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

 

 

Як засоби автоматизації водорозподілу на зрошувальних і водорегулювання на осушувально-зрошувальних системах при витратах до 74 м3/с використовуються гідравлічні регулятори. Від регуляторів загальнопромислового призначення вони відрізняються тим, що переміщення регулюючого органа відбувається за рахунок енергії водного потоку.

За принципом роботи гідравлічні регулятори поділяються на регулятори прямої і непрямої дії. У регуляторах прямої дії енергія вимірювального пристрою (поплавка) безпосередньо або через систему важелів використовується для переміщення регулюючого органа. У регуляторах непрямої дії відхилення регульованої величини від заданого значення аналізує елемент порівняння і керує рухом води через спеціальну камеру. Зміна маси води в камері або тиску в ній впливає на положення регулюючого органа,

У даний час відомо багато конструкцій гідравлічних регуляторів, що відрізняються принципом роботи, законами регулювання, вимірювальними перетворювачами та ін.

Розглянемо найбільш типові регулятори, а також наведемо розрахунки основних параметрів і законів регулювання.

 

 

В таких регуляторах регулюючі органи виконані у виді сектора, сегмента, дискового затвора, клапана, циліндра тощо. Принцип їхньої роботи оснований на зрівноважуванні моментів або сил, що діють на рухому систему поплавок — регулюючий орган.

Іноді до регуляторів прямої дії відносять гідравлічні затвори, для яких властиве самовирівнювання. Таким затвором є Г-подібний клапанний затвор (рис. 7.1). Якщо знехтувати тертям у підшипниках, то положення затвора визначається рівністю моментів сили гідродинамічного тиску води і маси клапана з балансиром.

Момент сили гідродинамічного тиску води

 , /7.1/

де Fг - рівнодіюча сила, зумовлена гідродинамічним тиском води на полотнище затвора; l - відстань від напрямку дії сили Fг до осі обертання. 

 

Рис. 7.1. Г-подібний клапанний притулений затвор.

 

Значення Fг і l залежать від кута відкриття затвора α і рівня води у верхньому б'єфі Нв, тобто  .

Момент від маси затвора   залежить від сумарної маси затвора і положення його центра ваги, який також залежить від кута відкриття α. Тому   

Принцип дії затвора полягає у наступному. При підвищенні рівня води у верхньому б'єфі або збільшенні витрати збільшується сила гідродинамічного тиску Fг і рух непідтопленого затвора буде описуватись рівнянням

 , /7.2/

де J — момент інерції затвора відносно осі обертання.

Із рівняння /7.2/ слідує, що при збільшенні рівня води у верхньому б'єфі збільшується М1 і затвор починає повертатися з прискоренням. В міру відкриття М2 зростає, витрата збільшується, рівень води починає падати, зменшується М1, і відкриття затвора сповільнюється. За рахунок дії цих факторів досягається ефект самовирівнювання. Новий стан рівноваги настає при рівні у верхньому б'єфі трохи більшому початкового й іншому значенні кута відкриття α.

При зниженні рівня води М1 стає менше М2 і затвор починає прикриватися з уповільненням. Новий стан рівноваги настає при меншому значенні α і рівні у верхньому б'єфі трохи нижчому початкового значення. Необхідний рівень води у верхньому б'єфі встановлюють шляхом зміни маси балансира.

Г-подібні затвори призначені, в основному, для гірських водозабірних вузлів, тому що вони забезпечують зміну витрати в широких межах при незначному коливанні рівня води у верхньому б'єфі.

 

Рис. 7.2. Водовипуск із циліндричним регулятором прямої дії.

 

На трубчатих водовипусках при гідравлічних перепадах більших 0,7 м широко застосовують циліндричні регулятори рівня прямої дії (рис. 7.2). Такий регулятор з витратою до 10 м3/с складається з коліна з направляючим конфузором 10, запірного тонкостінного циліндра 6, що виконує роль регулюючого органа, коромисла 5 і поплавка 3. У нижній частині циліндра знаходиться діафрагма 7 з отвором в центрі, що виконує роль демпфера. Відбивач зонтикового типу 8, прикріплений за допомогою стійок до фланця конфузора, збільшує коефіцієнт витрати регулятора за рахунок зміни напрямку вихідного потоку. Гумовий ущільнювач 9 створює необхідну герметичність у закритому стані регулятора.

Зверху поплавок має привантажувальну камеру 4, яка по спеціальному трубопроводу наповняється водою, коли рівень верхнього б'єфа досягає аварійного значення  . При наповненні камери водою маса поплавка збільшується і регулятор відкривається, забезпечуючи аварійне скидання води. Після аварійного скиду води вода з камери 4 виливається через невеликий отвір і, коли вона витече, регулятор знову перейде в режим стабілізації рівня у нижньому б’єфі. 

Поплавкова камера 2 зв'язана з нижнім б'єфом трубопроводом 11, а з верхнім - підвідною трубкою 12. На трубопроводі і на підвідній трубці встановлені вентилі, призначені для ручного керування. Необхідний рівень води в нижньому б'єфі задається шляхом зміни довжини гнучкої підвіски поплавка.

Циліндричні регулятори прямої дії досить прості за будовою і надійні в роботі. Однак вони не забезпечують високої точності регулювання. Щоб її підвищити до 0,1...0,15 м, використовують циліндричний регулятор непрямої дії.

 

 

У регуляторі непрямої дії (рис. 7.3) поплавкова камера 2 відділена від нижнього б'єфа і з'єднана тонким трубопроводом 1 з верхнім б'єфом. Поплавкова камера піднята над рівнем нижнього б'єфа і має