BG62215B1 - Комплексен сифонен хидрорегулатор - Google Patents

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до комплексен сифонен хидрорегулатор, който ще се използва за автоматично регулиране на нивата и дебитите в открити канали и басейни чрез измерване на протеклите водни обеми и чрез комплектуване с водна турбина за получаване на електрическа енергия.

Предшестващо състояние на техниката

Известен е сифонен хидрорегулатор, съдържащ главен сифон, свързан в батерия, с поставена в най-високата му точка тръба за разреждане на вакуум, свързана с вакуумиращ сифон, като за върха на главния сифон е захванат вакуумен пиезометър и между предния и задния край на сифона е монтиран парциален водомер /1/.

Недостатъците на известното решение са следните: вакуумният резервоар оскъпява устройството, усложнява автоматичното му действие и затруднява производството и експлоатацията му, не може да се използва за водовземане от дълбоки басейни с нива, намиращи се над върха на сифона, парциалният водомер е хоризонтален между предния и задния клон на сифона, с което чувствително се намалява точността на измерването, задействането на сифона е фиксирано по горно ниво и не може да се променя съобразно нуждите на експлоатацията.

Техническа същност на изобретението

Задачата на изобретението е да се създаде комплексен сифонен регулатор на нивата и дебитите в откритите канали и басейни с измерване на протеклите водни обеми, действащ напълно автоматично с възможност за пряко и дистанционно управление и при минимални хидравлически загуби при различни горни водни нива, а при комплектоване с водна турбина и генератор да се произвежда електрическа енергия при ниски напори.

Съгласно изобретението под главния сифон е поместен вакуумиращ сифон с вход, включен в предния клон на главния сифон, а чрез постепенно разширяващ се заден клон се зауства в постепенно разширяващ се заден клон на главния сифон, като върховете на вакуумиращия сифон и главния сифон са свър5 зани с вакуумна тръбичка, а отделните главни сифони са свързани помежду си с обратна клапа, като от аварийната клапа на върха на главния сифон излиза предна спирачна тръба, която е с уширен край с прорез, потопен фик10 сирано в горното водно ниво, а задната спирачна тръба излиза също от аварийната клапа и също е с уширен край с прорез, който е потопен подвижно чрез захващане за поплавък, закрепен за прът, завъртващ се около става, 15 намираща се в успокоителна шахта с дъно под дънен праг, като пред предния клон на главния сифон е монтирана модулна повърхнина с възможност за преместване и завъртане, като вакуумният пиезометър излиза от върха на 20 главния сифон и е потопен в горно водно ниво, а средната му конусна част е тарирана и се намира на кота среда връхно сечение на главния сифон, като конусната част е свързана с датчик за регистриране и предаване на ниво25 то като дебит и интегратор или компютър, като парциалният водомер е монтиран успоредно на задния клон и е свързан с тръба с уширен вход за върха на главния сифон, а след водомера чрез плавно уширяваща се тръба е 30 заустен в задния .клон на по-ниско ниво от дънния праг, като при варианта ,когато горното водно ниво се намира над върха на главния сифон, се монтира в предния клон вакуумен дроселов затвор, състоящ се от конусна 35 неподвижна част и конусна подвижна част, свързани херметически чрез каучуков пръстен, като вътрешната му част е съединена с долна вакуумираща тръбичка, заустваща във вакуумираща тръбичка над върха на вакуумира40 щия сифон, а при наличието на по-големи водни количества има вариант с монтирана в предния клон на главния сифон осова водна турбина, комплектована по вертикалната ос за произвеждане на електрическа енергия.

