Устройство для регулирования расхода воды
APPARATUS FOR WATER FLOW RATE REGULATION

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования подачи расхода воды на трубчатых и диафрагмовых водовыпусках.
Известен регулятор расхода воды (см. Пат. РФ №2519508, М.кл. G05D 7/01, 2014 г.), содержащий водовыпускную трубу прямоугольного сечения, формируемую гранями с седлом на нижней грани. Внутри водовыпускной трубы размещен запорный орган, выполненный в виде гибкой ленты, закрепленной одним концом к верхней грани водовыпускной трубы, а другим - к основанию седла на нижней грани. Гибкая лента образует с корпусом водовыпускной трубы управляющую полость с профилированным вырезом на задней грани. Регулятор также содержит мембранный корпус, полость которого соединена трубопроводом с верхним бьефом. Мембрана мембранного корпуса посредством штока с винтом уставки и пружиной соединена с гибкой лентой, закрепленной у верхней кромки профилированного выреза, используемого в качестве управляющего элемента слива из управляющей полости.
Однако известный регулятор расхода воды обладает невысокой надежностью в работе, особенно при воде повышенной мутности и не обеспечивает качественное регулирование расхода воды при широком диапазоне изменения уровня воды в верхнем бьефе.
Наиболее близким к изобретению является стабилизатор расхода воды (см. Пат. РФ №2559680, МПК G05D 7/01; F16K 7/17, 2015 г.), содержащий водовыпускную трубу прямоугольного сечения с седлом, перекрываемым запорным органом, выполненным в виде гибкой ленты закрепленной одним концом к верхней стенке водовыпускной трубы, а другим - к седлу в основании торцевой стенки водовыпускной трубы и образующей с корпусом водовыпускной трубы управляющую полость, сообщенную с верхним бьефом и снабженную каналом для слива, на котором установлен клапан, соединенный штоком с мембраной мембранного корпуса, полость которого сообщена с верхним бьефом, порог, расположенный на грани седла со стороны верхнего бьефа, выполненный в виде водослива с вакуумным криволинейным профилем и повернутым в сторону контакта с гибкой лентой и с высотой тем больше, чем больше жесткость гибкой ленты.
Недостатком известного технического решения является то, что при работе на воде повышенной мутности в управляющей полости происходит выпадение наносов, утяжеляющие запорный орган, что снижает надежность его работы и не обеспечивает качественные показатели регулирования.
Техническим результатом является повышение надежности, при работе на воде повышенной мутности, с сохранением возможности обеспечения повышенной точности при регулировании расхода воды.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для регулирования расхода воды, содержащем водовыпускную трубу прямоугольного сечения с седлом, перекрываемым запорным органом, выполненным в виде гибкой ленты закрепленной одним концом к верхней стенке водовыпускной трубы, а другим - к седлу в основании торцевой стенки водовыпускной трубы и образующей с корпусом водовыпускной трубы управляющую полость, сообщенную с верхним бьефом и снабженную каналом для слива, на котором установлен клапан, соединенный штоком с мембраной мембранного корпуса, полость которого сообщена с верхним бьефом, порог, расположенный на грани седла со стороны верхнего бьефа, выполненный в виде водослива с вакуумным криволинейным профилем и повернутым в сторону контакта с гибкой лентой и с высотой тем больше, чем больше жесткость гибкой ленты согласно изобретению, часть гибкой ленты, расположенной над седлом, армирована металлическими уголками, установленные горизонтальными полками поперек ее длинной стороны, с шагом, обеспечивающим жесткость гибкой ленты, при этом между металлическими уголками последовательно расположены ряды ламелей с зазором между ними, концы ламелей со стороны верхнего бьефа жестко соединены с вертикальной полкой соответствующего металлического уголка, а противоположные их концы для соединения с вертикальной полкой последующего металлического уголка имеют гибкие связи с уменьшающейся длиной от одной ламели к другой с образованием уклона в сторону канала для слива, причем концы ламели последнего металлического уголка не закреплены у основания торцевой стенки водовыпускной трубы, при этом все ламели, кроме последних, расположенных у канала для слива, имеют поплавки по краям их коротких сторон, а наружные длинные стороны ламелей, расположенные у боковых сторон водопропускной трубы, кроме ламелей, расположенных у канала для слива, также имеют поплавки и боковые гибкие шторы высотой, закрывающей пространство между ламелью и гибкой лентой, а со стороны верхнего бьефа расположена дополнительная общая штора, закрывающая края всех первых ламелей с высотой, перекрывающей внутреннее пространство между ламелями и лентой.
