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

Фиг. 2

Изобретение относится к средствам во- дораспределения, а именно к автоматическим устройствам для регулирования уровня верхнего бьефа открытых водотоков.

Известно устройство для регулирования уровня воды в бьефах гидротехнических сооружений, содержащее затвор с противовесом, установленный на первой горизонтальной оси вращения. Причем регулятор еще содержит полку, установленную на второй горизонтальной оси вращения и соединенную с поплавком,а на горизонтальной оси вращения закреплены, соответственно к затвору и полке, зубчатые секторы, находящиеся в зацеплении между собой.

Недостатком этого устройства является низкая надежность работы устройства, объясняемая возможным заклиниванием зубчатых секторов между собой и ппавающим мусором. Заклинивание зубчатых секторов ведет к тому, что при изменении уровня затвор не изменит своего положения и не произойдет регулирование уровня.

Наиболее близким к изобретению является регулятор уровня в бьефах гидротехни ческих сооружений, содержащий затвор. установленный на горизонтальной оси вращения и соединенный с противовесом, установленным с возможностью перемещения вдоль балки, полку, установленную на горизонтальной оси вращения и соединенную с поплавком, с одной стороны затвор и полки прикреплены к одной горизонтальной оси вращения, а с другой - шарнирно, с помощью опорных тяг прикреплены к другой горизонтальной оси вращения, установленной в наклонных направляющих, прикрепленных к стенкам канала, причем опорные тяги установлены под углом друг к другу, не при- вышающим 90.

Недостатками описанной конструкции является низкая точность регулирования уровня верхнего бьефа водораспредели тельного гидротехнического сооружения, обусловленная уменьшением силы давления от веса переливающегося по полке слоя воды при наклоне полки, а также низкая надежность и повышенная материалоемкость конструкции, обусловленные тем, что при максимальном открытии регулятора (повороте затвора до а - 60° - 65°) затвор и полка складываются вместе и прекращается открывающее воздействие полки на затвор. Коэффициент расхода регулятора в этот момент близок к единице, т.е. регулятор пропускает почти весь расход, пропускаемый каналом, при условии, что регулятор помещен непосредственно в канал и размеры затвора соответствуют живому сечению потока. Уровень воды в нижнем бьефе регулятора при максимальном расходе находится на максимальной отметке и глубина канала за регулятором равна бытовой глубине h Если бытовая глубина побольше величины

открытия затвора, т.е. уровень нижнего бьефа выше нижней грани затвора (затопленное истечение), нарушается равенство действующих моментов, регулятор выходит из равновесия и теряет устойчивость (затвор

закрывается под действием силы тяжести противовеса), что обуславливает низкую надежность работы регулятора при пропуске максимальных и формированных расходов по каналу. Чтобы это избежать, устанавливают ось регулятора выше бытовой глубины на величину hy cosct и тем самым увеличивать размеры затвора и противовеса, что увеличивает материалоемкость регулятора. Цель изобретения - повышение точности регулирования уровня верхнего бьефа, надежности работы регулятора и снижение материалоемкости конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе уровня верхнего бьефа содержится рама, затвор, соединенный с противовесом, установленным с возможностью перемещения вдоль балки и полка, прикрепленные с одной стороны к одной горизонтальной оси вращения, шарнирно закрепленную

на раме, а с другой стороны - шарнирно, с помощью опорных тяг прикреплены к другой горизонтальной оси вращения, установленной на неподвижных направляющих, выполненных по дуге выпуклостью, обращенной

вниз, полка наклонена в сторону верхнего бьефа на некоторый угол/3 и имеет боковые козырьки, высотой больше произведения длины полки на синус угла / наклона полки к горизонту, к раме прикреплены боковые

щечки, примыкающие внахлест к боковым козырькам.

Наклонное положение полки повышает точность регулирования уровня верхнего бьефа по сравнению с известным, у которого

горизонтальное положение полки обуславливает некоторую неточность регулирования, выраженную толщиной слоя воды, затекающей на полку, а при повороте полки резко уменьшается толщина слоя воды на ней и

уменьшается открывающее воздействие полки на затвор. В предлагаемом изобретении при достижении уровня верхнего бьефа заданной регулируемой величины, когда начинается перелив через полку, затвор начинает открываться и полка, поворачиваясь, опускается, увеличивая слой переливающейся воды на полке при том же самом регулируемом уровне. При полном открытии затвора полка занимает горизонтальное

положение и имеет максимальный слой воды на ней при том же регулируемом уровне. Этот слой воды, обеспечивая максимальное открывающее воздействие полки на затвор через опорные тяги и неподвижные направляющие, значительно повышает точность регулирования. Чтобы исключить влияние нижнего бьефа, не увеличивая размеры затвора установкой оси вращения выше бытовой глубины п# необходимо увеличить угол а открытия затвора до 90°, т.е. когда затвор и полка, сложившись, занимают горизонтальное положение, а величина увеличения затвора равна hЈj cos90° 0. Но в известной конструкции это невозможно, так как затвор с полкой складываются при а 60° - 65° и открывающее воздействие полки прекращается, к тому же гидродинамическое давление на затвор сильно уменьшается, а при углах открытия затвора близких к 90° стремится к нулю, т.е. практически нет силы, которая повернула бы затвор до 90°. В предлагаемом изобретении складывание затвора и полки в горизонтальном положении обеспечивают неподвижно направляющие, выполненные по дуге, выпуклостью обращенной вниз. Посредством опорных тяг и неподвижных направляющих вес слоя воды на полке обеспечивает силу, которая поворачивает и удерживает затвор в горизонтальном положении при постоянной отметке уровня верхнего бьефа.

