СТАБИЛИЗАТОР РАСХОДА ВОДЫ

Полезная модель относится к гидротехнике и мелиорации и предназначено для стабилизации расхода воды при водоподаче из водоприемников водозаборных узлов, из неглубоких бассейнов суточного регулирования, из крупных каналов равнинной зоны, из бака воды на тепловозах, емкостей и т.п.
Известен стабилизатор расхода воды, содержащий затвор с ломанной по вертикали проточной полостью, образованной системой поверхностей соосно установленных цилиндров разной высоты и диаметра, основание полости затвора образовано соединенными с цилиндрами усеченными конусами. Затвор соединен с приводом управления и установлен на донном водовыпуске (авторское свидетельство 1335943 G 05 D 9/02, 1987 г. БИ №33, авт. Бочкарев Я.В.).
Недостатками устройства является высокая металлоемкость за счет устройства цилиндрического затвора с усеченным в основании конусом на всю высоту сооружения, введение дополнительно соосно расположенных цилиндров разной высоты, соединенных с усеченным конусом, и увеличение параметров сооружения за счет увеличения размеров стабилизатора.
Наиболее близким к предлагаемому является стабилизатор расхода воды, содержащий установленный на водовыпуске и соединенный с приводом цилиндрический затвор, выполненный ступенчатым и разделенный на проточные полости вертикально по диаметру расположенными пластинами, основание которого выполнено в виде усеченного конуса, а в основании вертикальных пластин закреплена горизонтальная пластина, снабженная трубкой срыва вакуума, причем
диаметр горизонтальной пластины меньше диаметра конического основания цилиндрического затвора (авторское свидетельство 1698877 G 05 D 9/02, 1991 г БИ №46, авт. Бочкарев Я.В.).
Недостатками данного устройства является высокая металлоемкость за счет устройства цилиндрического затвора с вертикальными пластинами проточных полостей, усеченным конусом и горизонтальной пластиной в основании вертикальных пластин из металла, устройства тяжелого подъемника и тяжести сил подъема, а следовательно, усложнение эксплуатации для управления стабилизатором расхода.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение металлоемкости стабилизатора расхода воды и постоянная загруженность всей рабочей поверхности горизонтальной пластины, за счет изменения конструкции цилиндра стабилизатора.
Технический результат достигается тем, что стабилизатор расхода воды, содержащий установленный на водовыпуске и соединенный с приводом цилиндрический затвор, выполненный ступенчатым и разделенным на проточные полости вертикально по диаметру расположенными пластинами, основание которого выполнено в виде усеченного конуса, а в основании вертикальных пластин закреплена горизонтальная пластина, снабженная трубкой срыва вакуума, причем диаметр горизонтальной пластины меньше диаметра конического основания цилиндрического затвора, причем у вертикально расположенных пластин выполнены окна, а оставшиеся участки пластин в несколько рядов выполнены наклонными и повернуты под острым углом к оси стабилизатора, образуя каналы для перепуска воды в соседние полости.
На фиг.1 представлен стабилизатор расхода воды. На фиг.2 - сечение стабилизатора по А-А.
Стабилизатор расхода воды состоит из цилиндра 1, пластины 2, усеченного конического основания 3, горизонтальной пластины 4, трубки срыва вакуума 5, стойки 6, водовыпуска 7, дискового клапана 8, штокового привода 9, продольного канала 10, перегородки 11, входа водовыпуска 12, рамы 13, служебного мостика 14.