Новизна заявленного технического решения заключается в том, что в устройстве, внутри управляющей полости, к полке первого уголка, со стороны верхнего бьефа, расположенной перпендикулярно плоскости гибкой ленты, закреплены ламели, каждая ламель имеет поплавковую систему, кроме последних расположенных у канала для слива, включающую два поплавка по краям коротких сторон, а также поплавки по длинным сторонам ламелей, но только у расположенных у боковых стенок водовыпускной трубы, края ламелей, по короткой стороне, первых расположенных со стороны верхнего бьефа, закреплены за полку первого уголка перпендикулярную плоскости ленты на гибких связях, причем длина каждой гибкой связи одинаковая и наибольшая, по отношению к остальным, когда каждая последующая гибкая связь с последующими уголками и ламелями меньше предыдущей для обеспечения уклона в сторону водовыпускного канала, на каждой плоскости, формируемой совокупностью ламелей расположенных между близь лежащими уголками, концы первых ламелей крепятся к полке уголка перпендикулярной ленте последующего уголка, к этому же уголку, но к полке параллельной ленте крепятся гибкие связи начала следующих ламелей, и так до последнего уголка, где к полке уголка перпендикулярной ленте крепятся и крайние гибкие связи и крайние ламели, при этом к краям длинных сторон ламелей, расположенных у боковых стенок регулятора, кроме расположенных у водовыпускного канала, крепятся гибкие шторы высотой закрывающей пространство между ламелью и гибкой лентой, а со стороны верхнего бьефа находится общая штора, объединяющая края всех ламелей, высотой перекрывающей внутреннее пространство между ламелями и лентой.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен разрез общего вида устройства регулирования расхода воды при закрытом седле; на фиг.2 - изображен разрез общего вида устройства регулирования расхода воды при частично открытом седле; на фиг.3 изображен фрагмент расположения гибкой ленты из общего вида стабилизатора расхода воды на фиг.1; на фиг.4 - план по разрезу А - А.
Устройство регулирования расхода воды содержит плоский щит 1 с закрепленной на нем водовыпускной трубой 2 прямоугольного сечения. Внутри водовыпускной трубы 2 размещен запорный орган, выполненный в виде гибкой ленты 3, закрепленной одним концом к верхней стенке водовыпускной трубы 2, а другим - к седлу 4 в основании водовыпускной трубы 2. Седло 4 со стороны верхнего бьефа на грани имеет порог 5. Гибкая лента 3 образует с корпусом водовыпускной трубы 2 управляющую полость 6 со сливным каналом 7. Стабилизатор расхода воды содержит первый 8 и второй 9 мембранные корпуса. Полость первого мембранного корпуса 8 соединена трубопроводом 10 с верхним бьефом. Мембрана 11 первого мембранного корпуса 8 посредством штока 12 с винтом уставки 13 и пружиной 14 соединена с жестким центром 15, закрепленным на мембране 16 второго мембранного корпуса 9, сообщенного трубопроводом 17 с управляющей полостью 6. Внутри выходного патрубка канала слива 7 установлен клапан, выполненный в виде втулки 18 с профилированными вырезами 19. Нижнее основание втулки 18 закреплено на мембране 16 второго мембранного корпуса 9. Для создания жесткости, расположенной над седлом 4 гибкой ленты 3, последняя армируется по седлу 4, поперек длинной стороны, металлическим уголком 20, с шагом, обеспечивающим жесткость ленты 3. К полке первого уголка 20, со стороны верхнего бьефа, расположенной перпендикулярно плоскости гибкой ленты 3, закреплены ламели 21, каждая ламель 21 имеет поплавковую