Лекція 13. Автоматизація головних водозабірних вузлів

Якщо перетікаючий об’єм води з першої частини у другу разом з об’ємом, що надходить у б'єф за час регулювання при нульовому водозаборі більше резервного, то необхідно скидати надлишок води. Надлишку води не буде, якщо при   перевести регулятор на регулювання за верхнім б'єфом.

Перевагою регулювання з перетікаючими об’ємами є зменшення часу регулювання за рахунок більше швидкої реакції регуляторів на зміну водоспоживання і скорочення резервних об’ємів. Останнє зменшує будівельну глибину каналів. При   збільшення глибини б'єфа у два рази менше, ніж при регулюванні за нижнім б'єфом. Тому цю схему регулювання доцільно використовувати як при реконструкції неавтоматизованих систем, так і при проектуванні нових як найбільш економічну зі схем, що забезпечують водою споживачів за запитом. Її недолік – необхідність прокладки ліній зв'язку між давачами і регуляторами. Алгоритм керування   при обмеженні рівня верхнього б'єфа легко реалізувати за допомогою простого мікропроцесора.

 

Розглянуті вище системи водорозподілу засновані на використанні принципу регулювання за відхиленням: переміщення затворів перегороджуючих споруд здійснюється в залежності від відхилення рівнів від заданих значень в контрольованих створах. Загальний недолік цих систем – великий час регулювання, зумовлений нагромадженням або спрацьовуванням резервних об’ємів.

 

Рис. 13.11. Комбінована схема регулювання.

Скорочення часу регулювання призводить до зменшення резервних об’ємів і будівельної глибини каналів. Мінімальний час регулювання можна одержати при керуванні за збуренням. Основним збурюючим впливом у б'єфі каналу є порушення балансу між надходженням води у б'єф і витратою з нього. Для схеми, наведеної на рис. 13.11, збурення

 . /13.5/

При керуванні за збуренням положення затвора вище розташованої перегороджуючої споруди залежить від  . Коли приплив більше витрати ( ) затвор прикривається, а при   він відкривається. Аналогічно відбувається процес регулювання у всіх вищерозташованих б'єфах.

Для реалізації регулювання за збуренням необхідно витратомірами 3 з електричними вихідними сигналами виміряти витрати  , потім за допомогою суматора 2 обчислити   і вихідним сигналом суматора керувати регулятором 1. При електричних засобах автоматизації час регулювання дорівнюватиме часу послідовного переміщення вищерозташованих затворів, включаючи і головний, тому що запізнення між зміною витрати в б'єфі і початком переміщення затвора близьке до нуля.

Ця система підтримує баланс між витратою, що надходить у б'єф, і витратою з нього. Отже, об’єм води в б'єфах повинний залишатися сталим, як і рівні. Однак похибки вимірювання витрат, зміна фільтрації, випаровування, опади й інші фактори зумовлюють поступову зміну рівнів, що може призвести до переповнення або спорожнення б'єфа. Щоб цього не відбулося, схему регулювання за збуренням необхідно доповнити регулюванням за граничними рівнями. При досягненні максимального   або мінімального   рівнів, вимірюваних, наприклад, електродними давачами, регулятор переходить на регулювання за рівнем, незалежно від значення розбалансу. Така система регулировния називається комбінованою.

Комбінована система регулювання водорозподілом має мінімальний час регулювання, забезпечує зміну об’єму води в б'єфі в заданих межах, не вимагає влаштування скидних споруд і будівельна глибина каналу менше, ніж при регулюванні іншими способами.

 

До останнього часу гідравлічні засоби автоматизації водорозподілу, в основному, використовували в автономних системах стабілізації рівнів через обмежені можливості дистанційної зміни уставок регуляторів. Розробка регуляторів непрямої дії дозволила значно зменшити габарити і масу вимірювальних пристроїв і керувати ними на відстані за допомогою електричних засобів. При цьому необхідна електроенергія передається з пункту керування по провідних лініях зв'язку.

При гідравлічних перепадах більше 0,3 м і витратах до 75 м3/с застосовують секторні регулятори Маковського. Дистанційна зміна уставок забезпечується малопотужним електродвигуном (рис. 13.3). Ці регулятори застосовують для стабілізації рівнів верхнього або нижнього б'єфів, а також при змішаному регулюванні. Витікання води буває вільним або затопленим. Похибка стабілізації рівнів складє 0,015 м. Гідравлічний, пневматичний або механічний зв'язки вимірювального пристрою з затвором у секторних регуляторах обмежує область їх застосування. Щоб можна було використовувати секторні затвори в схемах регулювання з перетікаючими об’ємами або в подібних схемах, коли давач рівня розташований далеко від затвора, необхідно контрольований рівень перетворити в електричний сигнал і з його допомогою керувати положенням затвора.

На рис. 13.12 показана розроблена автором електрогідравлічна схема керування секторним затвором конструкції УкрНДІГІМ. Вона складається з давача 13, перетворювача безперервного сигналу давача у пропорційний за тривалістю імпульс напруги 12, фазового пристрою 11, електромагніта 9 і клапанної коробки 3.

В усталеному режимі клапани 1 і 4 закриті під впливом пружин 10 і 8. При зменшенні рівня сигнал з давача 13 зменшується і пропорційно-імпульсний перетворювач 12 формує імпульс додатної полярності, який діодним розподільником 11 направляється на верхню котушку електромагніта і викликає переміщення якоря вгору. Якір через шток 2 відкриває клапан 1 і вода із сектора витікає у нижній б'єф. Сектор легшає, відкривається, збільшуючи витрату у нижній б'єф. По закінченні імпульсу якір під впливом пружини 10 повертається у вихідне положення і клапан закривається. Потім наступає пауза. Якщо за час імпульсу і паузи, які повинні бути більшими часу добігання збільшеної витрати від затвора до місця установки давача, рівень відновиться не цілком, то перетворювач 12 виробляє