Стабилизатор расхода воды содержит коробчатый моноблок, состоящий из цилиндра 1, выполненного ступенчатым и разделенным на проточные полости по диаметру вертикально расположенными пластинами 2, в основании которых закреплена горизонтальная пластина 4. Пластина выполнена в виде плиты и снабжена трубкой срыва вакуума 5 диаметром меньшим, чем диаметр усеченного конического основания 3, жестко закрепленного на стойках 6 подвижны в устоях сооружения на высоте а над водовыпуском 7. Под горизонтальной пластиной 4 стабилизатора, выполненной в виде плиты, установлен дисковый клапан 8 на штоковом приводе 9, при этом шток имеет дополнительный продольный канал 10 для срыва вакуума. Продольный канал выполняется или проточным внутри или проточным сбоку. Диаметр дискового клапана принимается не менее диаметра входа водовыпуска 12, привод 9 снабжен рамой 13, закрепленной на служебном мостике 14. Между цилиндром 1 и штоковым приводом 9 выполнены перегородки 11, установленные под углом к оси стабилизатора и расположенных на входе и выходе из канала.
max
Стабилизатор закреплен жестко на стойках неподвижно в устоях сооружения на высоте а над водовыпуском. Величина а принимается с учетом пропуска максимального расхода Q. При этом дисковый клапан 8 находится в верхнем положении.
расч
min
Стабилизатор расхода воды работает следующим образом. При уровне верхнего бьефа до Н≅Н (равного отметке кромки нижней ступени цилиндра моноблока 1) истечение происходит из-под конического основания 3 цилиндра 1. При этом коэффициент расхода μ кольцевой щели
рас
min
близко по величине  при Н≥Н≅Р, что обеспечивает Q≅const (с допустимой ошибкой ≤5%).
Действительно, если , то получим:
,
щ
где W=ab - площадь кольцевой щели, величина постоянная, т.к.
а - неизменная величина ввиду жесткого положения моноблока;
b - длина окружности внешнего конуса по кромке истечения из-под него, также величина неизменная,  - величина постоянная.
рас
mаx
По мере роста напора в верхнем бьефе Н коэффициент расхода μ начинает отклоняться от величины  (возрастает), но по достижению напора Н≅Н начинается перелив внутри цилиндра (его первой нижней ступени) и вода по полости внутри цилиндра, образованной разделительными пластинами, начинает поступать навстречу основному потоку, обеспечивая дополнительное, гидравлическое дросселирование и как следствие уменьшение коэффициента расхода, восстанавливая , с допустимой точностью. По мере дальнейшего роста напора произведение  будет возрастать и при достижении ступени цилиндра 1 отклонение  достигает предельно допустимого, но при дальнейшем превышении Н начинается перелив внутри цилиндра через следующую ступень, и вновь процесс восстанавливается, восстанавливая закон изменения  с допустимой точностью. Но при дальнейшем превышении Н начинается перелив через следующую ступень и вновь процесс стабилизации восстанавливается, т.е. вновь расход будет стабилизироваться с допустимой точностью вплоть до достижения Н.
mах
min
Число ступеней определяется требуемой точностью стабилизации. Применительно к мелиоративным объектам достаточно иметь 3-4 ступени, обеспечить при этом стабилизацию расхода с точностью ≤±5%. При этом допустимые колебания уровня, а следовательно, Н тем больше, чем больше H.
Изменение уставки расхода воды в предлагаемом стабилизаторе осуществляется изменением положения дискового клапана (ниже). Расход, отводимый в отвод, будет зависеть от величины открытия дискового клапана. Обозначим это открытие равным расстоянию от дискового клапана до отметки входа в отвод и обозначим его а' (на чертеже показана пунктиром открытие).
Обозначим длину диаметра дискового клапана b'. Тогда площадь открытия будет равна W=а'b' и расход отводимого расхода в отвод будет равен:
max
max
где μ' - коэффициент расхода истечения из-под дискового клапана есть величина, зависящая от a'. Q - есть расход, поступаемый из-под усеченного конического основания 3, так как его положение неизменно в силу жесткого моноблока, т.е. Q=const, то μ', а', b' постоянны для данного а', а следовательно, и Q'=const.
Применение предлагаемого устройства позволит получить большую экономию средств при изготовлении стабилизатора за счет снижения металлоемкости минимум на 50% по сравнению с прототипом. При применении перегородок вся поверхность горизонтальной пластины будет являться рабочей (загруженной).