книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета
..pdfзакреплена на пластинке 25 соединяющей направляющие штоки 20, перемещающиеся в направляющих втулках 26.
Упор 27 служти для ограничения хода резинового клапа на 19 между трубопроводом и упором. Рабочее отверстие 28.
Принцип действия устройства основан на уравновешива нии моментов сил относительно оси вращения затвора — мо мента сил давления воды на напорную грань затвора М р момента от веса пустотелой емкости Ме момента от веса воды Мв в пустотелой емкости и момента от веса противовеса
Мпр— в любом положении и при определенном |
расчетном |
уровне воды перед ним, то есть, МР= М е+Мв±М„р |
(1) |
Знак плюс перед выражением МПР соответствует положе нию противовеса относительно оси вращения затвора, когда последний находится в правой стороне, знак минус — в левой (на рис. 1 показано пунктиром).
Для сохранения равенства моментов в динамике необхо димо, чтобы с открытием щита правая часть уравнения (1) уменьшалась в соответствии с уменьшением Мр. Это может быть достигнуто только изменением веса воды в пустотелой емкости и его плеча, так как остальные параметры постоян ны т. е.
М„=—Мс± М пр-|-Мр |
|
или, что одно и тоже |
|
' GB-/B= - G e-/e ± G np-/np+M p |
(2) |
где GB— вес воды в пустотелой емкости есть величина пере |
|
менная, зависящая от положения затвора. Сила |
веса воды |
играет уравновешивающую роль и величина ее |
зависит от |
соотношения моментов других сил; |
затвора до |
/н— расстояние от центра оси вращения |
|
центра тяжести силы веса воды в пустотелой ем кости;
Ge — вес пустотелой емкости; G np— пес противовеса;
/е, /пр,— определяются по геометрическим формулам и ясны из расчетной схемы, представленной на рис 2а;
181
fij
c o n s t
Рис. 2, Расчетная схема авторегулятора.
Мр — момент* силы гидродинамического давления воды на напорную грань затвора относительно оси вращения за твора, (величина его определяется по результатам исследова ний гидродинамического взаимодействия затвора с потоком), который здесь не приводится, как не относящийся к предмету
темы.
Процесс регулирования уровня воды верхнего бьефа протекает следующим образом. Пока нет воды или уровень ее в верхнем бьефе ниже уровня входа в трубопровод 17, затвор под действием разницы между моментами сил от весов противовеса 9 (который здесь является пригружающим балластом), пустотелой емкости 1 и моментом от силы давления воды на напорную грань 5 относительно осп вращения затвора 3 будет находиться в закрытом поло
жении.
Как только уровень воды в верхнем бьефе, а следователь но и в шахте 16 поднимается выше уровня входа в трубопро вод 17, вода по нему начнет поступать в пустотелую емкость 1 (рабочую камеру), а из последней сливаться через отвер стие 12, при этом приток поступающей воды больше чем отток, емкость будет наполняться.
При увеличении горизонта воды в верхнем бьефе момент от силы давления воды на напорную грань увеличивается и стремится к сумме моментов от противовеса 9, веса пустоте лой емкости 1 и воды в ней. При достижении водой ватерли нии поплавка, которая указывает на расчетный горизонт воды в верхнем бьефе, затвор находится в равновесном со стоянии, так как момент от силы давления на напорную трань уравновешен суммой моментов от веса противовеса 9, наливной емкости и воды в ней, при этом приток воды посту пающий через трубопровод 17 равен оттоку воды через сливное отверстие 12 (что достигается статическим и гид равлическим расчетом).
По мере повышения горизонта воды выше расчетного в верхнем бьефе, поплавок 21 под действием выталкивающей силы, действующей на него, начнет всплывать, а так как он жестко связан посредством элементов 22; 23; 24; 25; 20; 26; (см. подробное описание устройства) с резиновым клапа ном 19, то последний перекроет вход трубопровода 17 и до ступ воды в пустотелую емкость прекратится, а последняя будет опорожняться.
С уменьшением объема воды в пустотелой емкости 1 и увеличением силы давления на напорную грань 5, момент от
183
силы давления воды станет больше суммы моментов от про тивовеса 9, весов наливной емкости и воды в ней.
За счет возникшей разницы в моментах сил затвор подни мается и лишний расход начнет сбрасываться под напорную грань 1 в нижний бьеф сооружения. При этом горизонт воды
. в верхнем бьефе начнет падать, поплавок 21 опустится вместе с жестко соединенным с ним резиновым клапаном, тем самым создав доступ воды через трубопровод 17 в наливную ем кость 1;
Приток воды, поступающий через трубопровод 17 в налив ную емкость 1, станет больше чемотток из сливного отвер стия 12, что обусловит с одной-стороны наполнение наливной емкости^ а с другой — опускание затвора.