систему, кроме последних расположенных у сливного канала 7, включающую два поплавка 22 по краям коротких сторон, а также поплавки 23 по длинным сторонам ламелей 21, но только у расположенных у боковых стенок водовыпускной трубы 2, края ламелей 21, по короткой стороне, первых расположенных со стороны верхнего бьефа, закреплены за полку первого уголка 20 перпендикулярную плоскости ленты 3 на гибких связях 24 с уменьшающейся длиной от ламели к ламели, причем длина каждой гибкой связи 24 одинаковая и наибольшая, по отношению к остальным, когда каждая последующая гибкая связь 24 с последующими уголками 20 и ламелями 21 меньше предыдущей для обеспечения уклона «i» в сторону канала для слива 7, на каждой плоскости, формируемой совокупностью ламелей 21 расположенных между близь лежащими уголками 20, концы первых ламелей крепятся к полке уголка 20 перпендикулярной ленте 3 последующего уголка, к этому же уголку, но к полке параллельной ленте 3 крепятся гибкие связи 24 начала следующих ламелей, и так до последнего уголка 20, где к полке уголка 20 перпендикулярной ленте 3 крепятся и крайние гибкие связи 24 и крайние ламели 21, при этом к краям длинных сторон ламелей 21, расположенных у боковых стенок регулятора, кроме расположенных у водовыпускного канала 7, крепятся боковые гибкие шторы 25 высотой закрывающей пространство между ламелью и гибкой лентой, а со стороны верхнего бьефа находится дополнительная общая штора 26, объединяющая края всех первых ламелей 21, высотой перекрывающей внутреннее пространство между ламелями 21 и лентой 3.
Устройство для регулирования расхода воды работает следующим образом. Первоначальной установкой плоского щита 1 задается степень открытия водовыпускного отверстия гидротехнического сооружения. При повышении уровня воды в верхнем бьефе, благодаря наличию трубопровода 10, давление в первом мембранном корпусе 8 возрастает, мембрана 11 прогибается, сжимая пружину 14 и перемещая шток 12. Вместе со штоком 12 перемещается жесткий центр 15, закрепленный на мембране 16 второго мембранного корпуса 9, сообщенного трубопроводом 17 с управляющей полостью 6. В свою очередь втулка 18, имеющая профилированные вырезы 19, также перемещается. Данное действие приведет к уменьшению степени открытия сливного канала 7 и, как следствие, к уменьшению расхода воды, сбрасываемой из управляющей полости 6. Давление в последней начинает возрастать, равенство между расходом воды, поступающим в управляющую полость 6 через зазоры между корпусом водовыпускной трубы 2 и незакрепленными краями гибкой ленты 3, и сбрасываемым расходом нарушится, гибкая лента 3 приходит в движение и начинает перекрывать проходное отверстие в седле 4 в основании водовыпускной трубы 2. После окончания переходного процесса равенство между поступающим и сбрасываемым расходами восстанавливается, и гибкая лента 3 занимает новое положение. При этом по мере перемещения жесткого центра 15, благодаря наличию втулки 18 с профилированными вырезами 19, площадь проходного сечения сливного канала 7 изменяется по закону, обеспечивающему такую расходную характеристику из управляющей полости 6, при которой новому положению гибкой ленты 3 соответствует степень открытия проходного сечения в седле 4 в основании водовыпускной трубы 2, позволяющая компенсировать увеличение расхода при повышении уровня воды в верхнем бьефе. При понижении уровня воды в верхнем бьефе цикл работы повторяется в обратном порядке. Настройка регулятора расхода воды на другой режим осуществляется винтом уставки 13.