Предимствата на изобретението са: комплексният сифонен хидрорегулатор е по-икономичен и опростен за производство и експлоатация, като може да регулира и при водовземане от изравнителни и язовири с констру50 иране на нов тип вакуумиращ дроселов затвор, с него се предоставя възможност да добиване на електрическа енергия от водни турбини при ниски падове -под 3 т, които засега са неефективни, а съществуват огромни водни количества с ниски падове при вълнения и при приливи и отливи в морета и океани. Водноелектрическите централи при спадане на нивата във водохранилищата чувствително си влошават кпд и след това се изключват. С него се увеличава точността на измерване с парциален водомер при включването му към задни клон на сифона и уширяване на изхода му и се опростява измеравнето на водните обеми чрез вакуумен пиезометър, имащ конусовидна част, тарирана по дебити.

Описание на приложените фигури

Фигура 1 представлява надлъжен разрез на комплексен сифонен хидрорегулатор;

фигура 2 - детайл на уширената част с прорез на предната и задната спирачна тръба;

фигура 3 - напречен разрез А-А от фиг.1;

фигура 4 - напречен разрез на предния клон на главния сифон с монтиран вакуумен дроселов затвор;

фигура 5 - надлъжен разрез на предния клон на главен сифона 2 с монтирана осова турбина и електрически генератор.

Примерно изпълнение

Комплексният сифонен хидрорегулатор се състои най-малко от два свързани хидравлически главни сифона 2, образувани от преден клон 1 и меден клон 5. Под главен сифон 2е поставен вакуумиращ сифон 3 с вход, включен в преден клон 1 и плавно разширяващ се заден клон 4, заустен в заден постепенно разширяващ се клон 5 на главен сифон. Върхът на вакуумиращ сифон 3 се намира на кота горно водно ниво 9, зададено да го задейства. Върховете на вакуумиращ сифон 3 и главен сифон 2 са свързани с вакуумна тръбичка 6. Отделните главни сифони 2 са свързани помежду си с обратна клапа 7. От аварийна клапа 13 на върха на главен сифон 2 излиза предна спирачна тръба 8, която е с уширен край 10 с прорез. Той е потопен фиксирано в горно водно ниво 9 с възможност да се пермества във височина. Задната спирачна тръба излиза също от аварийна клапа 13 и също е с уширен край 12 с прорез, но е захваната за поплавък 14. Той се завърта чрез прът 15 около става 16. При спадане на долно водно ниво 29 уширеният край 12 се потапя, а при повдигане -. се открива постепенно и през прореза влиза въздух.

Поплавъкът 14 е поместен в успокоителна шахта 17, свързана с долно водно ниво 29, като при преливане през дънен праг 28 се потапя изходът на главен сифон 2 преди задействането му. Пред преден клон 1 е монтиран модул10 на повърхнина 18, която може да се завърта и премества във височина. Вакуумният пиезометър 19 излиза от върха на главен сифон 2, а долният му край е потопено в горно водно ниво 9. Средната му част 20 е конусовидна и се 15 намира на кота среда връхно сечение 23.

Конусната част 20 е тарирана в зависимост от преминаващите водни количества през сифона и служи за водомер, като е свързана с датчик 21. Последният регистрира нивата в кону20 совидната част 20 като водни количества и ги предава в интегратор 22 или компютър за натрупване като водни обеми. Успоредно на задния клон 5 е монтиран парциален водомер 25, захванат между предна тръба с уширен вход 26 25 при върха на главния сифон 2 и задна постепенно разширяваща се тръба 27. Тя зауства в заден клон 5 под нивото на дънен праг 28.

При един вариант горно водно ниво 9 се намира над върха на главен сифон 2 при во30 довземане. от язовири, когато предният клон 1 се конструира по-стръмен и в него се монтира вакуумен дроселов затвор 30. Той се състои от неподвижна конусна част 31 и подвижна конусна част 32. Те са свързани помежду си с 35 каучуков пръстен 33, даващ възможност за осово движение на подвижната част 32. Вътрешността на вакуумния дроселов затвор 30 е свързана чрез долна вакуумна тръбичка 34 с вакуумна тръбичка 6 над върха на вакуумиращ си40 фон 3. Водовземен тръбопровод 35 свързва басейн 36 с преден клон 1 на главен сифон 2. Модулната повърхнина 18 се намира в басейна 36 пред водовземна тръба 35.

