Регулятор уровня воды нижнего бьефа
DOWNSTREAM WATER LEVEL REGULATOR

Изобретение относится к ирригационным системам и может быть использовано для регулирования уровня нижнего бьефа на канальных подпорных сооружениях, а также для регулирования уровня замкнутых искусственных водоемов мелиоративных систем (рисовых чеков, рыбовыростных прудов и т.п.).
Известно изобретение (авторское свидетельство SU 1041541 А, кл. G05D 9/02 - аналог), устройство для регулирования уровня воды в ирригационных системах, содержащее водовыпуск с установленной на нем цилиндрической камерой, связанной с затвором, выполненным в виде подвижного оголовка, диафрагму, поплавковый датчик уровня и клапан.
Недостатком известного устройства является то, что оно имеет длинные тонкие проводящие трубопроводы без фильтров подверженных засорению в ходе эксплуатации и конструктивно сложный поплавковый датчик уровня, оборудованный переключателем с гидравлико-механическим принципом управления потоком жидкости. Сложность поплавкового датчика снижает эксплуатационную надежность сооружения целом.
Наиболее близкими по технической сущности является «Устройство для поддержания уровня воды в ирригационных системах» (Авторское свидетельство: №441387, кл. Е02В 13/02/, 1976 г. - прототип), содержащее сквозной цилиндрический водовыпуск с подвижным оголовком с эластичным уплотнителем и цилиндрической замкнутой емкостью, управляемой на основе гидравлической связи через гибкий шланг и трубопровод поплавковым клапаном-датчиком, расположенным в нижнем бьефе сооружения и управляющей подачей воды через водовыпуск в нижний бьеф.
Недостатками конструкции являются:
- цилиндрический водовыпуск жестко закреплен нижней частью в бетонном фундаменте, что делает устройство непригодным для работы на сливных сооружениях, оборудованных затворами и значительно сужает спектр возможных случаев его практического применения;
- при малых перепадах воды на сооружении скорость наполнения и опорожнения управляющей замкнутой емкости будут выравниваться, особенно при частичном зарастании (засорении) соединительного шланга и трубопровода в период эксплуатации в теплый (вегетационный) период года. Это приведет к задержке управляющей емкости в нижней позиции, постоянной подаче воды в нижний бьефе через водовыпуск и, в следствие, к переполнению нижнего бьефа, т.е. к неустойчивому регулированию уровня.
Все вышеуказанные недостатки влияют на основные параметры характеристики работы устройства.
Техническим результатом является повышение работоспособности устройства и точности регулирования уровня воды и расширение спектра применимости устройства.
Для достижения технического результата, регулятор уровня воды нижнего бьефа включающий водовыпуск, подвижный оголовок, датчик уровня, трубу трубчатого регулятора, обеспечивающую переток воды из верхнего в нижний бьеф и систему реагирования на изменение уровня нижнего бьефа, согласно изобретению имеет систему дистанционного управления, состоящую из ультразвукового датчика уровня с программируемым контроллером с возможностью беспроводной передачи управляющего потока данных, а система реагирования на изменение уровня нижнего бьефа имеет компрессор и собственный контроллер и выполнена в виде управляющей камеры с направляющей трубой установленной в нее с возможностью свободного перемещения и соединенной жестко с подвижным оголовком, при этом внутри управляющей камеры в верхней ее части вокруг направляющей трубы расположена и жестко присоединена к ней площадка над которой установлена воздухонаполняемая эластичная емкость, сообщенная с компрессором, обеспечивающим ее наполнение и опорожнения, управляемым собственным контроллером в соответствии с управляющим сигналом системы дистанционного управления.
Новизна заявленного предложения заключается в том, что в результате использования новой совокупности конструктивных признаков, включающей закрепленный на затворе сетевого ГТС водовыпуск, воздухонаполняемую эластичную емкость, компрессор, контроллер компрессора, контроллер и датчик уровня воды нижнего бьефа обеспечивается повышение надежности, и точности регулирования и расширение спектра применяемости устройства.
По данным патентной и н.т.литературы не обнаружено аналогичное техническое предложение, что позволяет судить об изобретательном уровне предложения.
Заявленное техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленной применимости», т.к. может быть использовано для регулирования уровня воды нижнего бьефа в составе подпорных регулирующих сооружений для широкого спектра мелиоративных каналов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фигуре 1 представлена конструкция регулятора уровня воды нижнего бьефа, на фигуре 2 показано состояние регулятора уровня воды нижнего бьефа и его конструктивных элементов в режиме подачи воды в нижний бьеф, на фигуре 3 показано состояние регулятора уровня воды нижнего бьефа в режиме форсированного наполнения нижнего бьефа.