При необходимости полностью перекрыть проходное отверстие в седле 4 в основании водовыпускной трубы 2 винт уставки 13 устанавливают в положение, обеспечивающее закрытие сливного канала 7 и, как следствие, к исключению расхода воды, сбрасываемой из управляющей полости 6. Давление в последней начинает возрастать, гибкая лента 3 приходит в движение и начинает перекрывать проходное отверстие в седле 4. Однако на момент самого закрытия проходного отверстия в седле 4, в основании водовыпускной трубы 2, давления со стороны верхнего бьефа перед лентой и за лентой, в управляющей полости 6, уравновешиваются и лента находится в безразличном состоянии. При этом жесткость самой ленты, необходимая при герметизации проходного отверстия в седле 4 по бокам, в данном случае будет препятствовать герметизации проходного отверстия, именно со стороны верхнего бьефа. Наличие порога 5, установленного со стороны верхнего бьефа, на грани седла, т.е. в месте, где лента 3, при закрытом положении, находится в безразличном состоянии, обеспечит герметичное перекрытие отверстия в седле 4 и исключит нерегулируемые протечки.
При работе устройства регулирования расхода воды на особо мутной воде в управляющей полости 6 должны оседать наносы, что привело бы к увеличению веса гибкой ленты 3, особенно в ее части расположенной над седлом 4. Выпадению наносов способствуют небольшие скорости в управляющей полости 6, а также наличие уголков 20 обеспечивающих, не только жесткость гибкой ленты 3, но и увеличение гидравлического сопротивления особенно в части наиболее приближенной к ленте 3. Жесткость гибкой ленты 3, тем более армированной уголком 20 не позволяет ей реагировать на скорость потока внутри управляющей полости 6, что и обеспечивает выпадение наносов. Для исключения данного эффекта к полке первого уголка 20, со стороны верхнего бьефа, расположенной перпендикулярно плоскости гибкой ленты 3, закреплены ламели 21, каждая ламель 21 имеет поплавковую систему, кроме последних расположенных у сливного канала 7, включающую два поплавка 22 по краям коротких сторон, а также поплавки 23 по длинным сторонам ламелей 21, но только у расположенных у боковых стенок водовыпускной трубы 2. Данная поплавковая система обеспечивает максимальное адекватное действие ламелей 21 на движение потока в управляющей полости регулятора, не позволяя оседать наносам в управляющей полости 6. Края ламелей 21, по короткой стороне, первых расположенных со стороны верхнего бьефа, закреплены за полку первого уголка 20 перпендикулярную плоскости ленты 3 на гибких связях 24 с уменьшающейся длиной от ламели к ламели, причем длина каждой гибкой связи 24 одинаковая и наибольшая, по отношению к остальным, когда каждая последующая гибкая связь 24 с последующими уголками 20 и ламелями 21 меньше предыдущей для обеспечения уклона «i» в сторону водовыпускного канала 7, на каждой плоскости, формируемой совокупностью ламелей 21 расположенных между близь лежащими уголками 20, концы первых ламелей крепятся к полке уголка 20 перпендикулярной ленте 3 последующего уголка, к этому же уголку, но к полке параллельной ленте 3 крепятся гибкие связи 24 начала следующих ламелей, и так до последнего уголка 20, где к полке уголка 20 перпендикулярной ленте 3 крепятся и крайние гибкие связи 24 и крайние ламели 21. Именно распределение мест крепления конструктивных элементов регулятора по полкам уголка 20 позволяет создать упорядоченную систему обеспечивающую должную работоспособность способствующую транспорту наносов. Для обеспечения достаточности функционирования к краям длинных сторон ламелей 21, расположенных у боковых стенок регулятора, кроме расположенных у водовыпускного канала 7, крепятся гибкие шторы 25 высотой, закрывающей пространство между ламелью и гибкой лентой, а со стороны верхнего бьефа находится общая штора 26, объединяющая края всех первых ламелей 21, высотой, перекрывающей внутреннее пространство между ламелями 21 и лентой 3, что исключает допуск наносов во внутреннее пространство между ламелями 21 и гибкой лентой 3, повышая работоспособность устройства.