Автоматизация подачи заданных расходов воды с двумя системами регулирования на открытых каналах оросительных систем

В настоящей статье предложен авторегулятор подачи заданного расхода воды с подвижным водосливом. Намечены аспекты исследования по авторегулятору данного типа и возможность комбинирования его с другими средствами автоматизации.

Ключевые слова: водоучет, автоматизация, авторегулятор, оросительная система.

Одним из главных направлений повышения эффективности оросительных систем является автоматизация процесса водораспределения с организацией оперативного и достоверного водоучета. Существующая техника и организация гидрометрических работ на оросительных системах требует технического совершенствования, внедрения простых, надежных и энергонезависимых средств водоподачи и водоучета.

В настоящее время в Волгоградской области третья часть оросительных угодий находится в Заволжье. Здесь функционируют достаточно крупные оросительные системы с большим потенциалом, который, к сожалению, не используется: Тажинская и Ленинская, Большая Волгоградская, Кисловская и т. д. На оросительных системах практически нет водомерных сооружений. На каналах управляют технологическими процессами, как правило, вручную. Эксплуатационники измеряют расход воды с помощью рейки и гидрометрической вертушки.

Гидравлическая особенность каналов, рассматриваемых оросительных систем, заключается в том, что каналы имеют незначительные уклоны — 0,0007….0,00006. Скорость потока составляет менее 0,9 м/с, глубина воды в каналах вирируется в пределах 1,25–2,6 м. Каналы подвержены заилению, они работают в подпорных режимах при максимальном наполнении, обеспечивая заданное командование над орошаемыми участками. В бьефах каналов аккумулируются резервные объемы воды, которые можно использовать для внедрения технических средств с гидроприводом.

На оросительных системах могут быть применены следующие способы автоматизации водораспределения:

1.      автоматизация регулированием уровня воды: по верхнему бьефу; по нижнему бьефу; смешанное регулирование;

2.      автоматизация водораспределения регулированием перепада уровней воды;

3.      автоматизация водораспределения регулированием объема воды: регулирование с перетекающими объемами; регулирование непосредственным отбором расходов.

Для автоматизации подачи заданного расхода из командного канала в подкомандный нами предлагается использовать авторегулятор с подвижным в процессе работы водосливом. Заданный расход подается за счет поддержания постоянного слоя воды, переливающегося через водослив.

Рис.1. Схема авторегулятора с подвижным водосливом: 1 — подвижный водослив (поплавок), 2 — гибкий шланг, 3- трубчатый водослив

Поплавок имеет полую сердцевину в виде ковша прямоугольной или радиальной форы. При подборе определенной нагрузки которую необходимо приложить в центре поплавка, можно задать постоянный расход, путем поддержания уровня воды над порогом водослива.

В исследованиях авторегулятора необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1.      Определить форму и размеры водослива;

2.      Изучить работу водослива при подтопленном и не подтопленном режиме работы;

3.      Определить жесткость длину и диаметр гибкого шланга (диаметр шланга должен совпадать с диаметром водослива);

4.      Изучить работу авторегулятора в напорном и безнапорном режиме работы.

Предварительными расчетами установлено, что периметр водосливного фронта водослива для подачи расхода 200 л/с., при напоре над порогом 0,2 м., должен быть:

где m — коэффициент расхода.

Данный расчет показывает, что применение предлагаемого авторегулятора возможно, например для головной части каналов оросителей.

При этом если канал ороситель является тупиковым, возникает опасность переполнения его, или необходимо постоянное наблюдение за ним.

Для предотвращения этого предлагается комбинирование авторегулятора с подвижным водосливом и регулятором уровня воды НБ. Например автоматический трубчатый водовыпуск с водорегулированием по нижнему бьефу (а.с. № 1300427, на имя М. Н. Мелихова, А. А. Пахомова).

Щитовой авторегулятор с камерой давления

Устройство содержит водовыпускную трубу 1, щитовой затвор 2, установленный на оси вращения 3, и камеру переменного объема 4, которая образована напорным щитом 5, основанием 6 и гибкой оболочкой 7, закрепленной по периметру основания и напорного щита 5. Последний соединен жестко одной из кромок с щитовым затвором 2. Камера 4 переменного объема сообщена с водовыпускной трубой 1 водовыпускным отверстием 8, которое перекрыто решеткой 9 для предотвращения засорения камеры и переменного объема 4. Щитовой затвор 2 управляется поплавком 10, который связан штангой 11 с напорным щитом 5. Последний установлен на оси вращения 3.

Рис.1. Щитовой авторегулятор с камерой противодавления: 1-водовыпускная труба; 2-щитовой затвор; 3-ось вращения; 4-камера противодавления; 5-щит; 6-основание; 7-гибкая оболочка; 8-отверстие; 9-решетка;10-поплавок; 11- штанга

Принцип работы автоматического трубчатого водовыпуска основан на уравновешивании моментов относительно оси вращения от давления воды на щитовой затвор 2 и напорный щит 5.Управляющее усилие создается перемещением вверх или вниз поплавка 10, который вносит разбаланс в систему равновесия. При ходе его вверх (при повышении уровня) щитовой затвор 2 закрывается, а в противоположном случае открывается. Поэтому с целью снижения управляющего усилия автоматический трубчатый водовыпуск должен быть рассчитан таким образом, чтобы моменты от давления воды на щитовой затвор и напорный щит 5 были равны между собой. Это достигается подбором эффективной площади напорного щита 5 и размеров водовыпускного отверстия 8.

Предлагаемый регулятор имеет малое гидравлическое сопротивление, а следовательно, и небольшие потери напора, что очень важно при малых перепадах уровней между старшим и младшим каналами.

Литература:

1.          Мелихов М. Н., Пахомов А. А. Автоматический трубчатый водовыпуск. /Авторское свидетельство № 1300427, заявка № 3975548.

2.          Мелихов М. Н. Учебное пособие Автоматизация водораспределения на оросительные системы / Волгоград, 1999. — 72 С.