наполнениям канала в различных створах.

Заключительной операцией, выполняемой микропроцессорным контроллером,является определение искомой величины расхода

этом величина QI представляет собой суммарный расход, складывающийся из водопотребления водозабором 2 и потерь воды из канала 1 на фильтрацию и испарение. Однако в режиме работы потребителей по требованию потребляемый расход воды изменяется во времени, поэтому важно знать величину стока за интервалы времени водопользования.

С помощью описанной системы можно легко определяется величина стока. Для этого используют значения расхода воды, определенного на интервале Дтг , т.е.

Q(A«)

где W(Ari)-объем водяной призмы, сработанный за интервал Дп Г2-Т1.

Предполагаем, что на интервале от Г2 до Гз(фиг.2) величина потребляемого расхода остается такой же, как на интервале от Г2 до г-| В этом случае объем стока WCT на интервале от п до гз определяется по формуле

(An) glri -(2)

Затем определяется аналогично расход воды на интервале времени от гз до ТА

о(Дг,) -.

(3)

Величину стока воды на интервале времени от гз до rs определяют аналогично формуле (2)

Г5 - ГЗ

(ri)Jl

(4)

Аналогично формулам (2) и (4) можно определить сток нал юбом интервале времени, где i2j+i. моменты времени, когда контакты геркона 13 замыкаются; г 2j+2 - моменты времени, когда контакты геркона 13 размыкаются Q - ряд натуральных чисел О, 1, 2, 3,...), т.е. величина стока воды за произвольный отрезок времени определяется

rw(Ar,)-ffi-i±3ni2 + |-1 j oL7(2j +2) -r(2j -i)J

35

45

(5)

где j - 0, 1,2, 3, 4,... номер условного интервала времени, на которую определяют мгно- 40 венный расход Q,

Для определения стока используют описанный алгоритм определения мгновенного расхода. При этом процедура определения расхода оформляется как подпрограмма, к которой происходит обращение ка каждом интервале j, определяются значения стока на этом интервале по формулам (2), (4), которые затем суммируются по алгоритму (5). Формула изобретения Устройство для определения расхода воды в оросительной системе, содержащее блок измерения расхода с блоком обработки результатов измерений и блок регулирования расхода, отличающееся тем, что, 55 с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного автоматического регулирования уровня воды в оросительной системе, блок измерения расхода выполнен в виде наполняемого гидроди- намического затвора с полостью,

50

электрический выход которого подключен к блоку обработки результатов измерений, выполненному электронным, а блок регулирования расхода выполнен в виде гидроавтомата уровня нижнего бьефа с поплавковым клапаном, входное отверстие которого соединено трубопроводом с полостью гидродинамического затвора.

Изобретение относится к расходомет- рии, в частности к средствам измерения расходов воды в оросительных системах. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного автоматического регулирования уровня воды в оросительной системе. Устройство содержит блок измерения расхода в виде водонаполняе мого гидродинамического затвора 5 с полостью, электронный блок обработки результатов измерений и блок регулирования расхода в виде гидроавтомата нижнего бьефа с поплавковым клапаном. 4 ил.

)( о Ло / q/ о/оУоУо/

7 6

Щиг.З

mt/t

1

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

Щиг.З

С

Запустить тай пер

Счет интер бала времени смопента запуска таи- нера

Контакт нВерк замкнут

Нет

Ос та набить таймер и измерите Время лГ/

Перейор значений , табличной функции )

Нахождение значения д W/ соответстВующ.&Ъ

Вычисление

п - AV/i Ч ТгГ

Да