регулятор уровня воды верхнего бьефа в гидротехнических сооружениях

Формула изобретения

РЕГУЛЯТОР УРОВНЯ ВОДЫ ВЕРХНЕГО БЬЕФА В ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ, содержащий прислонный Г-образный затвор с горизонтальной осью вращения, выполненный в виде ковша, у которого нижняя и центральные части выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа и с центром кривизны на оси вращения, напорные стенки выполнены плоскими и с боковыми щеками, соединенными с боковыми кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения, и дополнительная напорная стенка, образующая вместе с криволинейной поверхностью центральной части затвора емкость, сообщаемую с верхним бьефом отверстиями, размещенными в основании нижней части дополнительной стенки, отличающийся тем, что дополнительная напорная стенка выполнена сплошной по всей ширине центральной части затвора, а основание нижней части ее выполнено под углом 110 - 130^o к вертикали, образуя с криволинейной частью ковша конически сходящийся насадок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ирригации, в частности к автоматизации сбросных и перегораживающих сооружений, входящих в состав водозаборных и водораспределительных узлов.

Известен регулятор уровня воды верхнего бьефа в гидротехнических сооружениях [1] , содержащий затвор с противовесом, установленный консольно на горизонтальной оси вращения и выполненный в виде ковша, нижняя часть напорной стенки которого выполнена криволинейной с вогнутостью в сторону верхнего бьефа, центр кривизны которой размещен на горизонтальной оси вращения, а соединенная с ней верхняя часть напорной стенки выполнена плоской, причем ковш затвора содержит дополнительную напорную стенку, выполненную криволинейной по всей высоте затвора, центр кривизны которой совпадает с горизонтальной осью вращения, кроме того дополнительная напорная стена размещена симметрично относительно продольной оси гидротехнического сооружения.

Недостатком данного устройства является значительный вес затвора в совокупности с противовесом и значительная статическая ошибка.

Известно также устройство для регулирования уровня воды в верхнем бьефе гидротехнического сооружения [2], содержащее прислонный Г-образный затвор с горизонтальной осью вращения, выполненный в виде ковша, у которого нижняя и центральная части выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа с центром кривизны на оси вращения, напорная стенка выполнена плоской с боковыми щеками, соединенными с боковыми кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения, причем с целью снижения металлоемкости регулятора, ковш затвора содержит дополнительную стенку с боковыми щеками, образующую вместе с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора емкость, сообщаемую с верхним бьефом отверстиями, одно из которых размещено по высоте дополнительной напорной стенки в пределах хода затвора при открытии, а другое расположено в основании нижней части дополнительной напорной стенки и при закрытом положении затвора плоскость его сечения размещена в вертикальной плоскости.

Недостатком данного устройства является низкая эксплуатационная надежность за счет возможности забивки верховых отверстий дополнительных стенок мусором, плавником, а также возможность генерации волн от взаимодействия потока с ковшовой частью затвора при установке его на каналах со значительными скоростями. Все это ограничивает область применения и повышает эксплуатационные требования.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности работы затвора-автомата.

Эта цель достигается тем, что устройство содержит прислонный Г-образный затвор с горизонтальной осью вращения, выполненный в виде ковша, у которого нижняя часть и центральная выполнены криволинейными с вогнутостью в сторону верхнего бьефа с центром кривизны на оси вращения, напорная стенка выполнена плоской с боковыми щеками, соединенными с боковыми кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения и дополнительную напорную стенку, причем, с целью повышения надежности дополнительная напорная стенка, образующая вместе с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора емкость, выполнена сплошной и по всей ширине криволинейной поверхности затвора сообщена с верхним бьефом отверстием, которое размещено в основании нижней части дополнительной напорной стенки и при закрытом положении затвора плоскость его сечения размещена в вертикальной плоскости, при этом нижняя напорная стенка выполнена под углом к вертикали, и на расстоянии от криволинейной части в створе выхода, образуя конический (в разрезе) насадок длиной l = (3...4)d, где d (0,05...0,1)h_p (d - высота насадка на выходе; h_p - расчетный напор), обеспечивающий заданное соотношение расхода влива-слива для создания требуемого уровня в емкости затвора. Угол наклона нижней напорной стенки d = 110-130^o.