На графических материалах для большей ясности представлены только те детали, которые необходимы для понимания сущности изобретения, а сопутствующие элементы, хорошо известные специалистам в данной области, не представлены.
Регулятор уровня воды нижнего бьефа содержит водовыпуск 1, выполненный виде изогнутой под углом 90° металлической трубы, закрепленный на глубинном плоском скользящем затворе 2 (далее затвор 2) стандартного водопропускного гидротехнического сооружения - регулятора трубчатого, выполняемого для мелиоративных систем по типовым проектам. Затвор 2 может находиться в нижнем закрытом положении (фигура 1, 2), верхнем открытом положении (фигура 3) или частично открытом положении (в составе графической части не показано). Степень открытия затвора 2 регулируемая вращением винта 3 распложенного в верхней части стандартной конструкции прислонной рамы 4. Прислонная рама 4 закреплена на оголовке 5, который является элементом стандартной типовой конструкции регулятора трубчатого. Водовыпуск 1 содержит в верхней части затвор в виде кольцевого водослива, выполненный в виде подвижного оголовка 6 (выполненного из пеноматериала в жестком корпусе), соединенный эластичной сильфонной трубой 7 и направляющей трубой 8 с управляющей камерой 9. Управляющая камера 6 является жестким металлическими коробом цилиндрический формы, в верхней части которого выполнена прорезь круглой формы для входа направляющей трубы 8, а в нижней части выполнена круглая прорезь, соответствующая внешнему диаметру трубы водовыпуска 1. Управляющая камера 6 жестко присоединена к трубе водовыпуска 1 (электросваркой). Внутри управляющей камеры 9 к направляющей трубе 8 с жестко прикреплена площадка 10 (выполненная в виде круга с центральной прорезью для направляющей трубы 8). Над площадкой 10 размещена воздухонаполняемая эластичная емкость 11, соединенная воздуховодом 12 с компрессором 13. Компрессор 13 оборудован управляющим программируемым контроллером 14.
В нижнем бьефе сооружения на расстоянии от выхода трубы 15 (которая является стандартным элементом типовой конструкции регулятора трубчатого и обеспечивает пропуск расчетного расхода воды в данном узле мелиоративной системы), обеспечивающем отсутствие волнения водной поверхности расположен ультразвуковой датчик уровня 16. Ультразвуковой датчик уровня 16 оборудован программируемым контроллером 17. Ультразвуковой датчик 16 и контроллер 17 составляют систему дистанционного управления. Компрессор 13, контроллеры 14, 17 оборудованы автономными источниками питания (аккумуляторы + солнечные батареи). Беспроводная передача управляющего потока данных между контроллерами может выполняться с использованием радиочастот ISM диапазона (1-й вариант) либо с использованием GSM технологий (2-й вариант).
Регулятор уровня воды нижнего бьефа работает следующим образом.
заданный
допусхимый
min
допусхимый
max
Ультразвуковой датчик уровня 16 измеряет текущее положение уровня нижнего бьефа. Отклонение фактического уровня нижнего бьефа эксплуатационного (УНБ) контролируется контроллером 17 (Фигура 1). Если уровень нижнего бьефа достигает минимального допустимого значения (УНБ), то контроллер 17 передает управляющий сигнал контроллеру 14, который в свою очередь включает компрессор 13. Компрессор 13 нагнетает воздух по воздуховоду 12 в воздухонаполняемую эластичную емкость 11, которая наполняясь перемещает вниз площадку 10 и связанные с ней направляющую трубу 8 и подвижный оголовок 6. В результате подвижный оголовок 6 опускается ниже уровня верхнего бьефа и вода переливается через его верхнею грань в направляющую трубу 8 и по ней далее трубу водовыпуска 1, в трубу 15 и в нижний бьеф, т.е. начинается наполнение нижнего бьефа (Фигура 2). Когда уровень бьефа наполняется до максимального допустимого значения (УНБ) контроллер 17 передает сигнал контроллеру 14, который отключает компрессор 13. Компрессор 13 отключается и обеспечивает сброс давления воздуха из воздухонаполняемой эластичной емкости 11 в атмосферу. При этом емкость 11 уменьшается в размерах, а подвижный оголовок 6 всплывает за счет действия на него выталкивающей архимедовой силы и перекрывает поток воды в нижний бьеф. При необходимости форсированного затопления нижнего бьефа регулятор уровня воды может быть полностью выключен из рабочего режима путем поднятия водовыпуска 1 вместе со всеми с расположенными на нем элементами путем поднятия затвора 2 в верхнее положение (фигура 3). При этом полностью исключены все гидравлические сопротивление и поток беспрепятственно наполняет нижний бьеф через трубу 15. Опускание затвора 2 приведет регулятор уровня нижнего бьефа в рабочее положение и обеспечит контроль и поддержание уровня нижнего бьефа в пределах допустимых отметок.