Чтобы исключить боковой слив воды с наклонной полки при уровнях меньше регулируемого, по бокам полки устраиваются боковые козырьки, примыкающие внахлест к щечкам, закрепленным на раме.

Такое исполнение регулятора уровня позволяет по сравнению с известным значительно повысить точность регулирования уровня верхнего бьефа, не увеличивая высоты затвора снизить материалоемкость и повысить надежность работы регулятора при пропуске максимальных расходов путем увеличения угла открытия затвора до 90°. т.е. сделать регулятор не чувствительным к затопленному истечению.

На фиг.1 изображено устройство, вид сверху, план; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1. Регулятор уровня верхнего бьефа состоит из затвора 1, соединенного с противовесом 2, установленного с возможностью перемещения вдоль балки 3 и полки 4, прикрепленных с одной стороны к первой горизонтальной оси вращения 5, шарнирно закрепленной на раме 6, а с другой стороны - шарнирами7.связанных с опорными тягами 8, прикрепленными к второй горизонтальной оси вращения 9, установленной на неподвижных направляющих 10, причем направляющие 10 выполнены по дуге, выпуклостью направлены вниз, полка 4 наклонена в сторону верхнего бьефа на некоторый угол 5 /3 к горизонту и имеет боковые козырьки 11, высотой больше произведения длины полки 4 на синус угла /3 , к раме 6 прикреплены боковые щечки 12, примыкающие внахлест к боковым козырькам 11.

0 Регулятор уровня верхнего бьефа работает следующим образом.

При отсутствии воды в верхнем бьефе или уровне не меньше Нр (расчетный напор) затвор 1 находится в закрытом положении.

5 Это положение затвора 1 обеспечивается положением противовеса 2, полки 4, вращающихся вокруг оси вращения 5. При повышении уровня воды (НЖр) в верхнем бьефе лишний расход переливается через полку 4.

0 Одновременно увеличивается гидростатическое давление на затвор 1 и полку 4 и момент вращения этих сил относительно оси 5 вращения превышает момент вращения от силы тяжести противовеса 2. Затвор

5 1 начинает открываться и вода сбрасывается под затвор 1 и через полку 4. Боковой слив воды с наклонной полки 4 устраняется боковыми козырьками 11, которые примыкают внахлест к боковым щечкам.12, при0 крепленным к раме 6 сооружения.

При открытии затвора до 70° к вертикали уменьшается гидродинамическое давление на затвор 1 практически до нуля. Плечо противовеса 2 становится маленьким, что

5 сильно уменьшает вращающий момент от силы тяжести противовеса 2, а момент вращения от силы тяжести затвора 1 увеличивается. Полка 4 в это время приближается к горизонтальному положению и при расчет0 ном напоре на полку 4 затекает максимальный слой воды. Вес этого слоя на полке 4 через опорные тяги 8 и неподвижные направляющие 10 передается на затвор 1 и способствует открытию затвора 1, преодо5 левая вес затвора 1.

Неподвижные направляющие 10 выполняются по дуге выпуклостью вниз таким образом, чтобы сложение полки 4 и затвора 1 происходило в горизонтальном положении.

0 Одной из разновидностей изготовления дуги направляющих 10 можно предложить изготовление их по дуге окружности радиусом, равным длине вертикальной тяги 7 и повернутые относительно шарнира тяг

5 таким образом, чтобы дуга касалась этого шарнира при сложных в горизонтальном положении затвора 1 и полки4. Открывающее воздействие полки 4 на затвор 1 при таком изготовлении направляющих осуществляется во всем диапазоне открытия затвора 1. При полном открытии затвора 1 вес воды на полке 4 противодействует весу затвора 1. При уменьшении регулируемого уровня уменьшается слой воды на полке и сила тяже- сти затвора 1 начинает поворачивать затвор 1 и закрывать отверстие. При закрывании затвора 1 полка 4 тоже поворачивается и перекрывает водосливной фронт при регулируемом уровне. Таким образом происходит регули- рование уровня.

Технико-экономическая эффективность регулятора заключается в повышении точности регулирования уровня, снижении материалоемкости путем снижения высоты затвора на величину у- cos 65°, т.е. порядка 30% при установлении оси 5 вращения на отметку бытовой глубины канала в нижнем бьефе, повышение надежности работы регулятора, а также обеспечение работоспособ- носги регулятора при перепаде уровней,

равном толщине переливаемого слоя воды по полке 4, что позволяет применять регулятор на каналах с малыми уклонами. Формула изобретения Регулятор уровня верхнего бьефа, содержащий затвор с противовесом и полку, установленные на первой горизонтальной оси вращения, связанные шарнирно с опорными тягами, установленными на второй горизонтальной оси вращения, размещенной на неподвижной наклонной направляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования, надежности и снижения материалоемкости, направляющая выполнена по дуге выпуклостью вниз, полка установлена с наклоном в сторону верхнего бьефа и снабжена боковыми щечками и козырьками с высотой не менее произведения длины, полки на синус угла ее наклона, с которыми соединены боковые щечки.

Изобретение относится к средствам во- дораспределения, а именно к автоматическим устройствам для регулирования уровня верхнего бьефа открытых водотоков. Целью изобретения является повышение точности регулирования, надежности, снижение материалоемкости. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе уровня верхнего бьефа, содержащем затвор 1 с противовесом 2 и полку 4, установленные на первой горизонтальной оси вращения 5, связанные шарнирами 7 с опорными тягами 8, установленными на второй горизонтальной оси 9 вращения, размещенной на неподвижной наклонной направляющей 10, она выполнена по дуге выпуклостью вниз, полка 4 установлена с наклоном в сторону верхнего бьефа и снабжена боковыми щечками 12 и козырьками 11. 2 ил.

фиг.1

±