УСТРОЙСТВО для РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ водыв Советский патент 1964 года по МПК G05D9/00 

Существующие сифонные водосбросы для регулирования уровня воды в оросительных системах регулируют только одну отметку уровня верхнего бьефа, обычно близкую к отметке водосливного порога, и при подаче воздуха в сифон современными регуляторами не обеспечивают плавность регулирования. Кроме того, сифонный водосброс работает только на максимальном расходе и при вибрациях и сотрясении, вследствие резкой смены внутреннего давления его применение как автоматического устройства ограничивается. На промежуточных расходах сифонные водосбросы не работают.

Все эти моменты затрудняют применение сифонного водосброса в чистом виде для рещения задач распределения воды по каналам оросительной системы, в которых уровни и расходы воды во времени должны быть различными, а точность регулирования расходов - достаточно высокой.

Цель описываемого изобретения - автоматизировать процесс поддержания заданного уровня посредством изменения вакуума внутри сифонов; автоматизировать процесс зарядки; обеспечить плавность изменения давления воздуха и расходов воды в сифонах; автоматизировать процесс прекращения подачи воздуха в сифоны, в случае повышения уровня до максимально допустимого и автоматического сброса излишков воды; обеспечить при необходимости перекрытие водного потока посредством впуска воздуха в полость сифонов, а также предупредить образование гидравлической воронки в верхнем бьефе.

Достигается это тем, что описываемое устройство выполнено с сильфонами, сообщающимися с воздухоподводящей трубой; инжектором, соединенным с внутренней полостью сифонов. В теле водослива сифонов установлен резервуар для воздуха, сообщающийся посредством трубопровода с внутренней полостью сифонов, а на воздухоподводящей

трубе установлен дополнительный поплавковый клапан. На гребне сифонов имеются отверстия, перекрытые клапанами. Кроме того, к сифонам щарнирно прикреплена рещетка, плавающая на поверхности воды.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - инжектор.

Устройство включает сифоны /, воздухоподводящую трубу 2, поплавковый клапан

3, сильфоны 4, насадок 5, резервуар 6 для воздуха, трубопровод 7, дополнительный поплавковый клапан 8, гребень 9 водослива сифонов и решетку 10. Сифоны имеют отверстия 11,

бу прямоугольного сечения, входная и выходная кромки капора которого расположены на отметке верха выходного порога водобойного колодца. Такой сифон назван малонапорным, потому что указанное расположение входа и выхода дает возможность работать на самых минимальных перепадах уровня.

Наличие водобойного колодца 12 исключает случайные прорывы воздуха со стороны нижнего бьефа, а порог 13, располож.;нный на выходе из колодца, исключает влияние деформации отводящего канала 14 (размыв, заиление и пр.) на регулируемый уровень водобойного колодца. Порог имеет наклон верховой грани 1 :4, что позволяет сохранять однозначную зависимость между расходом воды через него и напором над ним, как при свободном, так и при затопленном (до 8Uo/o) истечении.

Гребень 9 находится на отметке максимального уровня воды в подводящем канале (верхнем бьефе). Такое расположение греоня совершенно исключает применение затворов для перекрытия водного потока, когда возникает необходимость в полном прекращении расхода через сифон. Для этого достаточно открыть отверстие //в сифоне, впускающем большое количество воздуха, с целью ликвидации вакуума; уровень воды под капором в этом случае сравняется с уровнем верхнего бьефа и водослив сифона явится непреодолимой преградой для водного потока. Так называемых технических потерь (утечка воды от неплотности затворов и пр.) здесь не будет.

ПротивоВороночное приспособление 15 необходимо для предотвращения образования гидравлической воронки в верхнем бьефе и случайного попадания воздуха, увлекаемого ею во внутреннюю полость сифона. Оно состоит из свободноплавающей на поверхности воды решетки, поддерживаемой жесткими тяжами 16. Присоединение тяжей к решетке и сифону шарнирное.

Действие остальных частей предлагаемого устройства можно проследить на примере регулирования уровня водобойного колодца. Как только питающий канал начинает наполняться водой, она по насадку 17 идет в водобойный колодец и затопляет его. Входное и выходное отверстия оказываются изолированными от доступа атмосферного воздуха. При дальнейшем наполнении канала воздух, находящийся внутри сифона, подвергаемый сжатию от подъема уровней, начинает выходить по трубке 18 в инжектор и далее - в нижний бьеф. Избыточным давлением воздух в данном случае как бы выдавливается из сифона в инжектор. Когда напор над насадком достигает двух скоростных напоров, в сжатой зоне начинает образовываться вакуум. Действие его через отверстия /Я просверленные но периметру пасадка, и воздушное пространство 20, образуемое П-образным кольцом 21, окаймляющим насадок и труоку, распространяется на внутреннюю полость сифона. Уровень воды в восходящем (и нисходящем) колене поднимается вверх, достигает гребня водослива и начинает переливаться через него тонким слоем. Воздух под действием вакуума инжектора в этот момент всасывается в насадок. Для улучшения образования вакуума по входному периметру насадка сделаны небольшие выступы 22. На случай полного отключения устройства от питающей среды на входе в инжектор имеется хлопушка 23, управляемая тягой 24. Когда толщина переливающегося слоя достигает некоторой определенной величины, водный поток, идущий через сифон, уже сам начинает создавать вакуум и сифон заряжается на полную производительность.

Отличие такой принудительной зарядки от

самозарядки (которая наблюдается в сифонных водосбросах) состоит в том, что уровень верхнего бьефа может быть значительно .ниже порога водослива. Это, в свою очередь, избавляет от необходимости привязывать регулируемый уровень верхнего бьефа к отметке порога водослива, что очень важно для условий оросительных систем, в которых в различные периоды поливной кампании требование к уровню не может быть постоянным.

