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

  /7.14/

і сила тиску рідини в сполучній трубці на мембрану

  /7.15/

повинні знаходитися у співвідношенні

  /7.16/

де dn - діаметр поплавка; dм - діаметр мембрани; zм - максимальний перепад між мембранними клапанами; l1 i l2 — довжини пліч важеля; kg - коефіцієнт надійності, який, за даними П. І. Коваленка, приймають kg=l,l. З рівняння /7.16/ знаходять діаметр поплавка:

 . /7.17/

Для повного перекриття випускного отвору діаметр мембрани приймають dм=1,4d2.

Крім розглянутого регулятора рівня нижнього б'єфа, широко застосовуються також регулятори рівня верхнього б'єфа і змішаного типу, що відрізняються лише кількістю і місцем розташування вимірювальних пристроїв. Конструкція сектора залишається без зміни.

 

 

Для регулювання дренажного стоку на осушувально-зволожувальних системах з урахуванням інтенсивності опадів запропонований сифонний регулятор із пневматичним затвором (рис. 7.7). Будова регулятора наступна. Корпус 1 з'єднаний із сифоном 2 і 

 

Рис.   7.7.   Схема гідропневматичного регулятора.

 

вертикальною трубою 3, у якій знаходяться аераційна трубка 4 і трубка 5. На виходах трубки 5 встановлені клапани 9 і 14 та клапан 8 з мембранним приводом 6. На клапани 9 і 14 впливає шток 10, зв'язаний важелем 11 з поплавком 12 опадоміра 13. Клапан 8 встановлено на виході балона 7, наповненого стисненим повітрям. Труба 3 з'єднана трубкою 15 з горловиною сифона з прилаштованим рухливим рукавом 16. У водовипуску 17 установлений затвор у виді надувної камери 18. Регулятор встановлюють у колодязі на виході колектора закритої дренажної мережі.

Гідропневматичний регулятор відноситься до дискретних регуляторів і може працювати в трьох режимах: вільного й інтенсивного стоку та в режимі підпору.

Перехід регулятора з режиму стоку в режим підпору відбувається при випаруванні опадів з поплавкової камери опадоміра і опусканні поплавка 12, який через важіль 11 і шток 10 впливає на клапан 9. При відкритому клапані стиснене повітря з балона 7 через редуктор надходить у надувну камеру 18 і прямий водовипуск регулятора закривається. Коли тиск у камері досягне встановленого значення, мембранний привод 6 закриває запірний клапан 8 і вихід повітря з балона припиняється. Одного балона стиснутого повітря вистачає на весь сезон роботи регулятора.

При підвищенні рівня ґрунтових вод корпус 1 і труба 3 наповняються водою і кінець аераційної трубки занурюється у воду. При подальшому підвищенні рівня відбувається злив води через сифон. Якщо надходження води з дренажної мережі стає більшим, ніж її стік через сифон, то рівень у трубі 3 підвищується, сифон заряджається і витрата значно збільшується. При зниженні рівня нижче кінця аераційної трубки повітря через неї і сполучну трубку 15 попадає у горловину сифона, що призводить до зриву вакууму і припинення стоку.

Отже, регулятор включається при напорі в дренажній мережі, рівній відмітці гребеня сифона, і відключається при зниженні стоку до відмітки нижнього краю аераційної трубки, забезпечуючи цим стабілізацію напору в мережі в заданих межах. Зміну меж регулювання здійснюють переміщенням труби сифона й аераційної трубки.

Пропускна здатність регулятора в режимі сифона визначається аналогічно до пропускної здатності сифонної трубки і виражається залежністю

 , /7.18/

де μр - коефіцієнт витрати регулятора; dc - діаметр сифона; Нр - падіння напору в регуляторі.

У випадку випадання рясних або тривалих опадів поплавок опадоміра піднімається, шток впливає на клапан 14, що з'єднує камеру 18 з атмосферою. У результаті водозлив 17 відкривається, забезпечуючи форсований стік води з дренажної мережі. Цим запобігається підняття рівня ґрунтових вод при опадах вище норми осушення.

