регулятор уровня воды в гидротехнических сооружениях

Формула изобретения

РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ВОДЫ В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ, содержащий затвор в виде сегментного щита, уравновешенного противовесом, укрепленным на консолях, привод управления, расположенный в шахте, сообщенный с верхним бьефом питающим трубопроводом и задатчиком уровня, а с нижним бьефом - сливным трубопроводом, отличающийся тем, что к напорной грани сегментного щита в нижней ее части прикреплена криволинейная пластина, образующая с полотнищем сегментного щита короб, разделенный на секции боковыми стенками, причем секции расположены симметрично относительно вертикальной оси сегментного щита и с возможностью размещения их сливных кромок на разной высоте криволинейной пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для регулирования уровня воды в отводящих каналах, на водораспределительных узлах сооружений оросительных систем.

Известен ковшовый клапанный затвор-автомат уровня верхнего бьефа. Затвор представляет собой ковш с противовесом, установленный консольно на горизонтальной оси вращения, нижняя часть напорной стенки ковша выполнена криволинейной с вогнутостью, обращенной в сторону верхнего бьефа, центр кривизны которой размещен на горизонтальной оси вращения, а соединенная с ней верхняя часть напорной стенки плоская, причем ковш затвора содержит дополнительную напорную стенку, выполненную криволинейной по всей высоте затвора, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, дополнительная напорная стенка размещена симметрично оси гидротехнического сооружения. Регулятор содержит боковые щеки, соединенные с боковыми кромками затвора и размещены параллельно стенкам гидротехнического сооружения, а участки ковша, расположенные у стенок гидротехнического сооружения, образованы дополнительными напорными стенками.

Недостатками данного затвора-автомата являются его ограниченные функциональные возможности и диапазон использования, так как он регулирует только уровень воды в верхнем бьефе гидротехнического сооружения.

Известен также авторегулятор уровня верхнего бьефа с корректирующим устройством, предназначенный для регулирования уровней воды на перегораживающих, водораспределительных и сбросных сооружениях оросительных систем.

Отличительной особенностью авторегулятора является выполнение полотнища затвора в виде полого ковша, боковые грани которого прикреплены перпендикулярно к вогнутой радиальной стороне обшивки посредством полусегментных пластин, обращенных торцевыми гранями в сторону верхнего бьефа. Корректирующее устройство представляет собой прямоугольный полусегмент, ограниченный боковыми полусегментными пластинами, напорной прямоугольной гранью и направляющей, описанной по радиусу с центром в оси вращения затвора. Корректирующее устройство жестко крепится к оси вращения затвора и располагается в шахте, устраиваемой с боку сооружения. Шахта сообщается с верхним бьефом трубой и задатчиком уровня, а с нижним бьефом - сливной трубой.

Затвор уравновешен противовесом, причем центр тяжести противовеса и затвора располагаются на прямой, проходящей через ось вращения. Поплавковый привод, затвор и противовес жестко укреплены на оси вращения и образуют жесткую конструкцию. Боковые грани затвора выполняют роль ножевых уплотнений, исключая утечки при закрытом положении затвора.

Недостатками данного регулятора являются его ограниченный диапазон использования и низкая эффективность работы при установке в водораспределительном сооружении, так как он регулирует только уровень воды в верхнем бьефе гидротехнического сооружения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и диапазона использования затвора, улучшение условий эксплуатации и повышение надежности работы водораспределительных сооружений на оросительных системах.

Цель достигается совмещением функций регулирования уровней и расходов воды в одной конструкции регулятора путем прикрепления к напорной грани сегментного щита в нижней ее части криволинейной пластины, образующей с полотнищем сегментного щита короб, разделенный на секции боковыми стенками, причем секции расположены симметрично относительно вертикальной оси сегментного щита и с возможностью размещения их сливных кромок на разной высоте криволинейной пластины.

На фиг.1 изображен продольный разрез А-А по регулятору уровня; на фиг.2 - положение "Закрыто"; на фиг. 3 - разрез А-А по регулятору (положение "Открыто"); на фиг.4 - водораспределительный узел сооружений с двумя боковыми отводами, армированный регулятором уровня.

Регулятор уровня включает затвор 1 сегментный в виде щита, укрепленный при помощи консолей 2 к оси вращения 3 и уравновешенный противовесом 4. К оси затвора 1 жестко прикреплен привод управления 5, расположенный в шахте 6, сообщенный с верхним бьефом питающим трубопроводом 7 и задатчиком уровня 8, а с нижним бьефом - сливным трубопроводом 9. К напорной грани сегментного щита 1 со стороны верхнего бьефа в нижней его части прикреплена криволинейная пластина 10, образующая с полотнищем сегментного щита короб, разделенный на секции 11, 12 и 13 боковыми стенками 14. Секции 11, 12 и 13 расположены симметрично относительно вертикальной оси сегментного щита 1 и с возможностью размещения их сливных кромок 15, 16 и 17 на разной высоте криволинейной пластины 10. Для установки регулятора в стационарное положение на определенное открытие устраиваются фиксаторы 18. Для предотвращения утечек и исключения бокового истечения при открытии регулятора выполняются уплотнения 19. Сливной трубопровод 9 снабжен краном 20.

Водораспределительное сооружение, в составе которого установлен регулятор уровня воды 21, включает подводящий канал 22, два отвода 23 и 24 и отводящий канал 25. Отводящие каналы армированы плоскими щитами 26 и 27.

