Регулятор уровня верхнего бьефа Советский патент 1992 года по МПК G05D9/02 

Y////S/////S/Ј

V7s//7s////s/s/J(

Фиг.1

VI со ел

00

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в водозаборных и подпорных сооружениях.

Известен регулятор уровня верхнего бьефа, содержащий плоский щит, подвешенный к забральной стенке перегораживающего сооружения. По бокам жестко соединены с ним металлические консоли для подвески груза-балансира, который подвешен свободно на двух тросах к верхним концам консолей.

Недостатком является ограничение диапазона применимости малыми пролетами сооружений ввиду большой массы (веса) груза-противовеса, возникающей уже при малых пролетах сооружений.

Известен регулятор уровня верхнего бьефа, содержащий подвешенный на горизонтальной оси вращения плоский щит, имеющий жестко соединенные с ним консоли, на которых подвешен груз-противовес, причем плоский щит установлен с обеспечением расположения его диагонали по вертикали, а его ось вращения закреплена в верхней части щита.

Недостатком данной конструкции является большая масса груза-противовеса, что усложняет монтажные и пусконаладочные работы. Кроме того, к существенным недостаткам следует отнести необходимость применения в комплексе с устройством подъемников с большой грузоподъемностью, имеющих малую скорость подъема, а при отсутствии на сооружении электроэнергии (что имеет место в большинстве случаев) подъем затвора представляет собой весьма трудоемкий процесс, поскольку на водозаборных сооружениях, где как правило применяются затворы одного типа (прямо- действующие затворы), затворы речного пролета приходится поднимать для промыва сооружения по несколько раз в сутки, когда регулятор работает при малом открытии (при малых расходах) и транспортирующая способность потока недостаточна для перемещения откладывающихся наносов через речной пролет сооружения.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования.

Цель достигается тем, что в регуляторе уровня, содержащем размещенный на горизонтальной оси вращения затвор в виде плоского щита, имеющего консоли, жестко прикрепленные к плоскому щиту (или к лотку), на которых подвешен груз-противовес, в проеме плоского щита со стороны нижнего бьефа жестко закреплен лоток, верхняя кромка которого установлена на уровне расчетного наполнения в сооружении,

В проеме плоского щита со стороны нижнего бьефа жестко установлен лоток, верхняя кромка которого установлена на уровне расчетного наполнения и напорные

элементы которого расположены с возможностью обеспечения прохожденияя равнодействующей силы давления воды через ось вращения затвора.

На фиг. 1а, б показаны схемы, поясняющие работу регулятора; на фиг. 2 - регулятор, общий вид.

Устройство содержит затвор в виде плоского щита 1, подвешенного на горизонтальной оси 2 вращения, консоли 3, жестко

соединенные с плоским щитом 1, груз-противовес 4, подвешенный на консолях 3. Кроме того, устройство содержит лоток 5, жестко установленный в проеме плоского щита 1 со стороны нижнего бьефа, причем

лоток 5 установлен на условии обеспечения прохождения равнодействующей силы гидростатического давления воды Р через ось 2 вращения на напорные элементы лотка 5 затвора при расчетном наполнении Нр (фиг.

1а), величина которого может колебаться в пределах некоторого малого отклонения б. Работа регулятора основана на известном принципе уравновешивания моментов сил, действующих на подвижные элементы

затвора, и может быть описана следующим уравнением моментов (фиг. 1а, б):

М(Р)+М(Рл)М(С)+М(Сз),

0)

где М(Р) - момент от силы давления воды Р на плоскость щита 1 по высоте щита h;

М(РЛ) - момент от силы давления воды Р на лоток 5 регулятора;

M(Ga) - момент вращения от веса затво- ра Сз регулятора (включающего вес плоского щита 1, консолей 3 и вес лотка 5);

M(G) - момент вращения от веса груза- противовеса G.

Причем в уравнении (1) М(РЛ)0, по- скольку сила Рл, как ранее было сказано, проходит через ось вращения регулятора при расчетном наполнении Нр в сооружении. Следовательно, уравнение (1) можно привести к следующему виду:

M(P)M(G) M(G3)(2)

Данное уравнение моментов соответствует закрытому положению регулятора и яв- ляется исходной зависимостью для определения веса G груза-противовеса 4. Причем массу груза-противовеса 4 будет определять величина силы Р, которая зависит от площади плоского щита 1, которая при фиксированной ширине перекрываемого

пролета в основном зависит от высоты h щита 1, определяемой из уравнения

,

(3)

где г - высота лотка 5, из которого следует, что при заданной величине Нр высоту плоского щита 1 h, а следо- вательно, и силу Р можно изменять, задаваясь величиной г лотка 5.

Увеличивая высоту г, а следовательно, уменьшая высоту h (площадь) плоского щита 1, можно достичь узкого значения силы Р, при которой отпадает необходимость в грузе-противовесе 4, т.е. .