Когато водовземните количества са по45 големи, при водовземане от дълбоки водни басейни предният клон 1 е вертикален и в него се монтира осова водна турбина 37, а над нея по вертикалната ос - генератор за получаване на електрическа енергия 38. При този вариант 50 предният клон 1 се конструира стабилно, като изпълнява функцията на фундамент на водна турбина 37.

Приложение на изобретението

Комплексният сифонен хидрорегулатор работи по следния начин.

Водата навлиза през входа на преден клон 1 на главен сифон 2 и във вакуумиращия сифон 3. Нивото на водата се повдига и започва да прелива през върха на вакуумиращ сифон 3 до задействането му. Горно водно ниво 9, задействащо вакуумиращ сифон 3, се определя от автоматизацията на канала. Тъй като напречното сечение на вакуумиращ сифон 3 е с малка височина и голяма ширина, то задействането става сигурно и бързо при нищожно увеличение на горно водно ниво 9. За абсолютна сигурност за задействане се монтират два вакуумиращи сифона 3. От задния клон 4 на вакуумиращ сифон 3 водата изпълва изхода на заден клон 5 и започва да прелива през дънен праг 28, като затваря връзката с атмосферата. Долното водно ниво се намира на пониска кота от 29, като поплавък 14 е завъртян надолу и е потопил уширената част 12 на задната спирачна тръба 11. Обратната клапа 7 между върховете на главен сифон 2 също е затворена. Уширеният край 10 с прорез на предната спирачна тръба 8 е потопен под горно водно ниво 9. Вакуумиращ сифон 3 работи и чрез вакуумна тръбичка 6 започва да разрежда налягането във върха и в задния клон 5 на първия главен сифон 2. Нивото вътре в главния сифон 2 се повдига и започва да прелива до задействането му. Вторият главен сифон 2 се задейства от първия вече работещ сифон. Необходимо е уширеният край 12 с прорез на задна спирачна тръба 11 и уширеният край 10 с прорез на предна спирачна тръба 8 да са потопени. При задействане на първи главен сифон 2 обратна клапа 7 се отваря към втори главен сифон 2 и се затваря при задвижване на втория сифон. Котите на потапяне на уширените части 10 и 12 на предната и задната спирачна тръба са разместени във височина според автоматизацията на канала. Долно водно ниво 29 е много нестабилно, особено когато е ниско и затова се формя успокоителна шахта 17, в която е поставен поплавък 14.

Спирането на всеки главен сифон 2 се осъществява по долно водно ниво 29 и горно водно ниво 9. Когато консумацията намалее и долно водно ниво се повдигне малко над кота 29, чрез завъртане на поплавък 14 около става 16 уши рената част 12 с прорез на задната спирачна тръба 11 също се повдига и през прореза започва да навлиза малко количество въздух, вследствие на което дебитът намалява. Ако повдигането на долното водно ниво продължи, влизащият въздух се увеличава и се стига до намаляване на водното количество и до пълното му спиране, когато уширеният край 12 се открие с цялото си кръгово сечение. Вторият главен сифон започва да спира на малко повисоко долно водно ниво от първия сифон. Когато горното водно ниво падне под кота 9 и започне да открива фиксирания уширен край 10 с прорез на предната спирачна тръба 8, се повтаря описаният по-горе процес. Това дава възможност комплексният сифонен хидрорегулатор да регулира и горните водни нива според изискванията на автоматика.Дебитите се регулират от броя на работещите главни сифони 2 и от разликата между горно водно ниво и долно водно ниво, както и от влизането на въздух през горната и долната спирачна тръба 8 и 10 при спиране. Регулирането на дебитите може да се осъществи и чрез модулната повърхнина 18, намираща се пред клон 1. Тя се завърта и премества във височина, за да преминават през сифона почти еднакви водни количества. Принудително спиране на главен сифон 2 пряко или дистанционно се осъществява чрез аварийна клапа 13, като се отвори и влезе .въздух.