После зарядки сифона уровень воды в водобойном колодце повышается. Вместе с ним перемещается вверх и рабочий поплавок 25. Поплавковый клапан, «шарнирно укрепленный на торце воздухоподводящей трубки рычагом 26 и опорой 27, открывается. Воздух через трубу 2 устремляется в сильфояы, затем - в сифон. Производительность сифона уменьшается, уровень воды от этого в водобойном колодце, а с ним и поплавок опускаются вниз, и поплавковый клапан 3 закрывает вход в воздухоподводящую трубку. Сифон снова заряжается. Поплавок, таким образом, совершая колебательные движения, поддерживает заданную отметку уровня в водобойном колодце; расход воды, идущей через сифон, становится постоянным. Вес поплавка противостоит присасывающему действию вакуума на поплавковый клапан. Путем подбора длины плеч рычага 26 и веса поплавка

уточняют регулируемый параметр. Чем меньше плечо, примыкающее к поплавку, тем меньше отклонение от регулируемого параметра. Поднимая или опуская поплавок с помощью

винта 28, гайкн 29 и рукоятки 30, устройство настраивают на другой уровень.

Сильфоны с помощью патрубков 31 и 32 сообщены с полостью сифонов. На нижний сильфон, кроме того, действует гидростатическое давление от напора воды в верхнем бьефе.

сильфонов, воспринимая давление от вакуума и напора, перемещают плашки 57 и 38 вверх или вниз. Ромбики, образуемые их треугольными вырезами, при таких перемещениях изменяются в размерах.

Имея кривую зависимости деформации стенок сильфона от нагрузок и данные о площадях воздущных отверстий, при которых устанавливается тот или -иной уровень воды в верхнем бьефе и соответствующий ему вакуум в сифоне, нетрудно Определить горизонтальную ось ромбиков для нескольких случаев, а значит, и характер вырезов в плащках 37 и 38.

Следовательно, автоматическое изменение площади воздущного отверстия зависит от состояния уровня верхнего бьефа и величины вакуума в сифоне. Нежелательные срывы вакуума предотвращаются, и расход воздуха становится соответствующим выносной способности сифона.

Верхний сильфон соединен с трубой 2 гофрированным патрубком 41, перемещающим при пусконаладочных работах сильфон вверх или вниз с помощью винта 42. Все перечисленные элементы устройства размещаются в камере 43, сообщающейся с верхним бьефом.

Дополнительный поплавковый клапан 8 состоит из поплавка 44, щтока 45 и собственно клапана. Как только по каким-либо непредвиденным причинам уровень верхнего бьефа превысит максимальный и приблизится к предельно допустимому (катастрофическому), поплавок 44 поднимается вверх и закрывает дополнительный поплавковый клапан S. Доступ воздуха в сифон прекращается, сифон заряжается на полную пропускную способность, и вся система переключается на сброс излищкОВ воды в нижний бьеф. Этот процесс продолжается до тех пор, пока уровень верхнего бьефа не снизится до отметки порога водослива.

Наличие дополнительного поплавкового клапана позволяет применять устройство и на прудах-водоемах, используемых для орощения, без какого-либо дополнительного сооружения для сброса излищков. При этом труба 2 соединяется с сифонами в наивысщей точке капора.

Наблюдения за работой сифона показали, что резкая смека внутреннего давления в нем нарушает плавность изменения расхода воздуха, идущего через него. Подключенная же к сифону дополнительная воздушная емкость восстанавливает выщеуказанную плавность. С учетом этого в устройство введен резервуар 6, представляющий собой воздушную емкость, расположенную в теле водослива и сообщающуюся с сифоном трубопроводом 7. Назначение резервуара 6-плавно изменять

градиент давлений в сифоне при впуске атмосферного воздуха.

В устройстве основным элементом является сифон, который с небольшими дополнениями

к нему может выполнять многообразные задачи на оросительных системах. Размеры сифона зависят от габаритов каналов (ширины по дну и глубины наполнения). Необходимая пропускная способность устройства обеспечивается механическим присоединением друг к другу сифонов одинаковой высоты, но разной щирины.

Органы управления в устройстве малы по размерам и легки по весу. Работой их можно

управлять на расстоянии по обычным линиям связи, по которым осуществляется телесигнализация и телеизмерение.

Предмет изобретения

20

1.Устройство для регулирования уровня воды в гидротехнических сооружениях, преиМ3щественно оросительных каналах, включающее сифоны с воздухоподводящей трубой

с прикрепленным к ней поплавковым клапаном, оглм аюм ееся тем, что, с целью автоматизации процесса поддержания заданного уровня посредством изменения вакуума внутри сифонов, оно снабжено сильфонами,

сообщающимися с воздухоподводящей трубой.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса зарядки, оно снабжено инжектором, соединенным

с внутренней полостью сифонов.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения плавности изменения давления воздуха и расходов воды в сифонах, в теле водослива последних установлен резервуар для воздуха, сообщающийся посредством трубопровода с внутренней полостью сифонов.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматизации процесса прекращения подачи воздуха в сифоны, в случае повышения уровня до максимально допустимого и автоматического -сброса излищков воды, на воздухонодводящей трубе установлен дополнительный поплавковый клапан.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения при необходимости перекрытия водного потока посредством впуска воздуха в полость сифонов, на гребне последних имеются отверстия, перекрытые

клапанами.

6- Устройство но п. 1, отличающееся тем, что, с целью предупреждения образования гидравлической воронки в верхнем бьефе, к сифонам щарнирно прикреплена решетка,

плавающая на поверхности воды.

15

2 ..

2221

Фиг 2

г- 30

Ш- --s-T г