RU2756708C1

RU2756708C1 - Water flow rate stabiliser

Info

Publication number: RU2756708C1
Application number: RU2020132945A
Authority: RU
Inventors: Георгий Владимирович Дегтярев; Демьян Васильевич Рощупкин; Дмитрий Анатольевич Дацьо
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2021-10-04

Abstract

FIELD: hydraulic engineering.

SUBSTANCE: invention relates to hydraulic equipment and can be used to stabilise and adjust the water flow rate at tubular and diaphragm water outlets. The water flow rate stabiliser comprises a water outlet pipe with a rectangular cross-section with a seat blocked with a shut-off body made in the form of a flexible tape fixed at one end to the upper wall of the water outlet pipe and at the other end to the seat at the base of the end wall of the water outlet pipe and forming a control cavity with the body of the water outlet pipe, communicating with the upper pool and equipped with a drainage apparatus, installed whereon is a valve connected by a rod with the membrane of the membrane body, the cavity whereof is connected with the upper pool, a threshold located on the edge of the seat on the side of the upper pool, made in the form of a spillway with a vacuum curvilinear profile and turned in the direction of contact with the flexible tape and with a height the greater, the greater the rigidity of the flexible tape. According to the invention, the part of the flexible tape located above the seat is reinforced with metal angles installed with the horizontal shelves across the long side thereof, with a pitch ensuring the rigidity of the flexible tape, wherein rows of vanes are arranged sequentially between the metal angles with a gap between the vanes, the ends of the vanes from the side of the upper pool are rigidly connected with the vertical shelf of the corresponding metal angle, and the opposite ends thereof have floats installed across the vanes to provide buoyancy and flexible joints for connection with the vertical shelf of the subsequent metal angle, wherein the ends of the vane of the last metal angle are not fixed at the base of the end wall of the water outlet pipe.

EFFECT: increased reliability in operations on water with increased turbidity, with a maintained possibility of providing increased accuracy when regulating the flow rate.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для стабилизации и регулирования подачи расхода воды на трубчатых и диафрагмовых водовыпусках.The invention relates to hydraulic engineering and can be used to stabilize and regulate the flow of water at tubular and diaphragm outlets.

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.Known water flow regulator (see Pat. RF No. 2519508, M. class - G05D 7/01, 2014), containing a water outlet pipe of rectangular section, formed by faces with a saddle on the lower face. Inside the water outlet pipe there is a shut-off element made in the form of a flexible tape, fixed at one end to the upper edge of the water outlet pipe, and with the other to the base of the saddle on the lower edge. The flexible tape forms a control cavity with a profiled cutout on the rear edge with the water outlet pipe body. The regulator also contains a membrane body, the cavity of which is connected by a pipeline to the headwater. The membrane of the membrane body is connected by means of a stem with a setpoint screw and a spring to a flexible tape fixed at the upper edge of the profiled cutout used as a control element for draining from the control cavity.

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.However, the known regulator of water flow has low reliability in operation, especially with water of increased turbidity and does not provide high-quality control of water flow with a wide range of changes in the water level in the headwater.

Наиболее близким к изобретению является стабилизатор расхода воды (см. Пат. РФ №2559680, МПК G05D 7/01; F16K 7/17, 2015 г.), содержащий плоский щит агрегатированный с водовыпускной трубой прямоугольного сечения с седлом, перекрываемым запорным органом, выполненным в виде гибкой ленты, образующей с корпусом водовыпускной трубы управляющую полость, сообщенную с верхним бьефом и снабженную устройством для слива, на котором установлен клапан, соединенный штоком с мембраной мембранного корпуса, полость которого сообщена с верхним бьефом, запорный орган в виде гибкой ленты на участке ее примыкания к грани проходного сечения водовыпускной трубы, со стороны верхнего бьефа, снабжен консольно закрепленной гибкой вставкой шириной большей ширины щели при полностью закрытом запорном органе.The closest to the invention is a water flow stabilizer (see RF Pat. No. 2559680, IPC G05D 7/01; F16K 7/17, 2015), containing a flat shield aggregated with a rectangular water outlet pipe with a saddle blocked by a shut-off element made in the form of a flexible tape, forming a control cavity with the water outlet pipe body, communicated with the headwater and equipped with a drain device, on which a valve is installed, connected by a rod to the membrane of the membrane body, the cavity of which is communicated with the headwater, a shut-off body in the form of a flexible tape in the area its abutment to the face of the flow section of the outlet pipe, from the side of the headwater, is equipped with a cantilevered flexible insert with a wider slot width with a fully closed shut-off organ.

