Регулятор расхода Советский патент 1992 года по МПК G05D7/00 

//// s , /// у//У/У///7/Я/г777///У/////у/г////Ъ ъу//////, /Ц///////У/

2

I

7

ъу//////, /Ц////

I

7

Изобретение относится к гидротехническому строительству и используется для стабилизации заданных расходов воды на водовыпусках оросительного канала.

Известен регулятор уровня жидкости, представляющий собой корпус регулирующей камеры с затвором из гибкой армированной ленты, сообщенной с верхним бьефом через зазор, образованный гибкой лентой и боковыми стенками корпуса, с дополнительным гидравлическим каналом, снабженным сливным каналом, на котором установлен поплавковый клапан.

Недостатком этого устройства является ограниченная область применения в качестве регулятора расхода. Если в каналах с равномерным режимом движения потока стабилизацией уровня обеспечивается и стабилизация расхода, то в каналах с под- порно-переменным режимом, где не сохраняется прямая зависимость расхода от уровня воды в русле отводящего канала, регулятор работает с высокой погрешностью стабилизации расхода жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является регулятор расхода, содержащий трубопровод с установленным на нем сужающим устройством, корпус исполнительного механизма с подпружиненным мембранным чувствительным элементом, разделяющим корпус на две полости, причем надмембранная полость соединена с полостью трубопровода до сужающего устройства, а подмембранная полость после сужающего устройства и регулирующий орган, установленный за сужающим устройством, выполненный в виде дискового затвора.

Однако регулятор, являясь регулятором прямого действия, имеет низкую точность, рассчитан на одно конкретное положение стабилизируемого расхода. Чтобы изменить задание установки регулируемого расхода потребуется заменить пружину и соотношение эффективных площадей мембраны, т.е. провести разборку и сборку всего устройства, что и является его основным недостатком.

Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения регулятора расхода.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор расхода содержит водовыпускную трубу с суживающим элементом и чув- ствительный мембранный элемент, подмембранная полость которого связана с наименьшим проходным сечением суживающего элемента. Регулирующий орган выполнен а виде гибкой армированной ленты.

образующей со стенками трубопровода управляющую камеру и расположенную над донным отверстием трубопровода, которая соединена через гидравлический канал с

верхним бьефом и со сливным каналом, перекрываемым клапаном, выполненным в виде первого оголовка, гидравлически связанного с вторым оголовком, контактирующим с первым плечом коромысла, кото0 рое шарнирно соединено с мембраной через тягу, расположенную в вертикальной трубе, причем надмембранная полость сообщена через эту трубу с атмосферой, а на втором плече коромысла установлен пере5 мещаемый груз.

Такое выполнение регулятора расхода исключает наличие пружины в мембранном элементе, позволяет формироваться в нем естественному перепаду давлений за счет

0 свободной поверхности уровня в вертикальной трубе, что значительно повышает чувствительность, а значит, и точность стабилизации расхода. Кроме того, совокупность конструктивного исполнения регулиру5 ющего органа, клапанной, мембранной и рычажной системы с перемещаемым грузом придает регулятору тип не прямого действия, что расширяет диапазон регулируемых расходов, а значит и область его примене0 ния.

На чертеже показана функциональная схема регулятора расхода.

На фланцевые соединения трубчатого водовыпуска 1 закреплен суживающий эле5 мент 2, ма котором закреплена управляющая камера 3 с водопропускным отверстием 4, перекрываемым гибкой армированной лентой 5, закрепленной по диагонали камеры 3, к которой присоединен сливной канал

0 6, связанный гидравлическим каналом 7 с начальной расширенной частью суживающего элемента, а выходной оголовок канала б выходит в нижний бьеф и перекрыт эластичным клапаном 8 замкнутой гидравличе5 ской связи 9, противоположный конец которой выполнен также в виде эластичного оголовка 10 и периодически контактируете концом двуплечего рычага 11, к которому шарнирно прикреплена жесткая тяга 12, расположенная внутри трубы 13, исключаю0 щей доступ воды нижнего бьефа к тяге 12. Труба 13 связана с управляющей камерой 14, разделенной мембраной 15 на два отсека, верхний и нижний. Нижний отсек камеры 14 соединен патрубком 16 с узкой частью

5 суживающего элемента 2, а верхний отсек соединен патрубком 17 с широкой входной его частью. К центру мембраны 15 жестко прикреплена тяга 12. f 1ротивоположный относительно оси 18 вращения, конец рычага

11 снабжен градуированной расходной рейкой 19 и микродвигателем 20, закрепленном на загнутом конце рычага. Микроэлектродвигатель 20 редукторно связан с горизонтальной, свободно вращающейся винтовой тягой 21, на которой по типу винтовой пары закреплен груз 22 со стрелкой. Винтовая тяга имеет ручку 23 для ручного управления.

Регулятор расхода работает следующим образом.

Оператор, вращая винтовую тягу 21 с помощью электродвигателя 20 или ручки 23, перемещает груз 22 в требуемое положение, контролируя стрелкой по расходной рейке 19. Поток воды, двигаясь по суживающему элементу 2, сужается и затем расширяется, отгибает армированную ленту 5 и через водопропускное отверстие 4 сбрасывается в нижний бьеф отводящего канала. Одновременно вода по гидравлическому каналу 7 поступает в сливной канал б и при открытом положении эластичного клапана 8 также сбрасывается в нижний бьеф. Кроме того, одновременно вода по патрубку 17 поступает в верхний отсек камеры 14, имея свободную поверхность в трубе 13, а также по патрубку 16 в нижний отсек камеры 14.

