Устройство для регулирования уровня воды в бьефах гидротехнических сооружений Советский патент 1982 года по МПК G05D9/02 

I

Изобретение относится к гидротехнике и предназначено для автоматической стабилизации уровней воды в гидротехнических сооружениях, в частности в открытых каналах, в особенности в проводящих.

Известны устройства для регулирования уровней воды в гидротехнических сооружениях, включающие секторный полый затвор с горизонтальной осью вращения, внутренняя полость -которого посредством отверстий в его корпусе сообщается с верхним и нижним бьефами, причем одно из отверстий дросселируется мембранным клапаном, связанным с датчиком регулируемых бьефов Q .

Недостатками таких устройств является сложность конструкции и малая эксплуатационная надежность клапанной системы датчиков вследствие необходимости в ее герметичности, а также прочность полости затвора с малыми скоростями течения воды, что требует

.частых промывок полости затвора от осевших в ней взвешенных наносов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, состоящее из секторного полого затвора с горизонтальной осью вращения,- внутренняя полость которого посредством питаклцего трубопровода сообщается с верхним бьефом. В трубопроводе имеется отверстие, кото10рое .сообщает последний с нижним бье- фом, причем отверстие дросселируется клапаном датчика нижнего бьефа Г2.

Недостатками устройства являются возможность стабилизации только уров15ня ВОД нижнего бьефа, что делает целесообразным применение рассматриваемого устройства для автоматизации перегораживающих сооружений в проводящих каналах с возможными аварийны20ми (паводковыми) расходами, малая эксплуатационная надежность устройства при его работе при малых перепадах уровней воды между бьефами вследствие того, что в полости затвора при максимальном открытии отверстия датчика уровень не снижается до уровня нижнего бьефа из-за разности давлений в запорной коробке датчика и выходном сечении отверстия, вызванной постоянным течением воды по питающей трубе из верхнего бьефа. Кроме уменьшения надежности р&боты устройства, это требует увеличения массы противовеса. Для частичного устранения этого недостатка можно увеличить гидравлическое сопротивление питающей трубы, однако это приводит к снижению быстродействия регулятора, невысокая точность стабилизации уровня вследствие того, что при закрытом сбросном отвер стии (максимальном уровне воды в нижнем бьефе) на клапан датчика действует вертикально вниз направленная сила, обусловленная разностью уровней воды в бьефах, что требует увеличенного, по сравнению с открытым отверстием погружения поплавка датчика под уровень воды. Цель изобретения - повьпление надежности и точности ;устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем секторный затвор, полость которого соедине на с НИЖН1-Ш бьефом через питающий трубопровод, на котором установлен первый клапан, связанньй со штоком поплавкового датчика уровня нижнего бьефа, дополнительно содержится второй клапан, установленш й на штоке поплавкового датчика уровня нижнего бьефа, поплавковый датчик уровня верхнего бьефа, на штоке которого установлены третий и четвертый клапаны, причем второй и третий клапаны установлены соответственно между нижним и верхним бьефами и питакицим трубопроводом, а четвертый клапан установлен последовательно с первым, а клапаны каждого из датчиков уровней выполнены разного диаметра. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из секторного полого затвора, закрепленного на горизонталь.ной оси вращения 2, колодца 3, сообщающегося с нижним бьефом отверстием 4, колодца 5, сообщающегося с верхним бьефом питающим трубопроводом 6. . Б колодце 3 размещен поплавковый датчик 7, связанный посредством што9334 ка 8 с первым клапаном 9 и вторым 10, причем диаметр клапана 10 больше диаметра клапана 9. Клапаны 9 и 10 дросселируют отверстия 11 и 12 в клапанной коробке 13, которая сообщается с полостью затвора 1 посредством питающего трубопровода 14 с гибким участком 15. В колодце 5 размещен поплазковьй датчик 16, связанный посредством штока 17 с третьим клапаном 18 и четвертым 19, которые дросселируют.: отверстия 20 и 21 в клапанной коробке 22, причем диаметр клапана 19 больше диаметра клапана 18. Поплавковые датчики 7 и 16 прикреплены к штокам 8 и 17 посредством фиксаторов 23 и 24,- с помощью которых изменяется установка задания. При необходимости регулировать уровень только в верхнем бьефе, датчик уровня нижнего бьефа и колодец 3 отсутствует . Устройство работает следующим образом. Под действием разности сил гидростатическЬго давления, действующих на напорную грань затвора 1 с стороны верхнего бьефа и внутренней полос затвора, последний, вращаясь на ОСИ 2, пропускает некоторый расход. Величина открытия затвора зависит от уровня воды, который устанавливается в его полости (при. уровне воды в полости затвора, ровном уровню воды в верхнем бьефе, затвор полностью закрыт, при уровне, равном уровню в нижнем бьефе - открытие максимальное), В обычных условиях эксплуатации ка-. нала, когда уровень воды в верхнем бьефе ниже максимального (аварийного), поплавковый датчик 16 посредством штока I7 и клапанов 9 и 18 держит открытым отверстие 20 и закрытым отверстие 21, регулятор