Недостатком рассмотренного 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.The disadvantage of the considered technical solution is that when working on water of increased turbidity in the control cavity, sediment falls out, making the shut-off element heavier, which reduces the reliability of its operation and does not provide quality control indicators.

Техническим результатом является создание стабилизатора расхода воды повышенной надежности, даже при работе на воде повышенной мутности, с сохранением возможности обеспечения повышенной точности при регулировании расхода.The technical result is the creation of a stabilizer of water flow with increased reliability, even when operating on water of increased turbidity, while maintaining the possibility of providing increased accuracy when regulating the flow.

Технический результат достигается тем, что в стабилизаторе 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 устройством 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 обеспечения плавучести имеют поплавки, установленные поперек ламелей и гибкие связи для соединения с вертикальной полкой последующего металлического уголка, причем концы ламели последнего металлического уголка не закреплены у основания торцевой стенки водовыпускной трубы.The technical result is achieved by the fact that in a water flow rate stabilizer containing a water outlet pipe of rectangular cross-section with a saddle blocked by a shut-off element made in the form of a flexible tape fixed at one end to the upper wall of the water outlet pipe, and the other to the saddle at the base of the end wall of the water outlet pipe and forming with the body of the water outlet pipe, a control cavity communicated with the headwater and equipped with a drain device, on which a valve is installed, connected by a rod to the membrane of the membrane body, the cavity of which is in communication with the headwater, a threshold located on the verge of the saddle from the side of the headwater, made in the form of a weir with a vacuum curved profile and turned in the direction of contact with the flexible tape and the higher the height, the greater the rigidity of the flexible tape according to the invention, part of the flexible tape located above the saddle is reinforced with metal corners installed with horizontal shelves across its long side, with a step baking the rigidity of the flexible tape, while rows of lamellas with a gap between them are sequentially located between the metal corners, the ends of the lamellas from the headwater side are rigidly connected to the vertical shelf of the corresponding metal corner, and their opposite ends to ensure buoyancy have floats installed across the lamellas and flexible connections for connection with the vertical shelf of the subsequent metal angle, and the ends of the lamella of the last metal angle are not fixed at the base of the end wall of the outlet pipe.

Новизна заявленного технического решения заключается в том, что в стабилизаторе расхода воды внутри управляющей полости, к полке первого уголка, со стороны верхнего бьефа, расположенной перпендикулярно плоскости гибкой ленты, закреплены ламели, одним концом жестко, а другие концы имеют гибкие связи, с такой же полкой последующего уголка, за которую, в свою очередь, крепится также жестко, но уже следующая серия ламелей и так до последнего уголка ламели которого имеют один не закрепленный конец, у торцовой стенки водовыпускной трубы, причем установлены ламели на полке уголка с шагом равным собственной ширине и зазором между каждой, а длина ламели равна расстоянию между уголками, при этом на конце каждой ламели поперек закреплены поплавки, обеспечивающие плавучесть ламелей, и как следствие, большее их влияние на турбулизацию потока в управляющей полости регулятора.The novelty of the claimed technical solution lies in the fact that in the water flow stabilizer inside the control cavity, to the shelf of the first corner, from the headwater side, located perpendicular to the plane of the flexible tape, lamellas are fixed, one end rigidly, and the other ends have flexible connections, with the same the shelf of the next corner, behind which, in turn, is also rigidly attached, but already the next series of lamellas and so on until the last corner of the lamellae of which one end is not fixed, at the end wall of the outlet pipe, and the lamellae are installed on the shelf of the corner with a step equal to their own width and the gap between each, and the length of the lamella is equal to the distance between the corners, while at the end of each lamella there are floats fixed across to ensure the buoyancy of the lamellas, and as a consequence, their greater influence on the turbulization of the flow in the control cavity of the regulator.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен разрез общего вида стабилизатора расхода при закрытом седле; на фиг. 2 -изображен разрез общего вида стабилизатора расхода при частично открытом седле; на фиг. 3 - изображен фрагмент из общего вида стабилизатора расхода из фиг. 1; а на фиг. 4 - план по разрезу А - А.The essence of the invention is illustrated by a drawing, where FIG. 1 shows a sectional view of a general view of the flow stabilizer with a closed seat; in fig. 2 - is a sectional view of the general view of the flow stabilizer with a partially open seat; in fig. 3 shows a fragment of a general view of the flow regulator from FIG. 1; and in FIG. 4 - plan for section A - A.

