Статический расчет авторегулятора

Цель расчета:

1. Определить основные параметры авторегулятора

2. Проверить работоспособность авторегулятора.

3. Определить время открытия и закрытия затвора авторегулятора.

Расчетная схема авторегулятора

Принцип работы авторегулятора

Авторегулятор предназначен для автоматического регулирования уровней воды, как в верхнем, так и в нижнем бьефах

1 – качающаяся призма, 2 – ось вращения, 3 – мембранные клапаны, 4 – трубопровод датчика уровня, 5 – поплавок датчика уровня

При срабатывании уровня воды (h) в нижнем бьефе поплавок датчика уровня (5) открывает мембранные клапаны (3), через открывшееся выходное отверстие (d₂) вода из камеры затвора (1) поступает в нижний бьеф. Масса камеры затвора без воды становится меньше гидростатического давления Р, действующего на нее со стороны верхнего бьефа. Под действием силы Р качающаяся призма (камера затвора) вокруг оси (2) открывается на угол . Вода с верхнего бьефа поступает в нижний бьеф. Поднявшийся вместе с уровнем воды в нижнем бьефе поплавок через трубопровод датчика уровня (4) мембранным клапаном (3) находящимся в камере затвора (1) закрывает выходное отверстие (d₂). Одновременно с этим через входное отверстие d₁ наполняется камера затвора. Под действием собственного веса и веса воды находящейся в камере затвора он закрывается. Так как общий вес камеры с водой становится больше силы Р.

Цикл работы авторегулятора заканчивается до следующего срабатывания уровня воды в нижнем бьефе ниже установленного h.

Порядок расчета

1.1. Принимаем высоту затвора (радиус очертания качающейся призмы)

R = H + 

Н – максимальная глубина воды в верхнем бьефе;

 – сухой запас.

1.2. Определяем ширину затвора в

где  – коэффициент скорости = 0,96

_в – коэффициент сжатия потока при истечении из под бокового зазора = 0,74

_max – площадь отверстия бокового зазора между затворами и поперечной стенкой сооружения, определяют по геометрической формуле для принятых обозначений

а_max = R sin

 – максимальный угол открытия затвора

 – угол, находим по рис.1

h_z – глубина потопления затвора, в данном случае = h.

1.3. Высоту порога С определяем по экспериментальной зависимости С 0,414 R

1.4. Определяем вес обшивки затвора

где _м – плотность металла = 7,85 т/м³;

t – толщина листового железа.

2. Для проверки работоспособности регулятора составляем уравнение моментов сил, действующих на подвижные части затвора, относительно оси вращения.

При наполненной камере водой затвор авторегулятора должен быть закрыт. Для этого случая уравнение моментов будет иметь вид

М_P  M_B + M_G.

М_P – момент от давления воды;

M_B – момент от веса воды находящейся в камере;

M_G – момент от веса авторегулятора.

.

При опорожненной камере затор авторегулятора должен быть открыт на максимальный угол поворота . В этом случае выполняется следующее условие:

М_P  M_G.

Если вес окажется большим, то вводится козырек снизу затвора для увеличения момента от давления воды, если вес окажется недостаточным, то вводится балластная нагрузка в емкости затвора.

3. Время открытия авторегулятора определяется временем опорожнения камеры затвора (схема 4). При подтопленном истечении время открытия равно:

определяем из уравнения наполнения камеры затвора при закрытом сливе:

где V_р.к – объем камеры затвора в нашем случае

₁, ₂ – коэффициент расхода отверстий, ₁ = ₂ = 0,62

Z – гидравлический перепад, Z = H – h

Н – напор над входным отверстием, в нашем случае Н = H

d₁, d₂ – диаметры входного и выходного отверстий.

Определением времени открытия и закрытия затвора заканчивается статистический расчет авторегулятора.

2. Расчет автоматического регулятора горизонта воды в чеке типа арг

Автоматический регулятор горизонта предназначен для регулирования и поддержания требуемого уровня воды в рисовом чеке.

Перед началом работы при отсутствии воды в чеке оператор установочным вентилем устанавливает высоту поднятия поплавка для каждого периода вегетации.

1 – трубы; 2 – крышка затвора; 3 – рычаг l₁; 4 – рычаг l₂; 5 – шарнир; 6 – поплавок.

По водовыпускной трубе (1) вода подается в чек. С повышением уровня воды в чеке поднимается поплавок, через систему рычагов l₁ (3) и l₂ (4) и шарнира (5) крышка затвора закрывается, пропуск воды в чек прекращается. В процессе срабатывания уровня воды поплавок опускается, через шарнир (5) рычаги l₁ (3) и l₂ (4) поднимаются, как показано пунктиром на рисунке, открывая крышку затвора, закрепленную на рычаге l₁ (3). Вода из водовыпускной трубы наполняет чек, поднимая поплавок, который по достижении заданного уровня через систему рычагов l₁ (3) и l₂ (4) закрывает затвор.

Порядок расчета

Расчет производят на случай отсутствия воды в чеке, что является самым трудным условием для работы авторегулятора.

Определяем необходимое усилие закрытия затвора

P = P₁ + G + f,

где Р₁ – результирующее давление на затвор со стороны оросителя, кг

G – масса поплавка

f – трение в шарнире. Коэффициент К = 1,2-1,4, тогда

Р = (Р₁ + G)  К

Результирующее давление определяем из условия максимального перепада

Р₁ =   Z  

где Z – разность отметок воды в оросителе и чеке, м. Н₁ – Н₂

 – площадь живого сечения водовыпускной трубы, м²

 – объемный вес воды, кг/м³

Диаметр поплавка Д_п определяется из условия

Р_п – подъемная сила поплавка

в – глубина погружения поплавка = 0,1 м.

Принимая подъемную силу поплавка равную усилению закрытия, определяем Д_п

Проверяем неравенство с практическим Д_п

Д_п = Д_п + 0,01

Для обеспечения герметичного закрытия затвора необходимо соблюдение условия

l₁ – рычаг – 3

l₂ – рычаг – 4

Первоначальная длина рычага l₂ =  + 0,02

где  внешний диаметр трубы  = d + 0,02.

При этом отношении система находится в состоянии неустойчивого равновесия, для герметичности закрытия затвора левая часть неравенства должна быть больше. Для этого длину рычага l₂ увеличиваем на 10 %

l₂ = l₂ + 10 %

Опять проверяем условие герметичности

3. Расчет авторегулятора Финке

r_п

Р

r_з

1 – полотно затвора; 2 – ось вращения; 3 – забральная стенка перегораживающего сооружения; 4 – консоль; 5 – противовес.

Авторегулятор Финке предназначен для регулирования уровня воды в верхнем бьефе.

При превышении уровня воды в верхнем бьефе заданного значения Н авторегулятор автоматически срабатывает.

Сила гидростатического давления Р, действующая на затвор со стороны верхнего бьефа с увеличением уровня воды в верхнем бьефе становится больше, чем вес противовеса G_п и вес затвора G_з. затвор (1) с жестко закрепленной под прямым консолью противовеса (4) вокруг оси вращения (2) открывается на угол . Уровень воды в верхнем бьефе принимает заданные значения, сила Р становится меньше силG_п и G_з, затвор закрывается.

1. Определяем силу гидростатического давления

2. Определяем координату центра давления

3. Определяем плечо силы

4. Определяем плечо приложения веса затвора

5. Определяем плечо противовеса

,

М_Р – момент силы Р = Р  r_p