Експериментальним шляхом встановлено, що при напорі в дренажній мережі Нм=0,2...1,0 м герметичність закриття регулятора забезпечується при тиску в надувній камері Рк=0,2...0,4 м. невелике значення тиску Рк зумовлене тим, що напір у дренажній мережі притискає камеру до опори і стінок труби водовипуску, поліпшуючи герметичність.

Тиск повітря в балоні можна визначити  за  формулою

 , /7.19/

де k=1,3 - коефіцієнт запасу, що враховує витік повітря; n - число включень регулятора в режимі підпору; Vк і Vб - відповідно об’єми камери і балона.

При випаровуванні опадів з опадоміра регулятор переходить у режим підпору. Момент переходу регулюється положенням клапана 9 або довжиною штока 10.

В експериментальному зразку регулятора в якості клапанів використовували стандартні елементи пневмоавтоматики, а як запірний орган - камеру м'яча. Протягом двох років експлуатації експериментального зразка відмовлень у роботі не було.

Гідропневматичний регулятор відрізняється від інших регуляторів дренажного стоку високою швидкодією, що скорочує перезволоження ґрунту при рясних опадах і підвищує врожайність сільськогосподарських культур.

 

 

Через труднощі виміру витрати

 , /7.20/

де ω - живий переріз потоку; v - середня швидкість, гідравлічні регулятори витрати поки не використовують. Сталість витрати із трубчастих водовипусків у відкриті канали забезпечують регулятори рівня у водовипускних колодязях. Якщо рівень води в колодязі підтримувати постійним, то згідно (2.6) витрата через отвір сталого перерізу також буде сталою. Тому циліндричні, мембранні й інші регулятори рівня застосовують при автоматичному регулюванні витрати. Тут необхідна витрата задається переміщенням поплавка.

 

Рис.   7.8.   Схема   плаваючого водовипуску сталої витрати

 

Для стабілізації витрати на водовипусках безпосередньо з водойм або великих магістральних каналів використовують спеціальні споруди, що мають властивість саморегулювання, які іноді називають регуляторами витрати. Одною з таких споруд є плаваючий водовипуск (рис. 8). Він складається з колодязя 1, профільної труби 2, що може переміщуватися вздовж нерухомого стрижня 3, поплавків 4, лійки з трапецієвидними водозливами 5 і водовипускної труби 6.

Принцип роботи водовипуску заснований на сталій витраті через трапецієвидні водозливи і донну щілинну. Витрата трапецієвидних водозливів з тонкою стінкою

 , /7.21/

де n - кількість водозливів; b — ширина водозливу; Нв - напір на водозливі; μ - коефіцієнт витрати, рівний 0,42 при Нв=(0,1...0,3)м, є сталою, тому що плаваюча конструкція забезпечує Нв=const незалежно від рівня води у верхньому б'єфі. Величину витрати регулюють зміною положення трапецієвидних водозливів відносно рівня води.

Сталість витрати через донну щілину Qд=const забезпечується тим, що площа живого перерізу донної щілини обернено пропорційна  . Для цього необхідно, щоб при напорі Н<Нмакс діаметр профільної труби зі зміною Н змінювався за законом

  /7.21/

де d1 - діаметр труби при Н=Нмакс; d0 - діаметр отвору.

Витрату Qд рекомендують приймати (0,1...0,2) Qтв.. Розрахункова витрата водовипуска

  /7.22/

 

Знаючи Qp і зміну рівня води у верхньому б'єфі Нмакс-Нмін визначають розміри і число водозливів. При виборі розмірів лійки враховують, що відстань між трапецієвидними водозливами повинна бути більшою за ЗНв. За цієї умови верхні струмені при переливі через водозливи будуть зходитись нижче порога водозливу і підтоплення не буде. Необхідно, щоб висота труби була більше Нмакс-Нмін, а її діаметр повинен пропускати розрахункову витрату. Розміри поплавків визначає вага рухомих частин водовыпуску.

Крім плаваючого водовипуска застосовують також водовипуски, коефіцієнт витрати яких обернено пропорційний  .