Равновесие системы будет при равных расходах водй: трубопровода 17 и сливного отверстия 12, а также при равен
стве |
моментов сил от |
гидродинамической |
силы |
давле |
ния |
воды действующей |
на напорную грань |
5 и |
суммы |
моментов от веса наливной емкости с водой и веса противовеса 9.
Процесс регулирования горизонтов воды верхнего бьефа вышеописанным образом будет проходить до тех пор, пока затвор не примет такое положение, при котором вектор силы тяжести противовеса не будет проходить через ось вращения затвора, что достигается при углах наклона напорной грани к вертикали в сторону нижнего бьефа близким к а = 35°40° (на основании исследований).
Во всем этом диапазоне работы устройства объем воды в пустотелой емкости 1 будет уменьшаться с увеличением рас хода воды в реке и, наоборот, при уменьшении — увеличи ваться.
При выше приведенных углах момент от силы веса проти вовеса будет равен нулю, (ввиду отсутствия плеча /ГП1). При этом равновесие системы будет осуществлено за счет равен ства моментов гидродинамической силы давления воды, дей ствующей на напорную грань 5 затвора, и от веса пустотелой емкости (весом воды в ней можно пренебречь, ввиду его ма лости). При угле наклона напорной грани к вертикали более приведенного выше, противовес 9 создает момент другого зна ка, который способствует открытию затвора, при этом момент от гидродинамической силы давления воды на напорную грань затвора резко уменьшается и при дальнейшем открытии стремится к нулю.
В этом режиме процесс регулирования протекает анало
184
гично выше изложенному с той лишь разницей, что к моменту гидродинамической силы давления воды, действующей на напорную грань затвора, прибавится момент от силы про тивовеса (тело его опускается в нишу 10), которые будут уравновешиваться моментом от весов пустотелой емкости ) и воды в ней.
Объем воды в пустотелой емкости все время будет увели чиваться с увеличением расхода воды в реке, и, наоборот.
Перестройка устройства на поддержание другого расчет ного уровня воды в верхнем бьефе сооружения осуществляет
ся путем изменения |
расстояния |
между |
резиновым клапа |
||
ном 19 и ватерлинией поплавка 21. |
|
рекомендуется при |
|||
Предлагаемая конструкция датчика |
|||||
значительной |
зоне |
нечувствительно авторегулятора |
(10— |
||
20 см). |
наносов попавших |
в пустотелую емкость |
про |
||
Промывка |
|||||
изводится за счет периодического полного открытия клапана 11, т. е. увеличением площади сливного отверстия 12.
Заметим при этом, что авторегулятор может быть легко перестроен на регулирование уровня нижнего бьефа путем устройства датчика (вместо датчиков верхнего бьефа приве денных выше) состоящего из поплавка находящегося в шах те, сообщающейся с нижним бьефом сооружения, гибкой связи соединяющей поплавок с поворотным лотком смонтиро ванным на диафрагме, а также трубопровода подающего воду из верхнего бьефа в поворотный лоток [3].
Для подтверждения теоретических предпосылок и конст руктивных разработок авторегулятора были проведены его испытания, которые их полностью подтвердили.
В настоящее' время данный авторегулятор внедряется на строящемся водозаборном узле р. Ак-Су в Московском райо не с расходом 20 м3/сек. и с поперечными размерами отверстия 3 х -1,5 м, напором перед затвором Н = 2,3 м.
|
|
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
1. |
Я. В. |
Б о ч к а р е в . |
Гидравлическая автоматизация горных водозабор |
|
ных узлов, г. Фрунзе, |
1969 г. |
|
2. |
Ф. А. |
Н и к и т и н а . |
Расчет щитов-автоматов горизонта верхнего бье |
|
фа системы Финке, труды САНИИРИ № 106, 1960, |
||
•1 Решение па выдачу |
авторского свидетельства но заявке № 1657874/29— 14 |
||
|
на имя Я. В. Бочкарева и А. И. Рохмана. |
||
ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ
К. т. и., доцент ГРАБОВОЙ И. И., инж. ВОЛЬФ Е. Г.