Конструкция регулятора уровня предусматривает работу в двух режимах:

а) как регулятор уровня верхнего бьефа;

б) как стабилизатор расхода воды.

При работе затвора в режиме регулятора уровня верхнего бьефа задатчик уровня 8 устанавливают на расчетный уровень Н_в.б. При уровнях воды Н_i меньших Н_в.б (Н_i < < Н_в.б) регулятор уровня находится в положении "Закрыто". С повышением уровня и достижении входного отверстия задатчика вода по трубопроводу 7 начинает поступать в камеру 6, где расположен привод управления 5 затвора 1. Одновременно вода из камеры 6 вытекает в нижний бьеф по трубопроводу 9. Так как приток воды в камеру 6 из верхнего бьефа больше оттока из нее, то произойдет наполнение камеры 6.

При погружении привода управления 5 под уровень на напорную грань начинает действовать сила гидростатического давления воды Р, которая создает момент движения М_р относительно оси вращения 3 и затвор начнет движение на открытие водопропускного отверстия. С открытием затвора уровень в верхнем бьефе понизится и уменьшится расход воды, поступающий через задатчик уровня в камеру 6. Это приведет к снижению уровня воды в камере 6 и уменьшению силы гидростатического давления Р на напорную грань привода управления 5. Затвор пойдет на закрытие водопропускного отверстия, отработав возмущение, регулятор займет устойчивое положение при уровне в верхнем бьефе Н_i, равном расчетному Н_в.б, т.е. Н_i=Н_в.б.

При переводе регулятора в режим работы стабилизатора расхода на сливном трубопроводе 9 закрывают кран 20, прекращая слив воды из камеры 6 в нижний бьеф. Вода, поступая из верхнего бьефа через отверстие задатчика уровня 8, наполняет камеру 6.

Под действием силы гидростатического давления воды на напорную грань привода управления 5 затвор начинает движение на открытие, после чего его устанавливают на заданное открытие и при помощи фиксаторов 18 закрепляют в стационарном положении. При этом отверстие задатчика уровня 8 должно находиться выше максимального уровня воды в верхнем бьефе. Открыв кран 20, выпускают воду из камеры 6. Регулятор подготовлен к работе в режиме стабилизатора расхода.

При работе регулятора в режиме стабилизатора расхода уровень воды в верхнем бьефе изменяется от минимального Н_min до максимального Н_mах (фиг. 3). Принцип действия регулятора, работающего как стабилизатор расхода воды, основан на изменении коэффициента расхода обратно пропорционально корню квадратному из напора перед затвором (()).

Стабилизатор расхода работает следующим образом: при напоре в верхнем бьефе ниже расчетного уровня Н < Н_р=Н_min перелива в секции короба нет и истечение в нижний бьеф происходит как из-под наклоненного в верхний бьеф щита.

При дальнейшем повышении напора перед стабилизатором расхода (Н_р < < Н Н_р.mах) начинается перелив воды через переднюю стенку 15 в первые крайние секции 11. С увеличением напора в верхнем бьефе расход воды под остальными секциями возрастает, а под первой секцией уменьшается. Уменьшение расхода воды под первыми секциями 11 происходит потому, что вода внутри короба движется навстречу потоку, проходящему под ним. Коэффициент расхода уменьшается, что приводит к уменьшению расхода воды под этими секциями. Однако суммарный расход воды, проходящий под стабилизатором расхода, остается практически постоянным, так как увеличение расхода воды под секциями 12 и 13 компенсируется уменьшением под первыми секциями 11.

По мере возрастания напора в верхнем бьефе включаются в работу секции 12 и 13.

Режим работы водораспределительного сооружения (фиг.4). В режиме регулирования и поддержания постоянного уровня воды в верхнем бьефе обеспечивается подача постоянных расходов воды в отводящие каналы 23 и 24, а излишки сбрасываются по транзитному каналу 25.

В режиме регулирования и обеспечения постоянного расхода воды по транзитному каналу 25 щиты 26 и 27 устанавливают на одинаковое открытие, т.е. а₁= а₂. Ввиду одинакового напора перед щитами 26 и 27 коэффициенты расхода воды ₁ и ₂ равны, коэффициенты вертикального сжатия также равны ₁ = ₂. При симметричном расположении щитов 26 и 27 относительно оси сооружения расходы воды отводящих каналов 23 и 24 можно разделить в заданном отношении

= , , где b₁ и b₂ - ширины водопропускных отверстий отводящих каналов 23 и 24.

В рассмотренных режимах водораспределительного сооружения постоянного присутствия эксплуатационного персонала не требуется. Его роль сводится к определению режима работы водораспределительного сооружения, подготовке регулятора уровня воды к работе в данном режиме и установлению на заданное открытие отверстий отводящих каналов 23 и 24. Для этого перед эксплуатацией регулятора уровня воды производится его тарирование с построением тарировочной кривой Q=f(Н) или тарировочных таблиц.

Предлагаемая конструкция регулятора уровня по сравнению с прототипом обладает большими функциональными возможностями, расширяет диапазон регулирования параметров водного потока, уменьшает проведение трудоемких работ при регулировании уровней на водораспределительном сооружении, тем самым снижая трудозатраты и улучшая условия эксплуатации. Надежность работы сооружения повышается, так как работа предлагаемого регулятора в автоматическом режиме исключает аварийные ситуации.