работает по стабилизации уровня воды в нижнем бьефе. В установившемся режиме, если уровень воды в нижнем бьефе вьш1е минимального и ниже максимального (отверстия 12 и 11 приоткрыты), вода из верхнего бьефа через отверстие 20 и трубопровод 14 поступает в полость клапанной коробки 13 и сбрасывается через отверстие 12 в нижний бьеф. При этом уровень воды в полости затвора устанавливается вьшге уровня воды в нижнем бьефе на величину гидравлических потерь, вызванных постоянным током воды через сбросное отверстие 12. При переходном процессе, когда уровень воды в нижнем бьефе измениется, поплавковый датчик 7 посредством штока 8 и клапанов 10 и 9 изменяет открытие отверстий 11 и 12, дав ление в клапанной коробке 13 изменяется, что влечет иамене ше уровня во ды в полости затвора 1 и положения ,последнего. При понижении уровня воды в нижнем бьефе открытие отверстий 12 увеличивается, а отверстие 11 уменьшается, что влечет уменьшение давления в полости клапанной коробки 13 и отток воды из полости затвор через отверстие 12 в нижний бьеф, вы талкивакнций момент и открытие затвора увеличиваются. Аналогично, повьше ние уровня воды в бьефе ведет к повы шению давления в клапанной коробке и уменьшению открытия затвора. При достижении уровнем воды в ниж нем бьефе своего максимального значения, отверстие 12 полностью перекрьшается клапаном 10, в затворе устанавливается уровень воды, равный уровню верхнего бьефа, и затвор полностью закрьшается. При достижении уровнем воды в нижнем бьефе своего минимального значения клапан 9 полностью перекрывает отверстие 11, отверстие 12 полностью открыто и в пол Й затвора 1 устанавливается уровень воды, равный уровню нижнего бьефа, что приводит к открытию затвора на максимальный угол. Направленная вертикально вверх ра нодействующая сил гидростатического давления, действующая на клапаны датчика нижнего бьефа вследствие разности уровней воды между бьефами, больше по величине в крайнем верхнем положении подвижного элемента датчика, чем в крайнем нижнем из-за того, что диаметр клапана 10 больше диаметра клапана 9. Поэтому высота затопления поплавка в крайнем верхнем положении требуется меньшей, чем вкрайнем нижнем, что делает статическую ошибку регулирования меньшей, чем величина хода штока датчика. При повьш1ении.уровня в верхнем бье фе вьш1е допускаемого (аварийного) поплавковый датчик 16 всплывает и посредством штока 17 и клапанов 18 и 19 открывает отверстие 21 и перекрывает отверстие 20. Поступление воды в клапанную коробку 22 изверхнего бьефа прекращается. Это влечет оттокводы из полости затвора по трубопрово дам 14 и 15 в полость клапанной KdробкиЛЗ и оттуда по трубопроводу 14 в нижний бьеф (рассматривается случай, когда в нижнем бьефе максимальный уровень и отверстие 12 полностью перекрыто клапаном 10, а отверстие 11 открыто). В итоге уровень воды в полости затвора достигает уровня нижнего бьефа, и затвор открывается на максимальный угол. Если датчик уровня нижнего бьефа находится в промежуточном положении (отверстия 12 и 1I частично открыты), то отток воды из полости затвора частично происходит и через отверстие 12. Направленная вертикально вниз равнодействующая сил гидростатического давления, действующая на клапаны датчика верхнего бьефа вследствие разкости уровней воды между бьефами, больше в крайнем нижнем положении подвижного элемента датчика, чем в крайнем верхнем, вследствие того, что диаметр клапана 19 больше диаметра клапана 18. Поэтому высота затопления в крайнем верхнем положении меньше, чем в крайнем нижнем, что делает статическую ошибку регулирования меньшей, чем ход штока датчика.. Данное устройство обеспечивает реализаццю технологических схем по верхнему и нижнему бьефам и смешанного регулирования с высокой точностью стабилизации уровней и вйсоким быстродействием, имеет простую клапанную систему и пониженную чувствительность к наносам, благодаря тому, что вода в полость затвора поступает только при его закрытии, а также большую по сравнению с известным надежность работы при малых перепадах уровней между бьефами.Формула изобретения 1. Устройство для регулирования уровня воды в бьефах гидротехнических сооружений, содержащее секторный затвор,полость которого соединена с нижним бьефом через питающий трубопровод, на котором установлен первый клaпaнj связанный с штоком поплавкового датчика; уровня нижнего бьефа, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и томности устройства, оно содержит второй клапан, установленный на штоке попавкового датчика уровня нижнего бьефа, поплавковый датчик уровня верхнего бьефа, на штоке которого установлены третий и четвертый клапаны, причем второй и третий клапаны установлены соответственно межцу нижним и верхним бьефами и питающим трубопроводом, а четвертый клапан установлен последовательно с первым.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что клапаны каждого из датчиков уровней вьтолнены разного диаметра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Указание по проектированию оросительных систем. Руководство по проектированию автоматизации водораспределения на оросительных системах. ЕТР-1 1-10-76. Ч. in. Киев, 1977. с. 105, 111, 115.

2. Авторское свидетельство СССР № 474793, кл. G 05 D 9/02, 1975 (прототип).