Съществува зависимост между височината на вакуума във върха на сифона, хидравличните загуби и дебита на сифона, от което следва използването й като измерващо средство на дебита.

При пропускане на различни дебити през главен сифон 2 те се измерват по друг начин и по тях се тарира средната конусна част 20 на вакуумния пиезометър 19. Така се получава извънредно точен и опростен дебитомер. Нивото в конусовидната част 20 се регистрира като дебит и се приема от датчик 21 за предаване на интегратор 22 или компютър за натрупване в сумарни обеми или пряко или дистанционно приемане.

При втория начин на измерване парциалният водомер 25 е поставен успоредно на заден клон 5 на главен сифон 2. Тръбата пред парциалния водомер 25 е с уширен вход 26, захванат след сечение 23, а изходната тръба 27 е постепенно разширяващ се. Тя зауства в за ден клон 5 на кота, малко по-ниска от дънен праг 28. Протеклите водни количества през главен сифон 2 се отчитат от парциален водомер 25 с относителен коефициент между протеклите водни количества през главен сифон 2 и отчетените от парциален водомер 25. Той се определя с опитни измервания. Двата начина могат да се използват едновременно.

Когато горно водно ниво 9 се намира над върха на главен сифон 2 при вариант на водовземане от дълбоки басейни 36, в предния клон 1 се монтира вакуумен дроселов затвор 30. При функционирането на главен сифон 2 във върха му се създава вакуум, който се довежда с долна вакуумна тръбичка 34 във вътрешността на вакуумен дроселов затвор 30. Вследствие на вакуума в двете места подвижна конусна част 32 се повдига нагоре към неподвижна конусна част 31 и вакуумният дроселов затвор 30 се отваря. Когато през предната спирачна тръба 8 и задната спирачна тръба 11 навлезе въздух, вакуумът спада паралелно с намаляването на водното количество през главен сифон 2, като подвижната конусна част 32 спада надолу и ограничава отвора. Тя е подложена на вакуум отгоре, от върха на главен сифона 2 и от вътрешността на вакуумен дроселов затвор 30. Тя се повдига и от съпротивлението на движещата се вода в преден клон 1 и сваля от теглото си. При пълно спиране на главен сифон 2, вакуумът се изравнява с атмосферното налягане и вакуумният дроселов затвор 30 се затваря. При задействането на главен сифон 2 горните процеси се повтарят. Необходимо условие за работата на вакуумен затвор 30 е височината на главен сифон 2 да бъде над 1/3 от дълбочината на водния басейн 36. Модулната повърхнина 18 се намира пред водоземната тръба 35 в басейн 36. Тя се нагласява така, че главен сифон 2 да работи при сифонен режим. Ако течението е напорно като в напорна тръба, то се получава налягане във върха на главен сифон 2, предава се чрез долна вакуумна тръбичка 34 във вътрешността на вакуумен дроселов затвор 30 и го затваря.

При наличие на по-големи количества и при височина на горно водно ниво 9 над върха на сифон 2 осъществява вариант за използване на комплексни сифонен хидрорегулатор с монтиране в предния клон 1 на осова водна турбина 37. Тя се комплектова по вертикалната ос с генератор за получаване на електри ческа енергия 38. Енергия не се създава, а за сметка на увеличение на скоростта в предния клон 1 се увеличават и съответстващите й напори, които определят и мощността на водната електрическа централа. Дебитът през сифона е константен, но преминава през различни сечения - от по-малко в предния клон 1 в по-голямо в задния клон 5. Те съответстват на по-големи скорости в предната част към по-малки в задната част. Определящо за протичане на водните количества през сифона е конструкцията и напречното сечение на задния клон 5.

За да се монтира осова водна турбина в главен сифон 2 и тя да работи ефикасно, е необходимо да се спазят следните съотношения:

1. Горната образователна на заден клон 5 трябва да сключва с вертикалната ос на ъгъл под 35°.