На мембрану 15 сверху действует сила гидростатического давления Pi, а снизу - сила Р2. В статическом состоянии, когда нет движения основного потока, т. е. лента 5 закрыта, силы PI и Р2 между собой равны, т. е. . В динамическом состоянии основного потока в суженной части элемента 2 образуется разрежение и сила Р2 становится меньше силы PL Уравнение равновесия действующих сил кинематической схемы двуплечего рычага 11 с мембраной 15 и грузом 22 относительно шарнира 18 имеет вид:

G- И + Р2- I-P1 -I,(1)

где G - масса груза 22;

И - плечо приложения груза G относительно оси 18 вращения;

1 - плечо приложения сил Pi и Р2 относительно оси 18 вращения.

Если транспортируемый регулятором расход оказался выше заданной величины, например, в результате повышения напора со стороны верхнего бьефа, то разрежение внутри нижнего отсека камеры 14 увеличивается и уравнение (1) примет вид неравенства:

G h + Р2 I Pi I.(2)

В этом случае двуплечий рычаг 11 поворачивается по часовой стрелке и правым своим концом упирается в эластичный оголовок 10, который сжимается, перекачивая жидкость замкнутой гидравлической связи

9в эластичный клапан 8. Последний, расширяясь, перекрывает сбросное отверстие канала б и вода по каналу 7 устремляется в камеру 3, где создается давление на гибкую ленту 5, способствующее преодолению сил

гидродинамического давления со стороны верхнего бьефа и перемещению ленты 5 в сторону закрытия. Живое сечение отверстия 4 уменьшается и снижается величина транспортируемого расхода. Разность пе0 репада давления по входной (Pi) и суженной (Р2) частях элемента 2 принимает первоначальное значение, и элементы кинематической схемы устанавливаются в соответствии с уравнением (1).

5 В случае снижения величины транспортируемого расхода, например при понижении напора со стороны верхнего бьефа, перепад давлений между силами Pi и PZ уменьшится, т.е. сила Р2 примет величину

0 большего значения. Уравнение (1) примет другое значение неравенства

G- fi + P2 I.(3)

Это вызовет перемещение двуплечего рычага 11 против часовой стрелки и разжа5 тие эластичного оголовка 10, способствующее сжатию клапана 8. Отверстие сбросного канала 6 открывается на большую величину, камера 3 опорожняется, в ней создается некоторое разрежение,0 уменьшающее внутренние силы давления на ленту 5, которая под действием внешней силы гидродинамического давления со стороны верхнего бьефа перемещается на открытие отверстия 4. Расход через регулятор

5 увеличивается, перепад сил давлений Pi и Р2 принимает заданное положение и неравенство (3) переходит в уравнение (1).

Для изменения уставки стабилизируемого расхода перемещают груз 22 в новое

0 положение, вращая винтовую тягу 21 ручкой 23 или дистанционно микроэлектродвигателем 20. Действующие моменты сил кинематической схемы принимают новые значения таким образом, что перепад сил давлений Pi

5 и Ра все время подстраивается через элементы регулятора к новому заданному расходу, согласно описанного ранее принципа действия расход по водовыпуску стабилизируется.

0 В реальных условиях на водовыпусках пропускной способностью 0,2-3 м3/с диаметр мембраны составляет в пределах 20-40 см, что позволит применить груз массой 110кг. При достаточной скорости его переме- 5 щенияможноприменить

микроэлектродвигатель, работающий от сети телемеханики напряжением 24 В, мощностью 1,5 Вт, что определяет применение регулятора расхода на энергонеобеспеченных объектах в условиях диспетчерского телеуправления.

Применение предлагаемого устройства позволяет сохранить заданную точность стабилизации расхода оросительной воды ±5% в течение всего поливного периода. На водовыпуске средней пропускной способностью 0,31 м/с это дает экономию 281 тыс. м оросительной воды. Применение изобретения на водовыпусках с более высокой пропускной способностью дает пропорциональный рост экономического эффекта. Формула изобретения Регулятор расхода, содержащий трубопровод с суживающим элементом, чувствительный элемент в виде мембраны, расположенной в корпусе, надмембранная полость которого соединена с трубопроводом перед суживающим элементом, и регу- лирующий орган, установленный в трубопроводе за суживающим элементом, отличающийся тем, что, с целью

повышения точности и расширения области применения регулятора, подмембранная полость соединена с суживающим элементом в его наименьшем проходном сечении.

причем регулирующий орган выполнен в виде гибкой армированной ленты, образующей со стенками трубопровода управляющую камеру и расположенной над донным отверстием трубопровода между

суживающим элементом и управляющей камерой, которая соединена через гидравлический канал с трубопроводом перед суживающим элементом, а со сливным каналом - через клапан, выполненный в виде

первого оголовка, гидравлически связанного с вторым оголовком, контактно связанным с первым плечом коромысла, шарнирно соединенного с мембраной через тягу, расположенную в вертикальной трубе, причем

надмембранная полость сообщена через эту трубу с атмосферой, а на втором плече коромысла установлен перемещаемый груз.

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может использоваться для стабилизации расходов воды на водовыпусках оросительных каналов и других гидротехнических сооружений. Цель изобретения - повышение точности и расширение области применения регулятора расхода. Регулятор расхода содержит трубопровод 1 с суживающим элементом 2 и водопропускным донным отверстием 4, перекрываемым гибкой армированной лентой 5, образующей со стенками трубопровода управляющую камеру 3, к которой подсоединен сливной канал 6 и гидравлический канал 7, первый 8 эластичный оголовок гидравлически связанный со вторым 10 эластичным оголовком, конкретно связанным с первым плечом двуплечего рычага 11, тягу 12, расположенную внутри трубы 13, с мембраной 15, патрубки 16, 17, перемещаемый по рычагу груз 22. 1 ил.