Стабилизатор 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 сливного канала 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, одним концом жестко, а другие концы ламелей 21 имеют гибкие связи 22, с такой же полкой последующего уголка, за которую, в свою очередь, крепится также жестко, но уже следующая серия ламелей 21 и так до последнего уголка ламели 21 которого имеют один не закрепленный конец, у торцовой стенки водовыпускной трубы 2, причем установлены ламели 21 на полке уголка 20 с шагом равным собственной ширине и зазором между каждой, а длина ламели 21 равна расстоянию между уголками, при этом на конце каждой ламели 21 поперек закреплены поплавки 23, обеспечивающие плавучесть ламелей 21, и как следствие, большее их влияние на турбулизацию потока в управляющей полости регулятора.The water flow stabilizer contains a flat panel 1 with a water outlet pipe 2 of rectangular cross section fixed on it. Inside the outlet pipe 2 there is a shut-off element made in the form of a flexible tape 3, fixed at one end to the upper wall of the outlet pipe 2, and the other to the saddle 4 at the base of the outlet pipe 2. Saddle 4 on the side of the headwater on the verge has a threshold 5. Flexible the tape 3 forms with the body of the water outlet pipe 2 a control cavity 6 with a drain channel 7. The water flow stabilizer contains the first 8 and the second 9 membrane bodies. The cavity of the first membrane body 8 is connected by a pipeline 10 to the headwater. The membrane 11 of the first diaphragm body 8 by means of a stem 12 with a setpoint screw 13 and a spring 14 is connected to a rigid center 15 fixed on the membrane 16 of the second membrane body 9, communicated by a pipeline 17 with a control cavity 6. A valve is installed inside the outlet pipe of the drain channel 7. the form of a sleeve 18 with profiled cutouts 19. The lower base of the sleeve 18 is fixed on the membrane 16 of the second membrane body 9. To create rigidity, located above the seat 4 of the flexible tape 3, the latter is reinforced along the seat 4, across the long side, with a metal corner 20, with a step, providing the rigidity of the tape 3. To the shelf of the first corner 20, from the side of the headwater, located perpendicular to the plane of the flexible tape 3, lamellas 21 are fixed, one end rigidly, and the other ends of the lamellae 21 have flexible connections 22, with the same shelf of the next corner, behind which , in turn, is also rigidly attached, but already the next series of lamellas 21 and so on until the last corner of the la shoals 21 of which have one non-fixed end, at the end wall of the outlet pipe 2, and lamellas 21 are installed on the shelf of the corner 20 with a step equal to its own width and the gap between each, and the length of the lamella 21 is equal to the distance between the corners, while at the end of each lamella 21 floats 23 are fixed crosswise, ensuring the buoyancy of the lamellas 21, and as a consequence, their greater influence on the turbulization of the flow in the control cavity of the regulator.

Стабилизатор 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.The water flow stabilizer works as follows. The initial installation of the flat shield 1 sets the degree of opening of the water outlet of the hydraulic structure. When the water level in the headwater rises, due to the presence of the pipeline 10, the pressure in the first diaphragm body 8 increases, the membrane 11 bends, compressing the spring 14 and moving the stem 12. Together with the stem 12, the rigid center 15 moves, fixed on the membrane 16 of the second diaphragm body 9 , communicated by pipeline 17 with the control cavity 6. In turn, the sleeve 18, which has profiled cutouts 19, also moves. This action will lead to a decrease in the degree of opening of the drain channel 7 and, as a consequence, to a decrease in the flow rate of water discharged from the control cavity 6. The pressure in the latter begins to increase, the equality between the flow rate of water entering the control cavity 6 through the gaps between the body of the water outlet pipe 2 and by the loose edges of the flexible tape 3, and the discharged flow rate is broken, the flexible tape 3 starts to move and begins to block the passage opening in the saddle 4 at the base of the outlet pipe 2. After the end of the transition process, the equality between the incoming and outgoing flows is restored, and the flexible tape 3 takes a new position ... In this case, as the rigid center 15 moves, due to the presence of the sleeve 18 with profiled cutouts 19, the flow area of the drain channel 7 changes according to the law providing such a flow characteristic from the control cavity 6, at which the new position of the flexible tape 3 corresponds to the degree of opening of the flow area in saddle 4 at the base of the outlet pipe 2 to compensate for the increase in flow rate when the water level in the headwater rises. When the water level in the headwater drops, the cycle of work is repeated in the reverse order. The adjustment of the water flow regulator to another mode is carried out with the setpoint screw 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.If it is necessary to completely close the passage opening in the saddle 4 at the base of the water outlet pipe 2, the setting screw 13 is set in a position that ensures the closure of the drain channel 7 and, as a result, to exclude the flow of water discharged from the control cavity 6. The pressure in the latter begins to increase, the flexible tape 3 starts to move and begins to close the passage opening in the saddle 4. However, at the moment of closing the passage opening in the saddle 4, at the base of the outlet pipe 2, the pressures from the upstream side in front of the tape and behind the tape, in the control cavity 6, are balanced and the tape is in an indifferent state. In this case, the rigidity of the tape itself, which is necessary when sealing the passage hole in the saddle 4 on the sides, in this case will prevent the sealing of the passage hole, namely from the side of the headwater. The presence of a threshold 5, installed from the headwater side, on the verge of the saddle, i.e. in the place where the tape 3, in the closed position, is in an indifferent state, will provide a hermetic overlap of the hole in the seat 4 and exclude unregulated leaks.