2. Заден клон 5 трябва да се разширява плавно от върха надолу, като наклоненото напречно сечение 24 през клон 5 на кота долно ниво 29 трябва да е от 1.5 до 3 пъти по-голямо от връхно сечение 23.

3. Височината на главен сифон 2 над долно водно ниво 29 трябва да е от 2.5 до 5 пъти по-голяма от височината на връхно сечение 23.

Claims (7)

1 и 2, характеризиращ се с това, че в предния клон (1) на главния сифон (2) при горно водно ниво (9), над върха на главния сифон (2) и при наличие на големи водни количества е монтирана осова водна турбина (37), свързана с електрогенератор (38).

1. Комплексен сифонен хидрорегулатор, включващ главен сифон, свързан в батерия, с поставена в най-високата му точка тръба за разреждане на вакуум, свързана с вакуумиращ сифон, като към върха на всеки главен сифон е захванат вакуумен пиезометър, а между предния и задния клон на сифона е монтиран парциален водомер, както и поплавък, характеризиращ се с това, че под всеки главен сифон (2) е поместен вакуумиращият сифон (3), включен в предния му клон (1), а постепенно разширяващият се заден клон (4) на вакуумиращия сифон (3) е съединен с разширяващия се клон (5) на главния сифон (2), като върховете на главния сифон (2) и вакуумиращия сифон (3) са свързани с вакуумната тръба (6), а върховете на отделните главни сифони (2) от батерията са свързани помежду си с обратна клапа (7), като на върха на главния сифон (2) има аварийна клапа (13), свързана с предна спирачна тръба (8), при което на предния клон (1) на главния сифон (2) е монтирана подвижна модулна повърхнина (18), а вакуумният пиезометър (19) с единия си край е свързан с върха на главния сифон (2), а другият 5 му край е потопен в горното водно ниво (9), като същевременно парциалният водомер (25) е монтиран успоредно на задния клон (5) на главния сифон (2) и е свързан с върха на главния сифон (2). 10

2. Хидрорегулатор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че главният сифон (2) е оформен с правоъгълно вертикално връхно сечение (23), с отношение на височината към ширината му от 1:2 до 1:5, за вакуумиращия 15 сифон (3) съотношението е от 1:5 до 1:15, като отношението на плоскостите на вертикалното сечение (23) към наклоненото сечение (24) на задния клон (5) при долното водно ниво (29) е от 1:1.5 до 1:3 и е еднакво за главния сифон (2) 20 и за вакуумиращия сифон (3), при което височината на връхното сечение (23) спрямо височината на сифона от върху му до долно водно ниво (29) е в съотношение от 1:3 до 1:5.

3. Хидрорегулатор съгласно претенция 1, 25 характеризиращ се с това, че в предния клон (1) на главния сифон (2), при горно водно ниво (9), над върха на главния сифон (2) е монтиран вакуумен дроселов затвор (30), състоящ се от конусна неподвижна част (31) и конусна под- 30 вижна част (32) свързани помежду си херметически чрез каучуков пръстен (33), като вътрешното пространство на вакуумния дроселов затвор (30) е свързано с вакуумната тръбичка (6)

4. Хидрорегулатор съгласно претенции

5. Хидрорегулатор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че вакуумният пиезометър (19) е със средна конусовидна част (20), намираща се на средата на сечение (23), тарирана по дебити, като чрез датчик (21) са съединени с интегратор (22).

6. Хидрорегулатор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че входът (26), на парциалния водомер (25) е уширен при върха на главния сифон (2), а изходната тръба (27) е плавно уширяваща се и е съединена със задвижвания клон (5) на главния сифон (2), под дънния праг (28).

7. Комплексен сифонен хидрорегулатор съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че предната спирачна тръба (8) на аварийната клапа (13) има уширен край (10) с прорез и е потопена фиксирано под долно водно ниво (9), като задната спирална тръба (11) също е с уширен край (12) с прорез и е захваната за поплавък (14), завършващ със завъртващ се прът (15) около става (16), разположена в успокоителна шахта (17).