Уравнение (2) примет вид

М(Р)М(Сз)

(4)

В этом случае регулятор имеет минимальный вес (минимальную массу), но в то же время лоток 5 имеет максимальные размеры, а следовательно, и регулятор имеет максимальную металлоемкость.

В случае же уменьшения высоты глотка 5 увеличивается значение h, а следовательно, растет величина силы Р, действующей на плоский щит 1, которая может достичь своего максимального значения при , что приведет уравнение (3) к виду

р.

В этом случае вес груза-противовеса G .имеет свое наибольшее значение, а конструкция регулятора представляет собою прототип и имеет минимальную металлоемкость и максимальный вес за счет веса (массы) груза-противовеса.

Следовательно, вес G груза-противовеса 4 достигает своего максимального значения Смаке при (что соответствует конструкции прототипа), а с увеличением высоты г лотка 5 можно свести вес G груза- противовеса 4 к нулю (), чему соответствует уравнение моментов (4). Введение в конструкцию регулятора водосливного лотка 5 позволяет регулировать вес груза-противовеса 4 в пределах

О Si G бмакс,

где Смаке - вес груза-противовеса 4 при , что соответствует конструкции прототипа.

Консоли регулятора могут крепиться как к плоскости щита, так и к боковым кромкам лотка 5. В случае же, если отпадет необходимость в применении груза-противовеса 4, то следовательно, должны отсутствовать и консоли 3. Груз-противовес 4 может отсутствовать в том случае, если по условию технического задания на разработку требуется получить наиболее-легкую конструкцию регулятора, что требует исключения груза-противовеса 4. Но при этом лоток 5 регулятора имеет наибольшие размеры, а следовательно и конструкция регулятора обладает максимальной металлоемкостью.

Рассмотренный случай возникает при

больших пролетах сооружений, во всех остальных случаях необходимо выбирать между минимумом металлоемкости и возникающим при этом весом груза-противовеса 4.

Кроме того, изложенное справедливо для плоского щита 1 регулятора и в случае выполнения его любой другой формы (фиг. 2, пунктирные линии).

Эффективность предлагаемой конструкции заключается в том, что применение в конструкции регулятора лотка 5, установленного со стороны нижнего бьефа при условии обеспечения прохождения равнодействующей силы гидростатического

давления воды, действующей на лоток 5 через ось вращения регулятора или же с некоторым малым отклонением, позволяет существенно снизить вес (массу) груза-противовеса 4, или же полностью исключить

его. Важной особенностью регулятора является то, что его конструкция позволяет, задавшись предельным весом всего устройства (Сз+С), рассчитать все параметры регулятора применительно к известным

параметрам перекрываемого пролета, не ограничиваясь при этом размерами перекрываемого пролета сооружения. На сегодня же применение регуляторов, имеющих в комплексе устройства грузы-противовесы,

ограничено малыми пролетами сооружений (не более 4 м) ввиду большого веса (массы) последних.

К примеру, при применении конструкции прототипа при ширине перекрываемого

пролета 4 м и расчетном наполнении ,5 м вес груза-противовеса превышает 11 т, вес затвора достигает 1 т. Следовательно, принимая Сз 1 т, С 11 т, вес регулятора составит Ga+G т. А в случае применения прототипа на ширине пролета в 8 м вес регулятора будет превышать 24 т, что в конечном итоге делает конструкцию неприменимой, проектировщики в ущерб качества и надежности ищут другие более

легкие конструкции затворов.

В предложенной же конструкции этот вопрос решается введением наклонного лотка 5, что расширяет диапазон регулирования регулятора. К примеру, задавшись весом груза-противовеса 4 и весом затвора ,5 т и считая их сумму (,,5 т) предельно допустимой, можно путем последовательного приближения рассчитать регулятор на пролет 8 м или же другой больший пролет сооружения. Следовательно, предлагаемая конструкция регулятора имеет больший диапазон регулирования.

Формула изобретения Регулятор уровня верхнего бьефа, содержащий размещенный на горизонталь0

ной оси вращения затвор в виде плоского щита, имеющий жестко соединенные с ним консоли, на которых подвешен груз7проти- вовес, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, в проеме плоского щита со стороны нижнего бьефа закреплен лоток, напорные элементы которого расположены с возможностью обеспечения прохождения равнодействующей силы давления воды через ось вращения затвора, причем верхняя кромка лотка установлена на отметке заданного уровня верхнего бьефа.

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано в водозаборных и подпорных сооружениях. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе уровня верхнего бьефа, содержащем размещенный на горизонтальной оси 2 вращения затвор в виде плоского щита 1, имеющего жестко соединенные с ним консоли 3, на которых подвешен груз-противовес 4, в проеме плоского щита 1 со стороны нижнего бьефа закреплен лоток 5, напорные элементы которого расположены с возможностью обеспечения прохождения равнодействующей силы давления воды через ось 2 вращения затвора (плоского щита 1), а верхняя кромка лотка 5 установлена на отметке заданного уровня верхнего бьефа. 2 ил.

4

Фиг 2