Выход параметров САР (технологического, силового, энер гетического, теплового и т. д.) за установленное техническими требованиями поле допуска соответствует состоянию отказа. В этом случае в качестве динамической характеристики на дежности целесообразно применять оценку обусловленную ошибкой САР и состоянием звеньев системы. Среднее значе ние квадрата ошибки е2 для стационарной системы с переда точной функцией W ( (ico) и входным возде[ктвием х(1) опре деляется по известному соотношению
' СО
S (<о) du |
|
|
|
Здесь Sy((o)— спектральная |
плотность |
выходного |
процесса |
y(t). |
|
|
|
Sy (со) = IW/ (ни) |2S r (m), |
|
||
где Sy (со) — спектральная |
плотность |
входного |
процесса |
x(t). |
|
|
|
Wt (ifij) — непрерывная передаточная функция на задан ном интервале времени 0 < t < т.
Замкнутая |
САР в процессе износа, |
старения, |
слу |
||
чайных отказов отдельных |
элементов |
и |
т. п. имеет, |
во |
|
обще говоря, |
непрерывную |
случайную |
передаточную функ |
||
цию, которая описываясь каноническим разложением может быть определена па основании использования выражения вида:
Таким образом, ошибка САР зависит от значения переДаточной функции системы и статистических оценок входных и выходных процессов. Следовательно, состояние системы в различные периоды времени может быть идентифицировано со средним значением квадрата ошибки. Для определения необходимо иметь реализации процессов при работе САР таких как перемещений, давлений и уровней жидкости, угло вых колебаний и т. д.
В данной работе приведены некоторые безуселительные схемы измерителей перемещении, которые используются авторами при установлении оценок надежности САР сельско хозяйственного назначения.
При разработке методики и схем исследования САР пред варительно устанавливаются возможные параметры измеряе мых процессов. Производится подбор датчиков, усилительной и регистрирующей аппаратуры, которые должны находиться в соответствии не только по точности измерения, но и по ста тическим и динамическим характеристикам.
Тщательный подбор аппаратуры существенно повышает точность эксперимента и достоверность полученных данных. Однако в реализациях процессов (усилий, перемещений, дав лений и т. д.) наряду с полезными сигналами содержатся различные помехи. Помехи могут содержаться как в сигнале, поступающем на вход преобразователя, так и возникать при его преобразовании. Основными источниками помех при экс плуатации САР сельскохозяйственного назначения являются различного рода вибрации, удары, забросы и непредвиденные колебания. Наличие помех затрудняет обработку реализации,
особенно машинным способом. |
Улучшение |
качества записи |
||||
реализаций |
и выделение полезного |
сигнала может |
быть |
|||
обеспечено |
при |
включении |
в |
измерительную |
схему |
|
фильтров. |
|
|
|
|
рассматриваемых |
|
Ввиду того, что полезные сигналы для |
||||||
САР мобильных |
агрегатов и |
гидротехнических сооружений |
||||
обычно распределены в полосе частот 0—15 гц, а помехи от десятков герц до килогерц, фильтрация сигналов произво дится обычно по спектрам частот с помощью фильтров верх них частот. Наиболее удобными и целесообразными являются
RC — фильтры. |
Преимуществом RC •— фильтров являются |
малые размеры, |
простота изготовления и наладки, малая |
чувствительность к посторонним магнитным полям и возмож ность их изготовления для работы в области самых низких частот.
187
188
Частота среза одной ячейки фильтра определяется по формуле:
160 ^ R C ’
где R и С — соответственно, сопротивление и емкость ячейки фильтра.
Амплатудная и фазовая частотные характеристики для одной ячейки фильтра определяются по следующим урав нениям:
1
А = / 1 +«-i)2R2C2
tgcp= —coRC
где А — относительное значение амплитуды сигнала на выхо де фильтра (отнесенное к амплитуде входною сиг нала),
ср — угол сдвига между фазами входного и выходного сигнала,
о) — круговая частота сигнала.
Предварительные расчеты и соответствующий подбор дат чиков, измерительной и регистрирующей аппаратуры облег чает настройку и отладку схемы.
Электроизмерительная схема измерительных узлов и ап паратура системы регулирования мобильного агрегаса (рис. 1)
включает датчики угловых перемещений |
типа |
ДОС-800А |
(2, 3, 9, 11) и датчика давления типа П-50 |
и П-80 |
(12). |
Характерным для датчиков типа ДОС-800А является то. что они с применением специальных приспособлений приме няются для регистрации линейных перемещений, преобразова ния их в угловые перемещения подвижного контакта. В дан ной схеме датчики ДОС-800А применяются для регистрации угловых поворотов направляющего колеса и перемещения штока гидроцилиндра, а также в качестве чувствительных элементов и датчиков обратной связи системы регулирования.
189
КО
о
Рис. 2. Схема измерения угловых персщеипй затвора гидротехнического сооружения.