Лекція 4. Автоматизація осушувально-зволожувальних систем з трубчастим дренажем. Оптимальне за швидкістю керування водним режимом.

Переведення системи при випаданні значних опадів в режим осушення в залежності від рівня ґрунтових вод супроводжується перезволоженням кореневмісного шару ґрунту на час, рівний підйому рівня ґрунтових вод від початкового значення до відмітки zс. Цей час можна значно зменшити, якщо переведення здійснювати в залежності від кількості опадів згідно алгоритму /1/. У цьому випадку замість мікроконтролера треба використати мікропроцесор, а ще краще персональний комп’ютер, що дозволить мати постійну інформацію про рух грунтових вод і рівні води в каналах.

Система керування передбачає захист від переповнення каналів в аварійній ситуації. При досягенні водою відмітки Нmax мікроконтролер подає сигнал на відкриття затвора стоку і одночасно може передаватись аварійний сигнал по лінії телемеханіки. Передбачена також посилка аварійного сигналу при зниженні рівня грунтових вод до мінімального значення zmin. Це дозволяє запобігти розвитку аварійних ситуацій незалежно від причин їх виникнення.

В розглянутій системі керування затворами водоподачі і стоку здійснюється за допомогою гвинтових піднімачів. В якості електропривода піднімачів використовуються асинхронні короткозамкнуті двигуни, керування якими забезпечують типові станції керування (рис.10).

Станція дозволяє здійснювати місцеве ручне, дистанційне і автоматичне керування положенням затворів. Вибір способу керування здійснюється перемикачем SА. Положення Р відповідає ручному керуванню, положення А – дистанційному або автоматичному.

Місцеве ручне керування виконують за допомогою кнопочних вимикачів SВ1 і  SВ2, через які подається напруга на котушки магнітних контактів КМ1 і КМ2. Контактори вмикають електродвигун на піднімання чи опускання затвора. В крайніх положеннях затвора двигун вимикається автоматично шляховими вимикачами SQ1 і SQ2. Двигун також можна вимкнути кнопочним вимикачем SВ3.

При дистанційному керуванні сигнали, які передаються по системі телемеханіки, включають реле (на рис.10 вони не показані), контакти яких К1 і К2 вмикають кола котушок контакторів КМ1 і КМ2. В режимі автоматичного керування кола цих контакторів вмикають крнтакти КV1 і КV2, котушки яких включаються сигналами від мікроконтролера.

Рис. 10. Принципова електрична схема станції керування гвинтовим піднімачем.

 

Струмове реле КА в колі живлення обмотки статора  двигуна захищає його від роботи в стопорному (аварійному) режимі, який виникає при заклиненні затвора. В стопорному режимі в обмотках стоатора і ротора протікають струми, які перевищують номінальний струм в 5...7 разів. Великий струм зумовлює перегрівання обмоток і як наслідок - коротке замикання і вихід двигуна із ладу. Щоби цього не сталося, при струмі, більшому від номінального у 1,5...2 рази, спрацьовує реле КА, яке своїм розмикаючим контактом вмикає реле KV. Контакт КV цього реле відключає контактори КМ1 і КМ2, і двигун від’єднується від мережі живлення.

При пуску в обмотці статора також протікає великий струм і реле КА спрацьовує, але відключенню двигуна забороняє реле часу КТ, контакти якого на час пуску розмикають коло котушки реле KV. Після розгону двигуна струм в обмотці статора зменшується і реле КА розмикає свої контакти і схема знову готова до контролю стопорного режиму.

Двигун від перевантаження, яке може виникнути при збільшенні тертя в направляючих затвора, захищають теплові реле КК. Автоматичні вимикачі SF1 і SF2 захищають відповідно кола обмотки статора і схеми керування від коротких замикань. Вимикач SQ3 розмикає кола керування при переході на ручний привод гвинтового підіймача.

Описана система керування надійна в експлуатації і дозволяє регулювати рівень ґрунтових вод в межах 0,1 м при різних нормах осушення.

Безперервна система автоматичного регулювання рівня грунтових вод. При невеликих перепадах рівнів води в б’єфах   і витратах до 1м3/с в якості водовипускних споруд використовують гідравлічні регулятори непрямої дії, зокрема секторні регулятори зі змінною масою. На рис.11 наведена одна із конструктивних схем секторного регулятора, розроблена в УкрНДІГіМ. Цей регулятор дозволяє регулювати рівні води за верхнім або за нижнім б’єфами, а також забезпечує змішане регулювання.

 

Рис.12.  Принципові схеми секторного регулятора (а) і керуючого пристрою (б).

 

Секторний затвор 3 регулятора (рис.12) представляє собою частину циліндра, яка може повертатись відносно горизонтальної осі 2 і яка частково зрівноважується противагою 1. Порожнина затвора з’єднана гнучким гофрованим шлангом і трубою 5 з клапанною коробкою 14 давача рівня нижнього б’єфу. Окрім того, коробка 14 з’єднана через отвори 13 і колодязь з нижнім б’єфом, а також з’єднана трубою 15 з клапанною коробкою 7 давача рівня верхнього б’єфу. Отвори 13 і труба 15 дроселюються клапанами, які штангою 1 зв’язані з поплавком 12. Коробка 7 з’єднана з верхнім б’єфом через отвори 8, а з нижнім - через трубу 6. Клапани цієї коробки штангою 9 з’єднані з поплавком 10. Отвори 8 і 13, які знаходяться у верхніх частинах клапанних коробок, захищені від попадання в них плаваючого сміття сітками, які знімаються.

Секторний затвор виготовляють із листової сталі товщиною 2...4 мм і встановлюють на виході коридорного залізобетонного оголовка з донним порогом під кутом 15° відносно вертикалі.

Принцип роботи регулятора базується на рівновазі моментів сил, які діють на затвор:

 ,