При работе стабилизатора на особо мутной воде в управляющей полости 6 оседают наносы, что приводит к увеличению веса гибкой ленты 3, особенно в ее части расположенной над седлом 4. Этому 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, армированной уголком 20 не позволяет ей реагировать на скорость потока внутри управляющей полости 6, что и обеспечивает выпадение наносов. Закрепление к полке первого уголка 20, со стороны верхнего бьефа, расположенной перпендикулярно плоскости гибкой ленты 3 ламелей 21, одних концов жестко, а другие концы имеют гибкие связи 22, с такой же полкой последующего уголка 20, при этом на конце каждой ламели 21 поперек закреплены поплавки 23, обеспечивающие плавучесть ламелей 21, обеспечивая их практически непрерывное движение в потоке, что в свою очередь турбулизирует поток, в ее части расположенной над седлом 4, не позволяя оседать наносам на ленте 3 и способствует транспорту наносов к сливному каналу 7 и удалению их из управляющей полости 6 регулятора расхода воды.When the stabilizer is operating on especially turbid water, sediments settle in the control cavity 6, which leads to an increase in the weight of the flexible tape 3, especially in its part located above the saddle 4. This is facilitated by low speeds in the control cavity 6, as well as the presence of corners 20 providing, not only stiffness of flexible tape 3, but also an increase in hydraulic resistance, especially in the part closest to tape 3. The stiffness of flexible tape 3, reinforced with corner 20 does not allow it to respond to the flow rate inside the control cavity 6, which ensures sediment deposition. Fastening to the shelf of the first corner 20, from the side of the headwater, located perpendicular to the plane of the flexible tape 3 of the lamellas 21, one ends are rigidly, and the other ends have flexible connections 22, with the same shelf of the next corner 20, while at the end of each lamella 21 are transversely fixed floats 23, providing buoyancy of the lamellas 21, ensuring their almost continuous movement in the flow, which in turn turbulizes the flow in its part located above the saddle 4, preventing sediments from settling on the belt 3 and facilitating the transport of sediments to the drain channel 7 and removing them from control cavity 6 of the water flow regulator.

Claims

A water flow stabilizer containing a water outlet pipe of rectangular section with a saddle overlapped by a shut-off element made in the form of a flexible tape, fixed at one end to the upper wall of the water outlet pipe, and at the other end to the saddle at the base of the end wall of the water outlet pipe and forming a control cavity with the water outlet pipe body connected with the headwater and equipped with a drainage device, on which a valve is installed, connected by a rod to the membrane of the membrane body, the cavity of which is in communication with the headwater, a threshold located on the edge of the saddle from the side of the headwater, made in the form of a weir with a vacuum curvilinear profile and turned towards the contact with the flexible tape and the higher the height, the greater the rigidity of the flexible tape, characterized in that the part of the flexible tape located above the saddle is reinforced with metal corners installed with horizontal shelves across its long side, with a step that ensures the rigidity of the flexible tape , at e that between the metal corners there are rows of lamellas in series with a gap between them, the ends of the lamellas on the side of the headwater are rigidly connected to the vertical shelf of the corresponding metal corner, and their opposite ends to ensure buoyancy have floats installed across the lamellas, and flexible connections for connection with the vertical shelf the subsequent metal angle, and the ends of the lamella of the last metal angle are not fixed at the base of the end wall of the outlet pipe.