Новизна предлагаемой конструкции в сравнении с прототипом заключается в том, что дополнительная напорная стенка, образующая вместе с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора емкость, выполнена сплошной, сообщаемой с верхним бьефом отверстием, размещенным в основании нижней части дополнительной напорной стенки, размещенной под углом 110-130^о к вертикали, при этом при закрытом положении затвора плоскость сечения отверстия размещена в вертикальной плоскости, образуя в основании в совокупности с криволинейной поверхностью ковша конический сходящийся (в разрезе) насадок.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции с известными не выявил признаков, совпадающих с отличительными признаками предлагаемой конструкции. Это дает основание считать эти признаки существенными, так как их наличие приводит к достижению поставленной цели.

На фиг. 1 показан регулятор, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг. 3 - вид в торец (со стороны верхнего бьефа); на фиг. 4 - схема работы регулятора при его открытии; н фиг. 5 - аксонометрическое изображение регулятора.

Регулятор содержит прислонный Г-образный затвор 1 с горизонтальной осью вращения 2, выполненный в виде ковша, у которого нижняя и центральная части выполнены криволинейными вогнутостью в сторону верхнего бьефа с центром кривизны на оси вращения, напорная стенка 3 выполнена плоской с боковыми щеками 4, соединенными с боковыми кромками затвора и размещенными параллельно стенкам гидротехнического сооружения, причем ковш затвора содержит дополнительную сплошную и по всей ширине криволинейной части затвора напорную стенку 5, образующую вместе с криволинейной поверхностью центральной части ковша затвора емкость 6, сообщенную с верхним бьефом отверстия 7, образуемым основанием нижней части дополнительной напорной стенки 8, размещенной под углом 110-130^о к вертикали и затворам 1, при этом при закрытом положении затвора плоскость сечения отверстия размещена в вертикальной плоскости, образующей в совокупности с криволинейной частью ковша затвора конический (в разрезе) сходящийся насадок.

Как показали исследования, его значения могут колебаться в пределах от 110^о до 130^о. Это объясняется следующим: если угол будет меньше 110^о, то будет резкое искривление струй при сходе потока с наклонной грани насадка и, как следствие, практическое исключение гидравлического дросселирования, и при 130^о, наоборот, резко увеличивается дросселирование.

Устройство работает следующим образом.

При уровне в верхнем бьефе меньше расчетного или при отсутствии воды в сооружении затвор находится в закрытом положении (фиг.1). При этом уровень в емкости 6 равен уровню в верхнем бьефе.

При мере повышения уровня воды в верхнем бьефе выше, затвор начнет открываться за счет давления воды на напорные стенки 3. По мере открытия затвора давление на напорные стенки 3 будет уменьшаться, а момент веса затвора, наоборот, возрастать. Рассогласование моментов корректируется возникающей силой при открытии затвора за счет падения уровня в камере 6. Действительно, с открытием затвора и емкости 6 через отверстие (насадок) 7 происходит истечение, но вследствие сопротивления потока истекающего из-под затвора, происходит гидравлическое дросселирование отверстия 7, и расход истечения с открытием меняется. Вследствие истечения из емкости 6 уровень воды в ней будет меньше, чем в верхнем бьефе, причем вследствие гидравлического дросселирования отверстия 7 значение уровня зависит от угла открытия. В результате истечения и падения уровня в камере 6 возникает перепад давления на стенку 5.

Эффективность предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом заключается в повышении эксплуатационной надежности за счет исключения отверстия влива в пластине 5, как это имело место в прототипе, и, как следствие, исключение возможности забивки мусором и плавником, а также за счет повышения устойчивости работы, так как пластина 5 выполнена по всей ширине ковшовой части затвора, что исключает генерацию воды и динамическую раскачку затвора.