Лекція 7. Гідравлічні регулятори. Регулятори прямої дії. Циліндричний регулятор непрямої дії. Регулятори мембранного типу. Регулятори секторного типу. Гідропневматичний регулятор. Регулятори витрати.

 

Рис. 7.5. Схема системи автоматичного регулювання рівня води у нижньому б'єфі з регулятором секторного типу.

 

призначена для збільшення піднімальної сили, що діє на затвор. Задаючим пристроєм є поплавок 6, закріплений на штоці 5.

Процес стабілізації рівня води у нижньому б'єфі протікає у такий спосіб. Якщо рівень у нижньому б'єфі знижується, то поплавок 7 разом з мембраною перетворювача 6 опускається і мембрана клапана 8 піднімається вверх, збільшуючи прохідний перетин отвору 9. У результаті цього із сектора витікає води більше, ніж надходить. Сектор стає легшим і піднімається, збільшуючи приплив води в нижній б'єф. При збільшенні припливу рівень підвищується, наближаючись до заданого значення.

При підвищенні рівня в нижньому б'єфі поплавок переміщується вверх, витрата води із сектора через отвір 9 зменшується і затвор опускається. Процес продовжується доти, поки приплив і витікання води із затвора не стануть рівними.

Вихідними даними для статичного розрахунку регулятора є розрахункова витрата Qp, максимальний Нв.макс і мінімальний Нв.мін рівні води у верхньому б'єфі, максимальний Нв.макс і мінімальний Нв.мін рівні води в нижньому б'єфі, ширина водозливу а і точність стабілізації рівня ±ΔН.

 

Рис. 7.6. Розрахункові схеми регулятора: а  -  при  відкритті  регулятора   і   Нн = 0;   б -  при відкритті  регулятора  і   мінімальних  рівнях  у  верхньому   і   нижньому   б'єфах.

 

На підставі цих даних вибирають висоту розташування осі регулятора Н0, висоту порога b і радіус сектора R. Інші параметри регулятора визначають на основі аналізу сил, що діють на сектор затвора в критичних режимах роботи, використовуючи відомі методики Е. Е. Маковського, Маті Біла, П. І. Коваленко.

У закритому стані (рис. 7.6, а) на сектор діють результуюча сила гідростатичного тиску Fг, зумовлена різницею рівнів води у верхньому б'єфі й у середині сектора, виштовхуюча сила герметичної камери Fк, маса затвора mз і маса води mв, що знаходиться у середині сектора. Силою тертя в підшипниках, звичайно, нехтують, а бічні тертя в конструкції притульного типу відсутні.

Максимальну висоту випускного отвору регулятора визначають за формулою

 , /7.3/

де μ — коефіцієнт витрати регулятора.

Максимальний кут відкриття регулятора αмакс знаходять  з рівняння

 

 , /7.4/

де α0 - кут нахилу напірної грані сектора у закритому стані затвора.

Щоб момент від ваги затвора при αмакс був найбільшим, повинна виконуватись умова

 ,/7.5/

де βц.т - кут центра ваги затвора, який обчислюють за відомими формулами.

Оскільки приймають  , то кут сектора 

 

 . /7.6/

Кут нахилу напірної грані α0 і секторний кут герметичної камери γ  можна визначити відповідно з умов відкриття регулятора при Нв.мін і  Нн=0 та при Нв.мін і  Нн=Нн.мін.

При  Нн=0, Fк=0 і mв=0 (рис. 7.6, а) умова відкриття регулятора приймає вид

 , /7.7/

 

де Fг1 - сила гідростатигного тиску, чисельно рівна площі трикутника АВС; l1 - віддаль від осі обертання до напрямку сили Fг1; l3 - віддаль від осі обертання до центра ваги затвора; k3=1,15 - коефіцієнт запасу.

Підставивши в рівняння /7.7/   і  , де  , одержують

 /7.8/

 

Із рівняння /7.7/ методом підбору можна знайти кут α0. При Нн=Нн.мін, (рис. 7.6, б) регулятор відкривається, якщо виконується рівність.

 , /7.9/

де   - момент сили тиску,який зумовлений різницею рівнів води у верхньому б'єфі й усередині сектора; ,Сн=Н0 -Нн.мін; Fк – виштовхувальна сила, чисельно рівна масі води в об’ємі герметичної камери; lк - віддаль від осі обертання до центра ваги фігури ABCD; γц.т - кут центра ваги фігури АВСD.

З рівняння /7.9/ знаходять кут γц.т. Секторний кут герметичної камери приймають γ=2 γц.т.

Щоб при Нн.мін герметична камера знаходилася під водою, висоту її передньої грані обчислюють за формулою

 . /7.10/

Кут нахилу площини камери до напірної грані регулятора приймають  .

При зміні рівня води у нижньому б'єфі кутове переміщення затвора  буде описуватись рівнянням

 ,/7.11/

де   - момент інерції затвора; М3 - момент від ваги затвора; Мв -момент від ваги води усередині затвора; Мг - момент сили гідростатичного тиску води; Мд - момент сили гідродинамічного тиску води; Мк - момент виштовхувальної сили герметичної камери.

Усі моменти залежать від кута відкриття α, a Мв ще і від маси води, що знаходиться в затворі. Тому представити рівняння /7.11/ в аналітичній формі не представляється можливим. У зв'язку з цим швидкодію регулятора приблизно оцінюють за часом заповнення об’єму сектора   через впускний отвір діаметром d1. Час заповнення обчислюють за формулою

  /7.12/

де μ1 - коефіцієнт витрати отвору; z - напір над вхідним отвором при Нв.макс.

Щоб при відкритому мембранному клапані час наповнення сектора і час витікання води з нього були однаковими, діаметр випускного отвору

  /7.13/

де μ2 - коефіцієнт витрати випускного отвору; zκ - напір над вихідним отвором.

Для підтримки рівня води в нижньому б'єфі з похибкою ±ΔΗ