книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

(работы Ш. С. Бобохидзе, И. Б. Хамадова, А. С. Лугового, А. И. Авдеева, П. И. Андреева и др.). Большинство из соз­ данных средств автоматизации предстваляют стабилизирую­ щие устройства устанавливаемые на отводе, что применитель­ но к каналам предгорной зоны требует создания подпора, обеспечиваемого, например, водосливной стенкой, как это имеет место в стабилизаторе расхода, разработанного нами совместно с А. С. Луговым или устройством излома дна ка­ нала для обеспечения командования, как это имеет место, например, в стабилизаторе А. И. Авдеева и др. Интересное и оригинальное решение предложено Ш. С. Бобохидзе — ста­ билизатор типа «Донный отсекатель» или развитие этого решения — стабилизатор П. И. Андреева. Но применение этих стабилизаторов требует высокой кинетиечской энергии, что ограничивает применение их каналами в основном горной зоны.

Поэтому нами сделана попытка разработать стабилизатор, позволяющий равнозначно применять его как на каналах горной, так и предгорной, зоны, устраняющей необходимость создания подпорного сооружения.

Нами разработан и предлагается донный стабилизатор расхода, сочетающий в себе функции подпорного сооружения

1. Направляющие водосливные стенки. Выполняются из бетона. Предназначены для сосредоточения расхода канала (величиной не менее Q 0TB маКс ) в направлении стабилизи­ рующего устройства, со сбросом излишков через кромки сте­ нок и самого стабилизирующего устройства 2;

2.Стабилизирующее устройство, представляющее собой коробчатый щит, вставленный наклонно (по направлению потока) в пазы водосливных стенок 1. Щит имеет раму, жест­ ко соединенную с щитом и винт подъемника.

3.Подъемник. Привод может быть ручным, механическим или иным.

4.Служебный мостик.

5.Отвод, устраиваемый под дном старшего канала. Стабилизация расхода обеспечивается за счет изменения

коэффициента расхода отверстия отвода обратно пропорцио­ нально! Н (Н — полный напор над отверстием).

Особенностью предлагаемого стабилизатора, его принци­ пиальным отличием от всех существующих и предложенных,

112

является устройство стабилизирующего элемента, сочетающе­ го в себе стабилизатор уровня (с определенным колебанием уровней) и стабилизатор расхода. Причем стабилизация уров­ ней еще решается при помощи водосливных стенок. Положи­ тельным является то, что степень подпора верхнего бьефа здесь регулируется. Чем больше открытие щита, тем более подпор, и наоборот. Этим самым обеспечивается одинаковый минимальный напор над отверстием и при закрытии отвер­ стия наоборот ликвидируется подпор над отверстием, что на наш взгляд выгодно отличает его от других стабилизаторов расхода применительно к рассматриваемым каналам.

Для проектирования, выбора оптимальных параметров необходимо установление аналитических зависимостей между конструктивными и гидравлическими элементами.

Как видно из описания, стабилизатор расхода включает два элемента: водосливные стенки, стабилизирующее устрой­ ство. Следовательно, необходимо дать гидравлическое обосно­ вание параметров каждого из приведенных эелементов. Рас­ смотрим здесь основные положения гидравлического обосно­ вания параметров.

1. В о д о с л и в н ые с т е н к и I.

Как видно из описания конструкции, водосливные стенки 1 в комплекте со стабилизирующим устройством 2 (наклон­ ный коробчатый щит) представляют полигональный в плане водослив (при полностью открытом щите 2), а при закрытом щите 2 работают раздельно две стенки и прямоугольный ло­ ток между этими стенками. Следовательно, здесь необходимо рассматривать два случая истечения:

1. Истечение при полностью открытом щите-2. В этом слу­ чае имеет место истечение через полигональный в плане во­ дослив, расчитываемый на пропуск сбросного расхода по ка­ налу Qc6p макс к нижележащим сооружениям водораспределения (если сооружение концевое, то QC6P = 0) при допусти­ мом колебании уровня воды перед стабилизирующем устрой­ ством Ah задается из условия обеспечения требуемой точнос­ ти стабилизации расхода воды (ошибка не более ± 5% от минимального расхода отвода).

Расчетная формула водослива в этом случае запишется как для любого полигонального в плане водослива отвода.

Qc6P=m 0(2dкос bкос + ЬМ|>+ 2Ьв о к ) 2g Ah:il2, (l)

где: Ькос, ЬП[,, Ьбок — длины косых, прямого и боковых участ­ ков водослива:

114

зК0С— корректив, учитывающий изменение коэффициента расхода на косину водослива с учетом заложения откоса канала;

Ah— геометрический напор, задаваемый с учетом изло­ женных выше соображений.

В приведенной офрмуле b пр принимается не более ширины канала по дну. Наименьшее ее знаечние определяется из уче­ та пропуска максимального расхода воды в отвод при пол­ ностью поднятом щите 2 и пропуска всего расхода канала через боковые стенки и прямоугольный лоток при полностью закрытом щите 2. Остальные длины ( Ь КОс и Ьбок) опреде­ ляются из формулы (1) по известным Q сбг, и Ah.

2. Истечение при полностью закрытом щите 2. В этом слу­ чае расход канала проходит частично через боковые водо­ сливные стенки, частично через прямоугольный лоток, обра­ зованный боковыми водосливными стенками и работающий как водослив с широким порогом. Тогда весь расход истече­ ния, равный расходу канала Q0 запишется в виде

Q o = m o n p b n p T A - Т 2 (пгокосЬ кос "ТтпобокЬбок) 2 g A l H b ( 2 )

где гпоЩ1, гпокос, т о б о к — коэффициенты расхода элементов водослива (с широким порогом, с косого, бокового

ис тонкой стенкой);

Н— напор на водосливе с широким порогом, т. е. в прямоугольном лотке, принимается равным напол­ нению в канале с учетом подпора, о чем ниже;

Здесь hB— высота водосливных стенок, определяемая с уче­ том стабилизации расхода, о чем изложено ниже:

При расчете водосливных стенок 1 параметры их опреде­ ляются по одной из приведенных формул и уточняются по другой. При этом длина боковых стенок должна быть не короче длины, определяемой по конструктивным соображе­ ниям из условия расположения наклонного коробчатого щита. Для исполнения принимаются максимальные значения пара­ метров элементов водослива.

II. С т а б и л и з и р у ю щ е е у с т р о й с т в о . Стабилиза­ ция расхода, как указывалось выше, обеспечивается за счет

изменения коэффициента расхода истечения из-под наклонно- ю щита при изменении уровня воды в верхнем бьефе. Исте­ чение принимается свободным, обеспечиваемым параметрами отвода. Расход истечения из-под наклонного щита будет ра­ вен

Как видно из формулы (5) для обеспечения Q отв = const необходимо, чтобы

Из формулы (6) видно, что для обеспечения Q0TB= Const необходимо, чтобы щ /йд = const. Это можно обеспечить, если

ц изменяется обратно пропорционалньо ] / Ьд, т. е. по степенпоной функции, из анализа которой видно, что условия ста­ билизации добиться тем труднее, чем меньше Ьд и наоборот.

Следовательно, при проектировании необходимо обра­ щать одно из главных вниманий на выбор начального значе­ ния напора Нщшш, обеспечиваемый водосливными стенками в комплексе со щитом 2.

Зная величину Н1Д мин конструктивно можно определить высоту водосливных стеиок «р» по формуле:

116

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СТАБИЛИЗАЦИИ УРОВНЕЙ ВОДЫ

С ПРЯМОДЕЙСТВУЮЩИМ КОРРЕКТОРОМ НА ИРРИГИЦИОННЫХ ОБЪЕКТАХ

Д. т. н. проф. БОЧКАРЕВ Я. В., к. т. и. доцент ПАЛЬКО В. С.

Для автоматизации перегораживающих и сбросных соору­ жений на каналах с малыми уклонами разработан III сег­ ментный вододействующий затвор-автомат с корректором положения прямого действия, который можно использовать для авторегулирования уровней воды верхнего и нижнего бьефов.

Встатье рассматривается постановка задачи и методика решения оптимизации гидравлической системы авторегулиро­ вания уровней воды верхнего бьефа на ирригационных объектах.

Вкачестве регулятора рассматривается сегментный зат­ вор-автомат уровня воды верхнего бьефа с корректором пря­ мого действия III (рис. 1).

Управляемая система имеет' одну степень свободы. За обобщенную координату выберем угол а (рис. 1). Оси коор­

G] ■— вес затвора; G2— вес корректора; G3 — вес балансира.

Для простоты вычислений точки А, В, С лежат на одной прямой, ао — угол между осью ОУ и ОА в закрытом положе­ нии затвора (см. рис.1).

Составим уравнение движения в форме Лагранжа. Для рассматриваемой системы уравнение Лагранжа имеет вид:

Где: Т(а) и П(а) — кинетическая и потенциальная системы; Qa — обобщенная сила, порожденная управ­

лением.

За управляющую функцию примем силу давления воды F(t), которая действует перпендикулярно на радиальную плоскость корректора, погруженного в воду.

Выразим координаты точек (см. рис. 1).

118

тП7Л }//> }? Л //7 Г т Л т У /7 7 7 /Н 7 7 7 ? 7 т 7 777Г;7?Т/7Г/7?7'/? т У 7 //7 /, W777777777

Рис. 1. Рассветная схема корректора прямого действии.

Тогда кинетическая энергия управляемой системы:

Потенциальная энергия управляемой системы:

Пс = —(G1/1 + G2 / 2 + G3 /3 ) -cos(a + ao)

Обобщенная сила определяется по формуле:

Где: Fjr.=Fcosa ' Fy = Fsina

Подставляя значения F*., Fy в З7, получим:

Внося полученные выражения в уравнение Лагранжа, по­ лучим дифференциальное уравнение движения системы:

Уравнение (57) нелинейное и в первом приближении при­

рости а и, чтобы функционал (8) принимал возможно мини­ мальное значение.

120